预精焊螺旋缝焊管内清扫控制系统的研发

摘要

管道运输是世界第四大运输方式，主要作用为长距离传输液体及气体。目前采取的主要管道类型为埋弧焊螺旋焊管。近年随着我国西部能源的开发及同俄罗斯、西亚等邻国石油天然气贸易的增加，对埋弧焊螺旋焊管的需求也在大量增加，对钢管焊接的质量要求也逐渐提高。在这种形式下，一套具有国际先进水平的预精焊生产线在山东胜利钢管有限公司设计组装并使用。较以往生产线的工艺要求，钢管内杂质的清扫程度极为严格，它在预焊及精焊的流程中间，是保证精焊设备顺利焊接的关键。本课题就是以钢管内清扫系统为研究对象，设计出一套能够满足钢管内杂质清扫程度要求，并能实现自动化清扫的一套系统。
　　首先根据预精焊螺旋焊管生产线工艺特点和要求，确定了钢管内清扫系统的性能指标和主要功能，对于钢管的清扫方式，致力于清扫均匀、清扫彻底和污染小的理念，采用钢管匀速旋转和刷头同时匀速前进后退的方式，具体为根据钢管管径，给旋转辊道一个速度，使钢管匀速旋转，同时刷头在检测到钢管管头的同时，移动到工作位置，在合适的给定速度下，随着移动小车和探臂的运动进行清扫工作。吸尘装置有个管道通过探臂内部，管头与刷头刷座封闭式相连，在清扫的同时也开始吸尘。这种工作方式稳定可靠，效果良好，满足工艺要求。
　　在控制方面，鉴于设备整体运行存在危险系数，采取安全PLC控制系统，并通过工业以太网和PROFINET网络，将设备有机的连接到一起，减少了繁琐的布线，亦提高了设备的响应速度。动力系统方面小车行走主要使用伺服驱动器结合PLC及上位机驱动伺服电机来实现位置及速度控制，对伺服系统进行三环调试，使之具有带载能力强，响应快，精度高等特点，旋转辊道采用三相异步交流电机，满足其匀速旋转的功能，刷头旋转采用液压驱动，来保证其平稳，快速启动和制动的特点。刷头升降用液压缸驱动，压力传感器、先导式溢流阀和PLC一起形成闭环系统，来确保刷头驱动液压马达压力的稳定。
　　在操作上，设计了人机界面系统，能够随时将设备的状态及错误信息显示在界面上，及时反馈给操作者及维修者，并且操作或查询方便。程序采用模块化设计，具有直观，易读等特点，设计有有手动和自动两种操作模式，平时只需采用自动模式，系统即可自动完成所有操作，节约了人员成本，减轻了操作操作者的劳动强度。最终该系统在生产线上成功使用，达到了预期效果，并且运行稳定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的来源

1．2 螺旋埋弧焊管工艺介绍

1．2．1 螺旋焊管制造工艺的比较

1．2．2 气保焊和埋弧焊的比较

1．3 钢管常用的清扫方法

1．3．1 倾倒式清扫方法

1．3．2 吸尘式清扫方法

1．4 本文研究的意义和主要内容

第2章 内清扫电气及液压系统的设计

2．1 内清扫系统的结构

2．2 内清扫安全PLC硬件系统

2．2．1 内清扫安全PLC的基本结构

2．2．2 分布式故障安全系统组态设计

2．2．3 西门子通讯部分设计

2．2．4 安全PLC的外部连接

2．3 运动控制系统硬件设计

2．3．1 驱动系统的选择

2．3．2 伺服控制的电气设计

2．3．3 全闭环位置控制的设计

2．4 刷头装配及液压控制系统的设计

2．4．1 刷头装配结构

2．4．2 液压控制系统设计

2．5 本章小结

第3章 伺服系统的参数配置与调试

3．1 伺服驱动器与电机的参数配置

3．2 伺服系统电流环整定

3．3 伺服系统速度环的调试

3．4 伺服系统位置环的调试

3．5 本章小结

第4章 PLC的程序结构及设计

4．1 程序的整体设计

4．2 初始化程序的设计

4．3 行走小车运动部分的程序设计

4．4 刷头自动升降程序设计

4．5 自动清扫系统设计

4．6 安全部分程序设计

4．7 本章小结

第5章 内清扫系统人机界面的设计

5．1 WinCC Flexible简介

5．2 内清扫系统人机界面设计思想

5．3 内清扫系统人机界面设计

5．3．1 触摸屏的变量创建

5．3．2 触摸屏的报警创建

5．3．3 触摸屏的人机界面创建

5．3．4 触摸屏的配方创建

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢