自动喷码机在预精焊螺旋缝焊管生产线的应用

摘要

随着石油天然气资源的开发和发展，管道建设对焊管质量管理的要求越来越高。随着市场发展的需要，无论是国内重大管线建设要求，还是国外市场客户的要求，焊管信息化建设是发展趋势。自动喷码机是焊管信息化管理的基础性设备，在预精焊螺旋焊管生产线上开发应用一套自动喷码可以解决人工标识方式导致管号字迹不清楚、书写不规范、钢管信息的真实准确性不能保证等问题。本文以山东胜利钢管有限公司预精焊螺旋焊管生产线为应用背景，设计和开发了一套全新的自动喷码机，并实现了成功应用。该系统工作效率高，可靠性好，字迹清晰统一，能有效避免管号识别错误;自动喷码机与预精焊MES系统实现通信，可以建立一套管号跟踪系统，更好的实现生产质量控制管理。
　　根据预精焊螺旋焊管生产线工艺特点和需求，确定自动喷码机的性能指标和主要功能，设计了自动喷码机整体布局和结构。确定布局方案后，对喷码系统进行总体设计，确定在钢管沿辊道直线前进过程中，采用三个喷头同时在钢管头部和尾部进行喷印，保证有一个管号在后续生产检验工序中能够被清晰识别。另外根据功能要求，将整个系统分为上位机、下位机、执行单元三个部分。上位机对数据进行处理，协调PLC和集成式喷印控制器工作，同时与MES系统通讯，使喷码系统作为MES系统的一部分。下位机采集数据信息，发出指令让执行单元工作，并保持与上位机的通讯。执行单元负责完成喷印实际工作等。
　　确定了喷码方式，选用16点阵的电磁阀式自动喷头，即喷头由16个喷嘴组成，每个喷嘴都由电磁阀来控制，电磁阀由脉冲信号控制，喷出的点在钢管表面形成文字。这种方式满足生产现场需要，工作可靠、使用经济、维护方便。
　　对喷印系统的机械设计方面，为了满足喷印钢管直径范围Φ610～Φ1626mm，同时保证喷嘴与钢管的最佳间隙20～35mm，三个喷头采用斜面滑轨、丝杠丝母的机械机构进行调整。同时设计喷头防护罩和喷头旋转装置，防止喷头被钢管撞坏。设计测速轮，测量钢管的运行速度，从而确定喷码速度，使字体清晰美观。设计钢管头部尾部检测机构，为实现自动化提供必要的信号。采用SolidWorks软件进行了3D设计，提高了设计效率。
　　在喷码系统的电气设计方面，采用上位机、PLC和集成式喷印控制器三者相结合，利用西门子高速计数模块FM350与编码器的组合，实现自动化控制。对上位机与集成式喷印控制器的接口设计采用RS232C串行通讯接口，上位机与MES系统接口通信采用TCP/IP协议，上位机与PLC之间采用PROFIBUS-DP协议通信，从现场的生产来看，通讯正常，电气系统工作稳定可靠。
　　为了满足客户的需求，本喷码系统的软件设计包括PLC程序设计和上位机监控程序设计，以保证程序运行稳定、可靠，同时软件具有界面清晰、操作方便等优点。PLC程序的设计根据工作流程，将工作流程分为检修、手动、自动三种不同的控制模式，采用模块化设计，提高编程效率，使系统调试和维护更加简单。采用编码器脉冲控制喷头电磁阀脉冲实现喷印速度的控制，喷印效果清晰美观。对监控软件提出了设计要求以及功能构成，并设计了主监控界面。最终对本文研究的喷码系统在山东胜利钢管有限公司预精焊螺旋焊管生产线上进行了实际应用，效果良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的来源和意义

1．2 喷码机分类

1．3 螺旋焊管喷码系统研究现状

1．3．1 螺旋埋弧焊管工艺介绍

1．3．2 螺旋埋弧焊管生产线管号识别研究与应用现状

1．4 本文的研究目的及主要研究内容

第2章 预精焊螺旋缝焊管用自动喷码机系统总体设计

2．1 喷码机工艺布局

2．2 喷码方案的确定

2．3 自动喷码机的性能指标和主要功能

2．3．1 自动喷码机的性能指标

2．3．2 自动喷码机的主要功能

2．4 总体设计

2．4．1 喷码机的执行单元

2．4．2 喷码机的下位机

2．4．3 喷码机的上位机

2．5 本章小结

第3章 喷印系统设计

3．1 喷码机的选择

3．2 喷印剂的选择

3．3 本章小结

第4章 喷码机的机械系统设计

4．1 机械系统设计内容

4．2 喷头机构设计

4．2．1 喷头机构整体设计

4．2．2 喷头调整装置

4．2．3 喷头碰撞防护措施

4．3 测速机构

4．4 钢管头部和尾部检测装置

4．5 本章小结

第5章 电气系统设计

5．1 电气系统总体结构设计

5．1．1 电气控制设计的要求

5．1．2 电气系统硬件组成

5．2 电气控制接口设计

5．2．1 上位机与集成式喷印控制器的接口设计

5．2．2 上位机与PLC之间的接口设计

5．2．3 上位机与MES系统的通信

5．2．4 高速计数的功能模块与编码器接口设计

5．3 本章小结

第6章 螺旋缝焊管喷码系统软件设计及系统应用案例

6．1 PLC控制程序设计

6．1．1 喷码系统工作流程

6．1．2 PLC程序的模块化设计

6．1．3 自动模式PLC程序设计

6．1．4 喷印速度的控制原理

6．2 上位机监控程序设计

6．2．1 上位机程序的要求

6．2．2 上位机软件功能构成

6．2．3 主要的监控界面

6．3 应用案例

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

附录

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文