CN101011769A - 一种控制无缝管管坯打孔机在线自动定心打孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制无缝管管坯打孔机在线自动定心打孔的方法，通过计算机、PLC逻辑控制器、变频器及相应的传感器和电器开关等硬件设备，设定控制打孔机动作参数值，由PLC通过通信电缆接收到计算机的数据后进行运算发出指令，精确控制轨道走行小车的前进或者后退、机械手的上下带动触头定心、给触头上电引发触头和管坯起弧等动作，完成在管坯上定心打孔过程。其优点是：控制精确，定心准确，打孔质量好，打孔速度快，在20－30秒内控制打孔机自动完成打孔，既满足连续生产工艺的要求，又保证了定心和打孔质量。提高了无缝管产品质量，降低了轧制成本，提高了成材率。

Description

一种控制无缝管管坯打孔机在线自动定心打孔的方法

技术领域：

本发明涉及一种控制无缝管管坯打孔机在线自动定心打孔的方法。

背景技术：

无缝管生产由管坯到毛管的生产中，穿孔工艺对管坯有头尾定心的要求，以解决产品质量及成材率等问题，即在无缝管管坯的端部中心打出工艺孔。传统的解决方法有以下几种，但均存在无法克服的缺陷。

第一种  热定心法

经加热炉加热的管坯，由传输辊道送到头尾定心工位，经定心机热定心返回穿孔机前台进行打孔。此种方法解决了管坯定心的需要，但损失了管坯的温度，给穿孔机带来工艺上的咬入困难，且穿孔机为机械设备，设备复杂，投入较高，维护成本上升。

第二种  冷定心法---入炉前的管坯，离线定心

1.机械加工法，加工成本较高，速度缓慢，难以满足连续生产的要求。

2.人工离线打孔，同样速度较慢，定心质量差，难以满足工艺要求。

现阶段，国内无缝管生产工艺所要求的定心机或打孔机，其设备性能和工作原理及方法均不能满足要求，无缝管质量存在问题，成材率较低，芯棒消耗高。致使轧制成本高。

实现无缝管管坯在线自动定心打孔，是满足无缝管连续生产、提高无缝管的产量、降低能耗和加工成本的关键。采用电弧打孔可以实现无缝管管坯的在线打孔，电弧打孔所采用的机械设备较为简单，其典型的结构是：由轨道走行小车、机械手构成打孔机，机械手由触头卡紧装置、悬臂、轴承座、曲柄、气缸构成，气缸的活塞杆与曲柄用销轴连接，曲柄与轴承座中的轴承连接，悬臂的一端与曲柄连接，悬臂的另一端通过一个触头调心装置与触头卡紧装置连接，气缸和轴承座安装在轨道走行小车的车体上。此打孔机在工作时首先应将轨道走行小车设置在与无缝管管坯的输送辊道平行铺设的轨道上，在机械手的触头卡紧装置上夹持一个由碳素材料制成的触头。由无缝管管坯的输送辊道的辊道控制系统给管坯定位，调整触头卡紧装置的上下向位置，使触头对准管坯端面的中心，给触头加电，调整轨道走行小车的走行距离，使触头快速接触管坯端面，与管坯发生电弧熔化金属，将管坯端面熔解为工艺所要求的孔洞，并可以辅以气源，将电流溶解的金属吹离，完成打孔，触头停电，机械手抬起，准备下一工作周期；打好孔的管坯由辊道输出，进入加热炉。如何控制上述打孔机完成在线自动定心打孔，目前还没有解决。

发明内容：

本发明的目的是提供一种控制上述无缝管管坯打孔机实现在线自动定心打孔的方法。

本发明的目的是由以下方式实现的：

所述控制无缝管管坯打孔机实现在线自动定心打孔的方法所使用的控制设备包括计算机、PLC逻辑控制器、变频器及相应的传感器和电器开关，在计算机中存储有控制打孔机动作参数值，且各参数值可以进行修改和重新设定，其特征是：所述方法包括下述步骤：

PLC通过通信电缆接收到计算机的数据后进行运算，根据管坯长度确定轨道走行小车的等待初始位置和触头定心的纵向位置；

轨道走行小车根据PLC的指令横向走行惦记前进或者后退，PLC同时输出一个模拟量值给变频器以控制小车的速度，小车根据指令运行到定心位置后将等待无缝管管坯的输送辊道上的管坯到位；

当管坯在无缝管管坯的输送辊道上到位后，传感器被触发发出信号给PLC；

PLC对接收到的传感器信号进行运算，并发出命令给轨道走行小车执行，控制小车向前前进；

当传感器检测到管坯到位后，PLC发出命令控制机械手悬臂下降，同时PLC发出命令控制小车进入定心程序，小车将减速到定心速度，缓慢地接近管坯，给触头上电，同时，机械手带动触头旋转并引发触头和管坯起弧在管坯上刨出一个圆孔，根据设定的定心时间小车完成定心打孔过程；

当定心时间完成后PLC发出指令控制小车返回等待位并抬起悬臂，同时判断循环次数以控制触头是否消耗完和计算触头消耗补偿量，如果循环次数没有达到设定次数小车在等待位等待下一根管坯自动完成下一个循环，如果根据设定触头消耗完，PLC系统发出报警提示操作员更换触头；

在更换完触头并且操作员按计算机上的复位按钮确认碳棒更换完毕后，小车返回零点并自动运行到等待位，等待下一根管坯自动开始下一个循环，同时循环次数计数器清零自动重新开始计数。

本发明的优点是：控制精确，定心准确，打孔质量好，打孔速度快，在20-30秒内控制打孔机自动完成打孔，既满足连续生产工艺的要求，又保证了定心和打孔质量。提高了无缝管产品质量，降低了轧制成本，提高了成材率。

附图说明：

图1是无缝管管坯打孔机的结构示意图；

图2是触头卡紧装置的结构示意图；

图3是触头调心装置的结构示意图；

图4是轨道走行小车的结构示意图；

图5是小车轨道的结构示意图；

图6是控制系统的结构示意图；

图7、图8、图9是PLC逻辑控制器的控制原理图；

图10是电源的供电原理图；

图11是变频器的控制原理图；

图12是本发明的控制流程图。

具体实施方式：

参照附图，无缝管管坯打孔机由轨道走行小车8、机械手构成，机械手由触头卡紧装置2、悬臂4、轴承座5、曲柄6、气缸7构成，气缸7的活塞杆与曲柄6用销轴连接，曲柄6与轴承座5中的轴承连接，悬臂4的一端与曲柄6连接，悬臂4的另一端通过一个触头调心装置3与触头卡紧装置2连接，气缸7和轴承座5安装在轨道走行小车的车体29上。触头卡紧装置2采用旋转进给的卡紧装置，由底板17、连接螺母11、丝杠14、上电丝母13、固定支座12、连轴器15、电机16、滑动座19组成，固定支座12和滑动座19均安装在底板10上，电机16固定在滑动座19上，上电丝母13安装在固定支座12上与丝杠14配合，丝杠14通过连轴器15与电机16连接，连接螺母11安装在丝杠14的前端，触头卡紧装置2夹持一个由碳素材料制成的触头10，触头10是通过连接螺母11与丝杠14连接的。触头调心装置3由螺杆20、螺母22、锁紧螺母21及连接板23组成。在轨道走行小车的车体29上安装有车轮28、变频电机25、减速机26，在减速机26的输出轴上安装有开式齿轮27，在一根轨道9的内侧沿轨道的长度安装有与走行小车上的开式齿轮27相啮合的齿条30，在变频电机25上安装一个传感器24，通过传感器24将所需信号传给电控系统。其中：电机功率为0.75KW，减速机采用摆线针轮减速机，型号为XLD2-11-0.75，速比为i＝11。为该打孔机配置的的电控制设备包括计算机、PLC逻辑控制器、变频器及相应的传感器和电器开关。供电电源采用下述电源：

电源主电路采用六相半波结构，具有输出电流平滑度好，电流稳定，起弧容易，维护简单的特点。电流电压显示采用数码显示，具有显示直观，准确，并且电流具有预显功能，可以准确地调节电流。可控硅组采用水冷，主变压器采用风冷，具有温升低，安全可靠的特点。

输入电源：三相380V  50Hz

额定输入功率：220KVA

额定输出电流：3150A

额定负载持续率：60％

额定输出空载电压：70V

输出电流调节范围：320A-3150A

负载电压范围：33V-60V。

电控制设备采用：

●计算机为触摸屏计算机：西门子TP177A

●PLC：西门子S7-200CPU224 EM322

●变频器：丹拂司DANFOSS VLT2800。

在触摸屏计算机上完成系统参数设定和手动控制功能，并能显示系统状态和自动诊断系统故障并提示操作员；PLC完成整个系统的逻辑顺序控制和位置控制；变频器直接控制小车行走电机完成所需的动作。

具体操作步骤：操作员可以在触摸屏上设定管坯长度、补偿量、小车前进速度、小车定心速度、小车返回速度、小车循环次数等小车行走位置的有关数据；管理人员和制造商在得到一定授权后可对设备的系统数据进行修改，包括总定位长度、触头长度、定心安全时间、编码器数据、定心时间、等待位移量、定心光电开关位置等数据进行设定。PLC通过通信电缆接收到这些数据后将进行运算来确定小车的等待位置和定心位置，根据PLC的指令横向走行惦记前进或者后退，PLC同时输出一个模拟量值给变频器以控制小车的速度。小车根据指令运行到定心位置后将等待管道上的管坯到位，当管坯在辊道1上到位后，传感器被触发发出信号给PLC，PLC发出命令执行控制小车向前前进，当管坯前沿出发到悬臂上安装的定心位置传感器后，悬臂下降同时PLC发出命令控制小车进入定心程序。这时小车将减速到定心速度，缓慢地接近管坯并引发碳棒(触头)和管坯起弧在管坯上刨出一个圆孔，在触头接近管坯起弧过程中，机械手带动触头旋转，以保证每次起弧并不断弧，再根据设定的定心时间小车完成定心打孔过程。

具体工作过程：根据触摸屏上设定的管坯长度，轨道走行小车沿下部轨道快速运行到定心接近工位，系统通过与走行小车上的传感器24中的编码器来控制小车的走行距离。当管坯通过辊道1被送到定心工位上时，原辊道1的控制系统控制挡板上升，管坯在辊道上被定位。一个光电开关检测到辊道上有管坯后，将信号反馈到电控制系统，悬臂被下降到工作位，小车慢速启动接近管坯，在小车上装有一个光电开关用于检测管坯边缘，根据这个光电开关的检测信号，小车启动定心的位置和时间控制。从而消除不同长度管坯对定心的影响。在触摸屏上操作员可以设定一个偏移量以便补偿触头消耗对定心位置的影响。操作员在触摸屏上可以设定一个定心打孔循环次数，当打孔机定心打孔次数达到设定值时，系统给出一个灯报警提示操作员更换触头。定心打孔结束后小车后退，悬臂抬起，当悬臂到达上位后传感器给出辊道运行信号到辊道控制系统，辊道运行运走定心打孔完的管坯。小车后退到定心接近位后停止，等待下一个循环。一个工作周期不大于30秒。

Claims (1)

1、一种控制无缝管管坯打孔机在线自动定心打孔的方法，所述控制无缝管管坯打孔机实现在线自动定心打孔的方法所使用的控制设备包括计算机、PLC逻辑控制器、变频器及相应的传感器和电器开关，在计算机中存储有控制打孔机动作参数值，且各参数值可以进行修改和重新设定，其特征是：所述方法包括下述步骤：

PLC通过通信电缆接收到计算机的数据后进行运算，根据管坯长度确定轨道走行小车的等待初始位置和触头定心的纵向位置；

轨道走行小车根据PLC的指令横向走行惦记前进或者后退，PLC同时输出一个模拟量值给变频器以控制小车的速度，小车根据指令运行到定心位置后将等待无缝管管坯的输送辊道上的管坯到位；

当管坯在无缝管管坯的输送辊道上到位后，传感器被触发发出信号给PLC；

PLC对接收到的传感器信号进行运算，并发出命令给轨道走行小车执行，控制小车向前前进；

当传感器检测到管坯到位后，PLC发出命令控制机械手悬臂下降，同时PLC发出命令控制小车进入定心程序，小车将减速到定心速度，缓慢地接近管坯，给触头上电，同时，机械手带动触头旋转并引发触头和管坯起弧在管坯上刨出一个圆孔，根据设定的定心时间小车完成定心打孔过程；

当定心时间完成后PLC发出指令控制小车返回等待位并抬起悬臂，同时判断循环次数以控制触头是否消耗完和计算触头消耗补偿量，如果循环次数没有达到设定次数小车在等待位等待下一根管坯自动完成下一个循环，如果根据设定触头消耗完，PLC系统发出报警提示操作员更换触头；

在更换完触头并且操作员按计算机上的复位按钮确认碳棒更换完毕后，小车返回零点并自动运行到等待位，等待下一根管坯自动开始下一个循环，同时循环次数计数器清零自动重新开始计数。

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