基于s7300的螺旋焊管生产线递送自动控制系统的设计—-毕业设计论文.pdf

分类号：T P 2 7 3密级：单位代码：1 0 4 2 2学号：0 8 9 1 0 4 4 0 2 7 3第办誊硕士学位论文S h a n d o n gU n i v e r s i t yM a s t e r，sT h e s i s论文题目：基于S 7 3 0 0 的螺旋焊管生产线递送自动控制系统的设计D e s i g no fA u t o m a t i cC o n t r o lS y s y e mf o rS p i r a lP i p eP r o d u c t i o nL i n eB a s e do nS 7 3 0 0作者姓名高芳红沟荔知专业塑型堡迨皇蕉型三矍指导教师姓名嗜教专业技术职务曾毅教授2 0 1 0 年1 1 月1 6 日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。期：兰!：!：望关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：茜蔓垒导师签名：!；盏熟日期：幽一山东大学硕士学位论文目录摘要VA B S T R A C T、f I第1 章课题概况及研究内容11 1 螺旋焊钢管生产技术研究概述11 2 本课题的研究背景及意义21 3 本课题研究的主要内容3第2 章螺旋焊管生产线工艺流程及其控制技术要求42 1 螺旋焊管生产线工艺流程42 2 螺旋焊管生产线控制要求8第3 章系统总体方案的设计与实现1 03 1 递送控制系统P R O F I B U S 结构方案的选择1 03 2 递送自动控制系统中电气控制设备的选择1 33 3 递送系统变频调速控制部分的设计1 63 4 递送系统直流调速控制部分的设计1 93 5 螺旋焊管运管小车控制系统的设计2 6第4 章钢板递送自动控制系统的软件设计3 l4 1 递送自动控制系统的P L C 程序结构设计3 14 3P L C 与m 1 4 4 0 从站之间的通信3 64 4 速度实时检测程序的设计3 84 5 递送自动控制系统人机界面的设计4 0第5 章多电机的同步控制系统4 65 1 递送机、矫平机及行走小车的同步控制方案4 65 2 模糊P I D 控制算法4 85 3 模糊控制器的设计5 2第6 章钢板递送自动控制系统的调试与运行5 76 1 电气控制系统的安装调试原则5 76 2 电气控制系统的通电方法5 76 3 电气控制系统的调试方法5 8山东大学硕士学位论文结束语6 3附录6 4附录A 控制柜元器件位置图6 4附录B 操作台元器件位置图7 l附录C 控制柜体结构图7 7参考文献8 0致谢8 3I I山东大学硕士学位论文C O N T E N T SA B S I R A C I VA B S T R A C T V IC h a p t e r1B a c k g r o u dA n dI s s u e s 11 1G e n e r a lI n t r o d u c t i o nt oS p i r a lP i p eP r o d u c t i o nT e c h n i q u e 11 2B a c k g r o u n da n dA i m so fP r o j e c t 21 3M a i nR e s e a r c hI s s u e so fP a p e r 3C h a p t e r2T e c h n o l o g i c a lF l o wC h a r tf o rS p i r a lP i p eP r o d u c t i o nL i n ea n dI t sC o n t r o lR e q u i r e m e n t s 42 1T e c h n o l o g i c a lF l o wC h a r tf o rS p i r a lP i p eP r o d u c t i o nL i n e 一42 2G u i d e l i n e sf o rC o n t r o l l i n gS p i r a lP i p eP r o d u c t i o nL i n e 8C h a p t e r3D e s i g na n dR e a l i z a t i o no ft h eT o t a lS c h e m e。103 1S e l e c t i o no fC o n f i g u r a t i o nf o rT r a n p o r t a t i o nC o n t r o lS y S t e mU s i n gP r o f i b u s 103 2S e l e c t i o no f E l e c t r i c a lE q u i p m e n t sf o rT r a n p o r t a t i o nC o n t r o lS y s t e m 1 33 3D e s i g no f V V V FA d j u s t a b l e S p e e dS y s t e mf o rT r a n p o r t a t i o nC o n t r o l 163 4D e s i g no f D CA d j u s t a b l e S p e e dS y s t e mf o rT r a n p o r t a t i o nC o n t r o l 1 93 5D e s i g no fC o n t r o lS y s t e mf o rT r a n s p o r t a t i o nC a r 2 6C h a p t e r4S o f t w a r eD e s i g no ft h ea u t o m a t i cC o n t r o lS y s t e mf o rT r a n s p o r t a t i o no fS t e e lp l a t e s 314 1P L CP r o g r a m m i n go f A u t o m a t i cC o n t r o lS y s t e mf o rT r a n s p o r t a t i o n 一314 3C o m m u n i c a t i o nB e t w e e nP L Ca n dM M 4 4 0S u b s t a t i o n 3 64 4P r o g r a mD e s i g nf o rR e a l-t i m e V e l o c i t yD e t e c t i o n 3 84 5D e s i g no fH u m a n-M a c h i n eI n t e r f a c ef o rT r a n s p o r t a t i o nC o n t r o lS y s t e m 4 0C h a p t e r5M u l t i-E l e c t r i cm a c h i n e sS y n c h r o n o u sC o n t r o lS y s t e m 4 65 1S c h e m eo fS y n c h r o n o u sC o n t r o lf o rD e l i v e r yM a c h i n e，L e v e l l i n gM a c h i n ea n dT r a n p o r t a t i o nC a r 4 65 2D E S I G NO FC O N T R O L A L G O R I T H MU S I N GF u z z Y-P I D 4 85 3R e a l i z a t i o no fC o n t r o lS y s t e mU s i n gF u z z yC o n t r o l l e r 5 2C h a p t e r6D e b u g i n ga n dO p e r a t i o no fC o n t r o lS y s t e mf o rS t e e l p l a t eT r a n s p o r t a t i o n 5 7I I I山东大学硕士学位论文6 1G u i d e l i n ef o rA s s e m b e l ya n dD e b u g g i n go fE l e t r i cS y s t e m 5 76 2S t a r t i n gP r o c e d u r ef o rE l e t r i cS y s t e m 5 76 3D e b u g g i n gP r o c e d u r ef o rE l e l r i cS y s t e m 5 8C o n c l u s i o n 6 3A p p e n d i x 6 4A p p e n d i xAP o s i t i o nd i a g r a mo f t h td e v i c e si nt h ee l e c t r i cc a b i n 6 4A p p e n d i xBP o s i t i o nd i a g r a mo f t h td e v i c e si nt h eo p e r a t i o np a n e l 7 1A p p e n d i xCC o n f i g u r a t i o nd i a g r a mo ft h ee l e c t r i cc a b i n 7 7R e f e r e n c e s 8 0A p p r e c i a t i o n s 8 3I V山东大学硕士学位论文摘要本课题是受山东甬泰钢铁科技有限公司的委托，研制螺旋焊钢管生产线自动控制系统。包括钢板递送部分的控制系统设计和运管小车控制系统的设计。钢板递送部分自动控制系统的设计采用P R O F I B U S D P 网络，选择S 7 3 0 0C P U3 1 5 2 D P 作为主站，在D P 网上挂接4 个E T 2 0 0 M 从站，3 台6 R A 7 0 系列直流驱动器从站，一台M M 4 4 0 变频器从站和l 台M P 2 7 7 触摸屏。以P L C 为控制核心，将P R O F I B U S 现场总线、直流调速、变频调速、人机界面、模糊P I D 控制等先进的控制技术应用于该控制系统。R O F I B U S D P 网络传输速率可达1 2 M b i t s，控制延时短，提高了控制精度。6 R A 7 0 系列直流调速器通过C B P 2 板连接I 的F I B U S D P 网络进行通讯。它具有强大的自诊断功能，给调试带来了极大的方侧1 1。触摸屏M P 2 7 7 通过改变P L C 程序中的参数，使操作工人可方便快捷地设定和查阅重要工艺参数，查询生产记录，查看报警信息，控制电机起停以及调速等。能及时处理各种异常情况，改善生产工艺、提高劳动生产效率。钢板递送自动控制系统的关键技术问题是：在钢板对接焊接过程中实现递送机与行走小车的的同步控制，以实现在运动过程中完成两卷钢板之间的对接焊：在联动工作时实现递送机与矫平机的同步控制。在多电机同步控制中设计了直流调速同步传动系统，针对电网电压波动以及负载变化等外界干扰条件，给出-j F u z z y-P I D 控制算法，即利用模糊逻辑算法根据一定的模糊控制规则对P I D 控制器的比例、积分和微分系数进行实时优化，以达到理想的控制效果。运管小车也是螺旋焊管生产过程中的重要设备，针对运管小车工作特点，采用三菱F X 2 N 一3 2 M RP L C 和西门子M M 4 4 0 系列通用变频器对运管小车电气系统进行设计，完成了电气系统的软硬件设计及安装调试。目前，螺旋焊管生产线已经顺利运行了一年多，钢板递送速度平稳协调，提高了螺旋焊管成型的质量；运管小车自动系统的运行良好，也使整线停机率控制在满意的范围，提高了生产效率，达到了预期的效果。关键词：螺旋焊管；P L C；P R O F I B U S D P：多电机同步控制；模糊控制V山东大学硕士学位论文A B S T R A C TT h ep a p e r,w h i c hi se n t r u s t e db yS h a n d o n gY o n gT a iI r o na n dS t e e lT e c h n o l o g yC o，L t d，a i m st od e s i g nt h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fs p i r a lp i p ep r o d u c t i o nl i n e T w oP a r t si si n c l u d e d，o n ei sd e s i g no ft h ec o n t r o ls y s t e mo fs t e e lt r a n s m i s s i o np a r t，a n da n o t h e ri st r a n s f o r m a t i o no fp i p et r a n s p o r t a t i o nc a rs y s t e m T h ew h o l ec o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e du s i n gP R O F I B U S-D Pn e t w o r k，a n dS 7-3 0 0C P U 315-2 D Pa st h em a s t e rs t a t i o n，a n df o u rE T 2 0 0 M(s l a v es t a t i o n)，a n dt h r e eS I M O R E GD CM a s t e r s(6 R A 7 0)，o n eA l l-d i g i t a lA CM M 4 4 0，a n do n eM P 2 7 7(T o u c hP a n e l)T r a n s m i s s i o nv e l o c i t yo fP R O F I B U S-D Pn e t w o r kC a nr e a c h12 M b i t s，d e l a y i n gt i m eb e i n gs h o r t，p r e c i s i o nb e i n gi m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y T e c h i n i c sp a r a m e t e r sC a nb es e ta n dr e v i s e du s i n gt o u c hp a n e lM P 2 7 7 O u t p u tr e c o r d sa n da l a r mi n f o r m a t i o n，S t a r ta n ds t o po fm a s t e r d r i v e s，a n ds p e e do fm a s t e r d r i v e r sC a nb em o n i t o r e da n dc h e e k e d a l lk i n d so fm a l f u n c t i o n sc a l lb er e p a i r e dr a p i d l y,m a n u f a c t u r i n gt e c h i n i c sb e i n gp e r f e c t e da n dm a n u f a c t u r i n ge f f i c i e n c yb e i n gi m p r o v e d D CM a s t e r6 R A 7 0c a l lc o m m u n i c a t ew i t l lm a s t e rs t a t i o n、舫t 1 1C B P 2b o a r d W h a t sm o r e 6 R A 7 0D CM a s t e rh a ss t r o n gd i a g n o s t i c sf u n c t i o n A n di tm a k e st h ed e b u g g i n gs i m p l e 1 1 1 ec r u c i a lt e c h n o l o g yo ft h es t e e lt r a n s m i s s i o nc o n t r o ls y s t e mc a l lk e e ps p e e do ft h ed e l i v e r ym a c h i n ea n dt h em o v i n gC a rs y n c h r o n o u s l yd u r i n gt h ep r o c e s so fs t e e lw e l d i n g T h e r e f o r e，w ec a nw e l dt h et w or o l l so fs t e e lw h i l ek e e p i n go p e r a t i o n M e a n w h i l e，t h ed e l i v e r ym a c h i n ea n dt h el e v e l l i n gm a c h i n es h o u l db ec o n t r o l l e di np h a s ew h e nt h e ya r ew o r k i n gi n-l i n e T od e a lw i t hn o n l i n e a r i t ya n dt i m e v a r y i n gp a r a m e t e r so fA Cm o t o r，t h ec o m p o u n d F u z z y P I D c o n t r o ls t r a t e g yi Sp r o p o s e d W eu s et h eF u z z yL o g i cc o n t r o lt oo p t i m i z et h et h r e ep a r a m e t e r sw i t l le x t e r n a ld i s t u r b a n c e S t a t i c s t e a d ye r r o rC a nb ee l i m i n a t e dw i t ht h ea i do fP I Dc o n t r o l l e r 力l ef u z z yl o g i cr u l ec a ni m p r o v et h eP I Dc o n t r o lp e r f o r m a n c ea n di n c r e a s er e s p o n s es p e e db yo p t i m i z i n gt h eP I Dp a r a m e t e r si nr e a lt i m e A sar e s u l t，e f f i c i e n c yo ft h i ss y s t e mi m p r o v e ss i g n i f i c a n t l y 1 1 1 ed e l i v e r yC a ri sa n o t h e re q u i p m e n ti ns p i r a lp i p ep r o d u c t i o n B a s e do nt h ed e l i v e r yc a r sc h a r a c t e r i s t i c，d e l i v e r yc a l i sc o n t r o l l e db yM I T S U B I S H IF X 2 N 3 2 M RP L Ca n dS I E M E N SM M 4 4 0c o n v e r t e r H a r d w a r ea n ds o f t w a r ei sa c c o m p l i s h e d S of a r,t h es p i r a lp i p ep r o d u c t i o nl i n eh a sb e e nr u n n i n ge f f e c t i v e l yf o ro n ey e a r Sm o r e，t h em o l d i n gq u a l i t yo ft h es p i r a lp i p eh a sb e e ni m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y t h er a t eo ft h ew h o l el i n eb r e a k d o w ni sr e d u c e dg r e a t l y,t h ee f f i c i e n c yb e i n g山东大学硕士学位论文i m p r o v e d K e y w o r d s：S p i r a lP i p e；P L C；P R O F I B U S D P；M u l t i-e l e c t r i cM o t o rS y n c h r o n i s mC o n t r o l；F u z z yC o n t r o lI山东大学硕士学位论文第1 章课题概况及研究内容1 1 螺旋焊钢管生产技术研究概述螺旋焊管是将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定的螺旋线的角度(成型角)卷成管坯，然后将管缝焊接起来制成。螺旋焊管的直径大小取决于螺旋线的角度，可以用相同宽度的带钢生产不同直径的钢管，也可以用不同宽度的带钢生产相同直径的钢管。螺旋钢管与直缝钢管相比主要有以下几个特占J 1、焊接工艺的不同。从焊接工艺而言，螺旋焊管与直缝钢管的焊接方法一致，螺旋焊接钢管的内外焊缝是螺旋形的，这种焊缝可以增加钢管的刚性，使钢管的强度提高。所以生产的螺旋焊管具有良好的质量保证，保证生产的产品不会产生裂纹等缺陷。2、钢管材料的不同。直缝焊管是用钢板生产的，而螺旋焊管是用热轧卷板生产的。热轧带钢机组轧制工艺具有一系列的优点，而且，由于螺旋焊管的卷板轧制方向不是垂直钢管轴线方向(其夹角取决于钢管的螺旋角)，而直缝钢管的钢板轧制方向垂直于钢管轴线方向，因而，螺旋焊管材料的抗裂性能优于直缝钢管。3、强度优于直缝钢管。管子在承受内压时，通常在管壁上产生两种主要应力，即径向应力和轴向应力。螺旋管的焊缝处合成应力取决于成型角，螺旋焊管焊缝的螺旋角一般为5 0 一7 5 度，因此螺旋焊缝处合成应力是直缝焊管主应力的6 0 8 5。在相同工作压力下，同一管径的螺旋焊管比直缝焊管壁厚度可减小。4、钢管直径的多重选择。可以用同样宽度的带材生产出不同直径的管子，也可以用较窄的带材生产出直径大、长度较长的管子。5、螺旋焊管利用螺旋成型，可以很好地控制管子的几何尺寸，得到尺寸更为精确地钢管。由于螺旋焊管的优越性能，广泛用于各种承压管线，因此螺旋管的质量好坏尤为重要，而核心在于螺旋管成型机的控制，只有设计出性能良好的控制系统，才能生产出高强度的螺旋管，更好的应用于国家建设中。山东大学硕士学位论文螺旋焊管工艺最早起源于美国，1 8 8 0 年首次投入工业生产。在2 0 世纪5 0 年代末期，西德、瑞士等国研制成滚动成型器，使管子的几何尺寸趋于精确，同时解决了管子内外双面焊的问题，提高了焊缝质量。6 0 年代，西德和瑞士的制管业又将连接成型器底座与出管后桥的固定连接改为绞接，调整焊缝只需要摆动出管大桥即可，而成型角和直径不变。发展到后来，出现了内成型的成型器，这种成型器改变规格方便，成型后的管子残余应力小，几何尺寸更加精确。我国第一套螺旋焊管机组是1 9 5 7 年以前引进的，最大可制管径7 2 0 m m，该设备工艺陈旧，成型器是滑套式成型器，大桥桥身和转盘为一整体，后来在此基础上增加了三个动轮，变成轮套式成型器。但由于内轮设计不当，制管质量一直不高。随着管道建设的迅速发展，制管机组有所增加，由于经验不足，吸收国外技术不够，制管质量与国外有较大差距。1 9 7 2 年，滚动成型器首次用在制管工业上，同时可调5 种规格，至此，我国的制管业有了可喜的成绩。随着我国石油、天然气工业的高速发展，我国大直径螺旋管的生产有了很大的发展。1 2 本课题的研究背景及意义本课题是受山东甬泰钢铁科技有限公司委托，以实现低成本、可靠性高、操作方便以及提高成品螺旋管的质量及系统的自动化程度为主要目的，对螺旋管成型机递送部分与运管小车进行电气控制系统的设计。递送线作为螺旋管机组的主传动系统，为整个机组的牵引、递送、成型提供动力源，故在带钢开卷和向前递送时，不允许发生抖动，并且速度应平稳均衡，不得打滑跑偏，否则无法实现良好的焊道，造成焊接缺陷。因此，机组中递送部分的控制在整个生产工艺过程中至关重要，递送速度控制的好坏，不但直接关系着后续螺旋管的内外焊接质量与外形，还会影响整个焊管生产的能力和产品成本。本课题正是基于这种背景，对螺旋焊管生产线递送部分进行分析设计，实现矫平机与递送机的同步控制、在运动过程中完成两卷钢板之间的对接焊。以保证递送速度的平稳协调以及焊接质量，从而使整条生产线稳定运行。提高生产效率，对于企业的生产以及螺旋焊管生产行业有着重要的意义。2山东大学硕士学位论文1 3 本课题研究的主要内容本课题的研究基于山东甬泰钢铁科技有限公司提供的螺旋焊钢管机组硬件系统，从系统的控制要求出发，探讨该系统的自动化控制策略及其基于P L C的实现方法，这也是螺旋焊钢管生产线钢板递送自动控制系统的核心问题。本课题研究内容主要包括以下部分：1、螺旋焊管生产线工艺流程及钢板递送自动控制总体方案设计；2、钢板递送自动控制系统中基于S 7 3 0 0 的硬件电路的设计：重点对变频调速控制系统与直流调速控制系统进行了详细分析与设计。3、钢板递送自动控制系统中基于S 7 3 0 0 的软件设计：包括S I M A T I CS 7 3 0 0P L C 的控制程序设计及H M I 组态设计；4、递送机与矫平机的同步控制、递送机与行走小车的同步控制，这两种同步关系的控制策略及其基于P L C 的实现；5、运管小车自动控制系统的设计；6、钢板递送自动控制系统中各控制柜、操作台的外壳设计。山东大学硕士学位论文第2 章螺旋焊管生产线工艺流程及其控制技术要求2 1 螺旋焊管生产线工艺流程螺旋焊管是以带材钢卷为原材料，经常温挤压成型以自动双丝双面埋弧焊工艺焊接而成的螺旋缝钢管。螺旋钢管生产线工艺流程如图2 1 所示。头尾对焊液压剪开卷机递送机夹送棍矫平图2 1 螺旋焊管生产线工艺流程图1、上料上料车的主要作用是把钢卷运送到开卷机。2、开卷开卷机的主要作用是支撑钢卷，铲头找到钢卷的抽头，把钢卷展开并送入矫平机后随矫平机转动。这一部分由液压控制，包括：旋转压料辊，压头油缸，压头横移油缸，翘板摆动油缸，翘板油缸(可伸缩)。压头油缸的作用就是找到钢卷的起始抽头并展开钢卷。3、矫平矫平机是螺旋钢管生产线的重要组成部分之一，其主要作用是对钢卷进行粗矫。矫平机的主运动由5 5 K W 直流电动机拖动，由直流调速器控制。主电动机的调速范围是：O 1 5 0 0 转分钟。主电机的工作方式有两种：手动调节和自动调节。还有升降交流电动机一台，电磁制动器(抱闸)一个，交流调整辊电机一台用以实现矫平辊的自动定位(即调整辊的上下位移)。矫平电机与调整辊电机的转速比为8 5：1。图2 2 为开卷矫平单元的现场照片。4、液压剪液压剪的作用剪切上一卷钢卷的板尾和下一卷钢卷的板头，液压剪的控制按钮就近安装，以方便观察剪切面。5、压紧对焊4山东大学硕士学位论文图2 2 开卷矫平单元现场照片压紧对焊的作用是在运动过程中完成两卷钢板之间的对接焊。为了保证焊接质量和生产过程的连续性，在上一个钢卷用完之前，在钢板的运动过程中处理上一个钢卷的板尾和下一个钢卷的板头，完成两卷钢板对接焊，这样做既能提高生产效率，又能提高焊接质量稳定钢管产品的等级。对焊系统和剪板机机械设备安装示意图如图2 3 所示。图2-3 对焊系统和剪板机机械安装示意图6、夹送辊与行走小车夹送棍拖动电机为5 5 K W 的交流异步电动机。在生产中，当钢卷的板尾到达对焊机的位置时，就进入了钢板的对接焊过程。为了实现在对接焊过程中保持连续生产，这时夹送棍夹紧钢卷的板尾，夹送辊带动钢卷板尾前后移动，将5山东大学硕士学位论文板尾调节至与下一钢卷板头的缝隙最小，所以夹送辊电机需要进行调速控制。此时行走小车前进，其速度与递送机速度同步，在此期间对焊机焊接板尾和下一钢卷的板头，经过焊接，冷却等工艺后，夹送辊打开，小车迅速后退。小车后退的距离由公式(2 1)确愈m 1，(2-1)m 小车后退的距离，1，钢板递送速度，焊接时间。7、铣边机每个铣边机的拖动电机均为5 5 K W 的交流异步电动机，如图2 4 所示。铣边机的作用就是处理焊缝的两个边。处理焊缝的目的是：提高焊接质量、保证钢管产品的等级。S S K、75 5 K?图2-4 铣边机与递送机机械安装不恿图8、递送单元递送单元有的作用有两个：一是对粗矫过的钢卷进行最终矫直，钢卷的平直程度直接影响焊缝的均匀度和成型钢管的表面质量与直径的一致性；二是将精矫的钢卷送到螺旋焊管成型系统。递送机的拖动电机为7 5 K W 的直流电动机，递送机的递送速度受控于螺旋焊管焊缝间隙控制系统。所以尽管递送机的速度是整个递送系统的基准，但是递送机本身的速度高低取决于螺旋焊钢管的成型速度。9、成型机与后桥出管6山东大学硕士学位论文采用后摆式螺旋焊管生产机组，除了能满足生产不同直径的管材，还可以实现连续生产。当需要调整后桥成型角时，可调整成型器转盘及与其相连的焊接出管后桥来完成。用焊缝间隙控制装置来保证焊缝间隙满足焊接要求，管径，错边量和焊缝间隙都能够得到严格的控制。内焊和外焊均采用美国林肯电焊机进行单丝或双丝埋弧焊接。成型以及内外焊接单元的现场照片如图2 5 所示。图2 5 成型以及内外焊接单元现场照片轰1 0、运管小车j当成型焊接阶段和切断出管阶段等工艺流程完成后就需要与后桥出管配套运行的运管小车系统，完成切管后运输钢管至固定运管辊道。图2-6 是运管小车控制单元的现场照片。图2-6 运管小车控制单元现场照片7山东大学硕士学位论文r a m 皇曼鼍曼邑曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼皇曼舅曼曼曼量曼曼笪曼曼曼皇皇曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅量曼皇量量曼量2 2 螺旋焊管生产线控制要求2 2 1 钢板递送部分工作状态递送机铣图2 7 手动穿带部分示意图1、手动穿带状态，如图2 7 所示手动穿带工作状态特点是：所有的电动机都处于点动状态。2、正常工作状态，如图2 8 所示在正常工作时，递送机与行走小车之间的钢板要保持张力恒定。控制特点是：在剪板头、剪板尾和对焊期间行走小车与递送机速度同步；焊完毕后小车返回期间，矫平机的速度等于递送机和行走小车的速度之和。在非钢卷非对焊期间，矫平机与递送机速度同步。图2-8 自动穿带部分示意图2 2 2 钢板递送部分的主要功能钢板递送部分主要承担如下四种功能：1、矫平钢板钢板的平直程度直接影响焊缝的质量与均匀度最终决定成型钢管的表面质量与直径的一致性。2、焊缝两个边的处理处理钢板的两个侧边就是处理焊缝的两个边。处理焊缝的目的是：提高焊接质量、保证钢管产品的等级。3、在运动过程中完成两卷钢板之间的对接焊为了保证焊接质量和生产过程的连续性，在上一个钢卷用完之前，在钢板8山东大学硕士学位论文的运动过程中处理上一个钢卷的板尾和下一个钢卷的板头，完成两卷钢板对接焊，这样做既能提高生产效率，又能提高焊接质量稳定钢管产品的等级。4、递送机的递板速度受控于螺旋焊钢管成型控制系统尽管递送机的速度是整个递送系统的基准，但是递送机本身的速度高低取决于螺旋焊钢管的成型速度。2 2 3 钢板递送部分的控制要求1、执行机构的要求(1)液压站的液压达到正常时才能允许其它电动机工作。(2)除液压站电动机以外所有的电动机都能正、反转点动。(3)正常运行时递送机工作时，铣边机就进入运行状态。(4)夹送棍加压后，行走小车运行速度与递送机同步，以减小递送机的负荷。此时小车上的所有电动机都处于手动点动状态。(5)夹送棍抬起后，对接焊完毕，行走小车迅速后退，矫平机电动机的速度应使递送机电动机负载降至最小，此时矫平机的速度迅速上升，上升速度由公式(2 2)确定。1，=1+V 2(2-2)，矫平机速度，v】行走小车速度，1，：递送机速度。当递送机与矫平机同步期间，若钢板张力超过规定值，矫平机电动机的转速能够自动升高或降低。(6)在同步控制的要：在对接焊过程中，行走小车电动机与递送机电动机速度同步：在非对接焊期间，矫平机电动机与递送机电动机速度同步。2、控制系统的要求(1)行走小车与轨道终点，距离小于l m 时控制系统发出报警信号。(2)控制系统应有“运行”和“调试”两种工作模式。(3)当电网和负载发生变化时递送机的转速的变化不会超过1。9山东大学硕士学位论文第3 章系统总体方案的设计与实现要构造一个控制系统，首先要根据工艺要求选配各种硬件，把各个部件之间用网络连接起来，这样就构成了控制系统的基本框架。然后通过软件编程、组态，从而形成能实现工艺要求的控制系统。螺旋焊管生产线钢板递送自动控制系统我们采用P R O F I B U S D P 网络，用S I E M E N S 公司S 7 3 0 0P L C 做为主站；S I E M E N S 公司E T 2 0 0 M 做为分布式I O从站，直流调速器采用S I E M E N S 公司的6 R A 7 0 系列直流驱动器，变频器选用S I E M E N S 公司M M 4 4 0 系列变频器，人机界面选用S I E M E N S 公司M P 2 7 7 触摸屏。通过现场总线将S 7 3 0 0 主站和以上其他从站连接在一起，实现数据和控制命令的传输。这样做一是考虑同一公司各器件的兼容性好，备件调试都方便；二是考虑现场总线有其自身的优势，保证信号及数据的准确性。本课题的另一工作是设计安装运管小车控制系统。由于一般螺旋钢管生产厂家对运管小车控制系统采用传统的继电器控制方式，走线复杂，故障点多，维护困难，设备停机率高，频繁停车对焊接质量将造成极大的影响。甬泰公司委托我们设计的螺旋钢管生产线，生产的螺旋焊管将在国家“西气东输”工程中被用于输送石油和天然气的管道，对焊管的质量要求非常高。所以本课题在螺旋焊管生产线运管小车控制系统的设计中采用P L C 控制取代传统的继电器控制，使系统的运行可靠性提高，并且维修方便。具体设计方案是采用三菱F X 2 N _ 3 2 M I 冲L C 和西门子M M 4 4 0 系列通用变频器设计运管小车电气控制系统。3 1 递送控制系统P R O F I B U S