CN101311858B - 钢管扩径机组自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管扩径机组的自动控制系统，包括硬件系统和软件系统；硬件系统包括用于控制机械设备和液压系统的自动控制系统和用于控制机械设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面；十个站柜或箱是夹钳送进车主站柜、校直机从站柜、扩径头比例控制从站柜、横移冲洗从站柜、校直机主控从站柜、液压总站柜、主操作台从站柜、横移A车从站箱、横移B车从站箱和后冲洗从站箱；十个站柜或箱以及人机界面之间均通过CC-link总线链接；软件系统及硬件系统与钢管扩径机组自动工艺流程相适配。本发明实现了钢管扩径机组对需要扩径的钢管从前冲洗开始到扩径完成送出出料辊道的自动化工作过程，对不同规格、不同类型钢管具有通用性和适应性。

Description

钢管扩径机组自动控制系统

技术领域 本发明涉及专用于钢管扩径机组的自动控制系统。

背景技术 钢管扩径机是输送油、气直缝钢管生产线必备的专用设备。它的作用有下述三点：其一，对钢管径向进行扩张达到精确的圆度和直径；其二，消除钢管在冷轧过程中产生的杂乱应力，增加材料的屈服强度；其三，对焊缝进行一次检验。钢管扩径机对钢管的扩径是分段进行的：钢管由送进车分步送进扩径头，扩径头分段对钢管进行扩径，直到把全长钢管扩完。

钢管扩径机组是申请人研制的国内首创的大型成套设备；机械设备由夹钳送进车，校直机，扩径头，前、后冲洗装置，第一横移车、第二横移车和扩径头主油箱等部分组成；机械设备的各部分由相应的液压系统和机械设备的电气控制来完成相应的工作职能；因机械设备结构庞大、系统繁杂，对电气控制系统的要求很高。

钢管扩径机组主要工作过程有：第一横移车把钢管运送前冲洗旋转滚上；前冲洗装置对钢管冲洗后再运送到扩径中心线上，落到对焊缝旋转辊上；夹钳送进车夹住钢管焊缝处上升举起钢管，将钢管送进扩径头；喷雾装置喷射雾状润滑油至钢管内壁对钢管内壁润滑；钢管被送到位后由主机即扩径机扩径；校直机对钢管校直；第二横移车送钢管到后冲洗工位，由后冲洗装置冲洗钢管后经出料辊道送走。

为了实现钢管扩径机组的工作过程，申请人需要设计制作一套钢管扩径机组专用的自动控制系统，以完成对钢管扩径机组工作的控制。

发明内容 本发明要解决的技术问题在于提供一种钢管扩径机机组的自动控制系统，实现钢管扩径机工作过程的自动化控制。

该系统采用可编程控制器，控制和通讯总线(又称为CC-link，即Controland Communication-Link)，变频器总线控制，伺服电机伺服系统总线控制(又称为SSCNET，即Servo System Controller Network)，以及人机界面(又称为HMI，即Human Machine Interface)等技术系统集成为结构化、模块化的硬件系统和根据硬件系统及钢管扩径机组的自动工艺流程编写的结构化、模块化的软件系统。

本发明所提供的钢管扩径机组的自动控制系统，包括硬件系统和软件系统；硬件系统包括用于控制机械设备和液压系统的自动控制系统、和用于控制机械设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面；十个站柜或箱是夹钳送进车主站柜、校直机从站柜、扩径头比例控制从站柜、横移冲洗从站柜、校直机主控从站柜、液压总站柜、主操作台从站柜、横移A车从站箱、横移B车从站箱和后冲洗从站箱；十个站柜或箱以及人机界面之间均通过CC-link总线链接；软件系统及硬件系统与钢管扩径机组自动工艺流程相适配。

夹钳送进车主站柜主要由中央处理器CPU、CPU电源、CC—Link主站模块、SSCNET定位模块、送进车前后运行高速计数模块、送进车远程I/O模块即输入/输出模块和送进车驱动变频器组成；模块之间经CC-link总线依次链接；

校直机从站柜主要由校直机高速计数模块和三组远程I/O模块组成；模块之间经CC-link总线依次链接；

扩径头比例控制从站柜主要由扩径D/A转换模块即数/模转换模块，扩径A/D转换模块即模/数转换模块，扩径远程I/O模块组成；模块之间经CC-link总线依次链接；

横移冲洗从站柜主要安装有前冲洗旋转辊变频器、对焊缝旋转辊变频器、横移A车变频器和横移B车变频器；该从站柜的变频器之间经CC-link总线依次链接；

校直机主控从站柜主要由校直机驱动辊变频器、校直机远程I/O的输入模块、校直机远程I/O的输出模块组成；该从站柜的电器元、部件之间经CC-link总线依次链接；

液压总站柜主要由总站油泵远程I/O输入输出模块、总站远程I/O输出模块组成；模块之间经CC-link总线依次链接；

主操作台从站柜主要由数个操作远程I/O输入输出模块组成；模块之间经CC-link总线依次链接；

横移A车从站箱主要由A车远程I/O的输出模块、A车远程I/O的输入模块组成；模块之间经CC-link总线链接；

横移B车从站箱主要由B车远程I/O的输出模块、B车远程I/O的输入模块组成；模块之间经CC-link总线链接；

后冲洗从站箱主要由后冲洗辊道变频器、后冲洗远程I/O输入输出模块组成；变频器、模块之间经CC-link总线依次链接；

中央处理器CPU、伺服定位模块SSCNET、校直机高速计数模块、扩径D/A转换模块、扩径A/D转换模块、前冲洗旋转辊变频器通过CC-link总线链接；中央处理器进行数据交换。

上述硬件系统所包括的电气元、部件选用三菱公司生产电气控制通用元器件。

为满足硬件结构化、模块化的要求，存储在中央处理器CPU中的扩径机软件系统采用模块化设计；软件系统模块与硬件系统及钢管扩径机组自动工艺流程相适配，按功能划分为夹钳送进车主站功能块、校直机从站柜功能块、扩径头比例控制从站柜功能块、横移冲洗从站柜功能块、校直机主控从站柜功能块、液压总站柜功能块、主操作台从站柜功能块、横移A车从站箱功能块、横移B车从站箱功能块、后冲洗从站箱功能块和人机界面功能块。

人机界面设计有工作参数与机械参数，并将这些参数向用户开放，使用户在调试和维修过程更加方便，同时提高本发明控制系统的通用性和适应性，以便适应不同规格、不同类型钢管扩径机机组的使用要求。

扩径机软件系统传输速度最高可以达到10Mbps，从而使信息数据实现高速度、大容量通讯，而且传输时间稳定，相比传统PLC的软件系统，扩径机软件系统对各程序功能块监控、批处理轻松方便，对远程输入输出的响应速率更快，更能实时反映输入输出状态。

本发明实现了钢管扩径机组对需要扩径的钢管从前冲洗开始到扩径完成送出出料辊道的自动化工作过程，对不同规格、不同类型钢管具有通用性和适应性。

附图说明 图1是钢管扩径机组自动控制系统硬件结构框图；

         图2至图5是钢管扩径机机组程序流程图。

具体实施方式 下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示：本发明的硬件系统，该硬件系统包括用于控制机械设备与液压系统的电气控制系统和用于控制机械设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面107；十个站柜或箱是夹钳送进车主站柜101、校直机从站柜102、扩径头比例控制从站柜103、横移冲洗从站柜104、校直机主控从站柜105、液压总站柜106、主操作台从站柜108、横移A车从站箱109即第一横移车从站箱、横移B车110从站箱即第二横移车从站箱和后冲洗从站箱111；十个站柜或箱以及人机界面之间均通过CC-link总线链接。十个站柜或箱分别由各自相应的、数量不等的从站组成，其硬件配置如下所述：

第一，夹钳送进车主站101主要由CPU电源120、中央处理器CPU121、CC—Link主站模块123、SSCNET定位模块122、送进车前后运行高速计数模块124、送进车远程I/O模块125、126和送进车驱动变频器127组成；CC—Link主站模块123、SSCNET定位模块122、高速计数模块124、送进车远程I/O模块125、126和送进车驱动变频器127之间经CC-link总线依次链接。

其中：中央处理器121选择Q02HCPU，SSCNET定位模块选择QD75M定位模块，送进车驱动变频器127选择FR-A700三菱通用变频器，高速计数模块124选择AJ65BT-D62D-S1模块，

本发明的夹钳送进车主站101对各部分的控制和通信链接基于CC-link现场总线设置安装来完成，具体实施方法是：

1、将各种不同功能模块分布安装在设备各处的电柜内，各模块之间只需要通过CC—Link总线连接即可与夹钳送进车主站101进行数据的发送和接收，提高了整个电气系统的接线效率，减少人工出错率，现场布线简便；

2、通过连接中央处理器121和CC—Link主站模块123构成一个现场分布式系统，任何一个模块出错或断电均不会妨碍整个电气系统的数据链接状态，配合程序设置、人机界面107的模块出错显示功能和模块的面板指示灯状态可方便电器维修人员查找和维修，恢复后自动加入数据链接，而不需要重启整个系统；

3、选用MR-J2S-B系列的伺服电机驱动器及伺服电机SSCNET总线与定位模块QD75M连接，CPU与QD75M之间通过基板进行数据链接从而达到对伺服电机的同步控制。

夹钳送进车在提升钢管的过程中即不能过快也不能过慢，其运行速度要和钢管与液压托辊的上升的速度保持一致，伺服电机采用转矩控制模式，它可以根据提升过程中夹钳所受钢管的重力自动调节速度，从而做到与钢管上升速度保持一致。

4、夹钳夹紧钢管后要靠送进车在轨道上的前后运动来拖动钢管在辊道上前进或后退。对钢管扩径时，每次扩径的距离较短，因而要求夹钳送进车前进速度不能太快，而且最好有速度的转换来保证每次扩径的位移量一致。在该发明中我们采用通过CC-link总线经送进车驱动变频器127来控制夹钳送进车的运动，FR-A700三菱通用变频器适用于重负载，其调速比可达1：120(0.5-60Hz)。PWM高柔性设计，噪音更低。通过选配CC-Link通信附件FR-A7NC之后就可以接入整个CC-Link网络中。此时，CC—Link主站模块123会将送进车驱动变频器127自动定义为远程设备站来进行数据的链接和监控。

送进车驱动变频器127控制方式采用网络控制模式，借由CC-Link网络强大的控制和数据链接功能，设定送进车驱动变频器127在整个网络中为远程设备站，从而将送进车驱动变频器127的启动、停止、多段频率设定等功能可以通过CC-Link远程控制和修改参数。

通过专用指令可将送进车驱动变频器127的状态及出错信息存储在相应区域，通过人机界面的文本显示功能可以方便维修人员更快的查找和排除故障。并且在人机界面上远程显示和修改变频器内部的参数，无需通过面板来查找和修改参数，方便操作和维修。

5、为了保证钢管扩径过程中每次扩径时夹钳送进车的行程量精确，夹钳送进车上安装有脉冲编码器来精确检测位移量，通过高速计数模块124AJ65BT-D62D-S1来采集编码器反馈的信号，CPU121通过CC-Link与高速计数模块124进行数据链接。

高速计数功能124实时采集信号并交换给CPU121，CPU121根据反馈回的信息和人为给定的信息加以比较来判断送进车是否已到位，通过专用指令还可与送进车驱动变频器127一起实现运动过程中高、中、低速的转换，以此构成的半闭环控制系统精度高，响应速度快。

通过整个CC-Link网络的数据链接，可以通过人机界面的文本显示功能实时显示送进车当前值，可通过设定减速值、目标值来更方便的控制送进车的位移量。

6、夹钳送进车安装有行程保护限位装置及各种检测限位装置，如送进车前极限限位、送进车前保护限位、送进车后极限限位、送进车后保护限位等，通过送进车远程I/O模块125、126对这些限位装置的状态进行判断，以此在程序设计中加以保护和限制，从而保证人身和设备的安全。

第二，校直机从站柜102主要由校直机高速计数模块128和三组远程I/O模块129、130、131组成；模块129、130、131之间经CC-link总线依次链接；

校直机高速计数模块128功能：扩径时，钢管前段由夹钳送进车推动来完成，后段主要由校直机的下辊轮驱动钢管来完成，为使每次扩径的位移量基本保持一致，采用校直机高速计数模块128与CPU121的编码器进行配置，通过校直机高速计数模块128采集编码器反馈的信号，通过CPU121对设定的位移量和实时位移量进行比较，进而达到对位移量给予控制。

三组远程I/O模块129、130、131功能：钢管在实际运动过程中要经过多组辊道，为了自动状态下方便的检测辊道各种状态，安装了大量的行程保护限位及各种检测开关，这些开关的状态通过三组远程I/O模块129、130、131来输入。

第三，扩径头比例控制从站柜103主要由扩径D/A转换模块133，扩径A/D转换模块134，扩径远程I/O模块132、135组成；模块133、134、132、135之间经CC-link总线依次链接；

扩径远程I/O模块132、135功能：扩径头比例控制从站柜103安装在液压主油箱旁边，扩径远程I/O模块132、135主要用于控制继电器来达到控制电磁阀的带电，同时也连接许多检测开关来检测液压管路的运行状态如：滤油器的状态、液位低报警、节止阀的保护等等。

扩径A/D转换模块134功能：扩径机主压力控制通过比例压力阀来完成，同时配置了压力传感器负责检测主压力，扩径A/D转换模块134用来采集压力传感器反馈的信号，并将采集的油压模拟信号转换成数字信号，通过程序数值的转换，使其存储在CPU121的数据区，通过人机界面的显示即可知道当前主压力的实际值。

扩径D/A转换模块133功能：扩径机主压力控制通过比例压力阀来完成，扩径D/A转换模块133将数字信号转换成模拟信号，利用CC-Link快速度、大容量传输的特点，可实时更改主压力，以满足扩径时液压不同过程的需要。

扩径A/D转换模块134、扩径D/A转换模块133、压力传感器、比例压力阀构成了一套检测和控制压力的闭环系统，通过扩径A/D转换模块134采集的信号，由CPU121负责存储和数值转换，并与预先设定好的压力值进行比较，比较后的结果通过扩径D/A转换模块133将数字信号转换成不同程度的模拟信号控制比例压力阀。在程序设计上采用了PID控制，运用PID专用指令及算法，可省去大量的梯形图及数值间的比较，提高了程序运行的速度，缩短了设计开发的周期，并且运算速度稳定。

第四、横移冲洗从站柜104安装有前冲洗旋转辊变频器136、对焊缝旋转辊变频器137、横移A车变频器138和横移B车变频器139组成；各变频器之间经CC-link总线依次链接；

其中：前冲洗旋转辊变频器136和对焊缝旋转辊变频器137选择FR-A740-3.7K-CH三菱变频器；横移A车变频器138和横移B车变频器139选择FR-A740-7.5K-CH三菱通用变频器；

横移冲洗从站功能：横移冲洗电柜综合了横移小车与前冲洗部分，在控制横移小车行走速度的问题上，用到了变频器调速控制技术，以便提高扩径机的工作效率。采用低速起动，高速行走然后快速制动的变频控制技术，把变频器挂在CC-link总线上，可以轻松的在触摸屏上远程控制变频器，更改电机频率以达到用户的要求。对前冲洗旋转辊和对焊缝旋转辊的控制，也是利用变频器调速控制技术，利用快慢速切换，多段速度选择，实现设备平稳运行和精确定位。

第五、校直机主控从站柜105主要由校直机驱动辊变频器142、校直机远程I/O的输入模块141、校直机远程I/O的输出模块140组成；该从站柜的变频器142、输入模块141和输出模块140之间经CC-link总线依次链接；

其中：校直机远程I/O的输出模块140选择AJ65SBTB1-16T远程I/O输出模块；校直机远程I/O的输入模块141选择AJ65SBTB1-8D远程I/O输入模块校直机驱动辊变频器142选择FR-A740-30K-CH变频器。

校直机主控从站功能：当钢管被夹钳送进车夹住逐步送进并进行扩径操作后，钢管进入校直机进行校直操作。此时夹钳送进车停止前进，钢管由校直机主控从站柜105中的校直机驱动辊变频器142驱动三个校直机下辊轮，依靠下辊轮与钢管之间的摩擦力来输送钢管并完成校直操作。

当钢管进入校直机部分进行校直操作时，光电感应开关感应有料检测，此时校直机高速计数模块128清零并开始记数，其控制原理与送进车前后运行高速计数模块124相同。

第六、液压总站柜106安装有总站油泵远程I/O输入输出模块144、总站远程I/O输出模块143；模块144、143之间经CC-link总线依次链接；

其中：总站油泵远程I/O输入输出模块144选择AJ65SBTB1-16DT远程I/O输入输出模块，总站远程I/O输出模块143选择AJ65SBTB1-8T远程I/O输出模块。

液压总站功能：通过总站油泵远程I/O输入输出模块143和144实现对扩径机液压系统全部油泵电机的起动和停止操作。

第七、主操作台从站柜108主要由三个操作远程I/O输入输出模块146、147、148组成；模块146、147、148之间经CC-link总线依次链接；

三个操作远程I/O输入输出模块146、147、148功能：在操作台面板上安装了大量的操作开关，三个操作远程I/O输入输出模块146、147、148用于接收各类开关的通、断状态。

为了使操作人员更具体、更方便的了解设备各处运行的状态，以及维修人员更快的查找和排除设备故障，将钢管扩径机组安装的所有限位装置的状态、模块的状态、电机运行状态及所有变频器的状态实时、集中实时地显示出来；采用AG970系列的人机界面107来实现这些功能，利用人机界面强大的文本显示功能可以通过用文字、画面、指示灯等形式生动且醒目的显示整个系统上各类设备及电器元件的运行状态，通过HMI人机界面的对话窗145可以将钢管扩径机组的工作参数如：系统扩径压力，钢管直径，钢管厚度和钢管步进长度等工作参数由操作人员进行设置；同时通过HMI人机界面的对话窗145进行钢管扩径机机器参数的设置，如对一个变频器参数的读写更改，伺服定位模块参数的读写更改等，方便操作者的操作。并使钢管扩径机自动控制系统适应不同规格和不同参数的工作及设备；适应性更广泛，控制更灵活。

第八、横移A车从站箱109主要由A车远程I/O的输出模块149、A车远程I/O的输入模块150组成；输出模块149与输入模块150之间经CC-link总线链接；

其中：A车远程I/O的输出模块149选择AJ65SBTB1-8T远程I/O输出模块；A车远程I/O的输入模块150选择AJ65SBTB1-16D远程I/O输入模块。

横移A车从站功能：横移A车即第一横移车在整个机组承担着钢管扩径前的输送工作，钢管在进行扩径操作之前先要进行前冲洗工序，清水加压后变成高压水以便清除钢管内壁的一些焊渣，在清洗完后由第一横移车快速准确的运送到主机的工作辊道上，在这一过程中，第一横移车的行走电机是由变频器控制的，各种检测开关及其液压系统的电磁阀控制由A车远程I/O的输出模块149和A车远程I/O的输入模块150执行。

第九、横移B车从站箱110主要由B车远程I/O的输出模块151、B车远程I/O的输入模块152组成；两模块151、152之间经CC-link总线链接；

其中：B车远程I/O的输出模块151选择AJ65SBTB1-8T远程I/O输出模块；B车远程I/O的输入模块1521选择AJ65SBTB1-16D远程I/O输入模块。

横移B车从站功能：横移B车即第二横移车在整个机组中承担着钢管扩径后的输送工作，钢管完成扩径操作，由第二横移车托起钢管快速准确的运送到下一个工序即后冲洗装置的工作辊道上，运送过程中，第二横移车的行走电机由横移B车变频器138控制，各种检测开关及液压系统的电磁阀控制由B车远程I/O的输出模块151和B车远程I/O的输入模块152执行。

第十、后冲洗从站箱111主要由后冲洗辊道变频器153、后冲洗远程I/O的输入输出模块154组成；后冲洗辊道变频器153与后冲洗远程I/O输入输出模块154之间经CC-link总线依次链接；

其中：后冲洗辊道变频器153选择FR-A740-22K-CH变频器；后冲洗远程I/O的输入输出模块154选择AJ65SBTB1-32DT远程I/O输入输出模块。

后冲洗从站功能：后冲洗是这台设备中的最后一个工序也是很重要的一个工序，当钢管完成扩径后，由于钢管整个管壁膨胀，有些附着在焊缝上的焊渣就会脱落，这时需用高压水对钢管内壁进行高压冲洗。在整个冲洗过程中，冲洗头是不动的，由辊道输送钢管进行冲洗工作，所有的检测元件输入及冲洗控制输出由后冲洗远程I/O的输入输出模块154控制。

图2至图5表示出钢管扩径机机组程序流程图，也是钢管扩径机的工作过程示意图。存储在中央处理器的上述软件模块存储有控制钢管扩径机工作动作的程序指令，使中央处理器执行相应的控制钢管扩径机工作动作的步骤。

图2的流程图表明：

在启动步骤201后，接通电源，整机开始寻找参考点，即扩径头自动返回到零位，夹钳送进车自动返回到后限位，同时横移A车、横移B车自动返回到接钢管和出钢管的位置；判断横移A车是否有料检测？如果判断否，就返回步骤A，如果判断是，则进行：

步骤202，横移A车自动开始工作，首先将钢管托起，然后向扩径机方向运行，到减速开关处判断是否需要减速？如果判断否，就返回继续判断；如果判断是，减速开关自动减速，横移A车慢速行驶，到前冲洗位置停止运行。并进行：

步骤203，钢管落到前冲洗旋转辊上，前冲洗装置开始工作；前冲洗头向前移动至钢管端面，冲洗头检测限位开关判断冲洗头是否到位？不到位，则冲洗头继续前移，到设定位置后冲洗头停止前移并由冲洗头前限位开关发出报警信号；到位，横移A车的托管器缩回，使钢管落到前冲洗旋转辊上，冲水喷头前移接近钢管端面，前冲洗旋转辊旋转，进行钢管的前冲洗；冲洗时间到停止水冲洗，冲水喷头后退，钢管空水(两旋转辊有高差)；三个动作连续自动完成；前冲洗工作结束。进行：

步骤204，横移A车继续工作，横移A车托管器将钢管托起并前移到扩径机中心线处，将钢管落到对焊缝旋转辊上，横移A车开返回，到减速开关处判断是否需要减速？如果判断否，则返回继续判断；如果判断是，减速开关自动减速，横移A车慢速行驶，到初始位置即来料辊处停止。重复步骤201、202、203。而对焊缝旋转辊旋转，摄像监视器监视，把钢管上的焊缝停止到时钟12点的位置；同时送进车夹钳张口，滑枕下移到编程设定的位置，钳口对准钢管上方管壁后等待。等待送进车趋近钢管，夹钳夹住钢管焊缝处；进行：

步骤205，夹钳送料车与同步托辊上升举起钢管，夹钳、随动托辊也随之上升(上升高度预先已调整好)，直到扩径头中心线上，夹钳送进车慢速向前运行(送进车送管和退管时托辊制动器松开，其他时间制动)，由伺服电机提升钢管尾部，(对于每批首根钢管要人工观察扩径头与钢管内径的间隙是否均匀，记住夹钳离开理论位置的高度，校正输入计算机的钢管弯曲量。用此方法校正输入计算机的钢管弯曲数值是否正确)；扩径头检测开关检测是否有料？无料，则继续检测，有料，即检测有钢管之后，夹钳自动夹紧钢管，完成准备送料工作。并进入：

步骤206，夹钳送料车步进送管，同时夹钳下降一矫直距离，喷雾装置向钢管内壁喷射雾状润滑油，扩径机开始工作，流程转入图3，开始B步骤，夹钳送料车开始步进送料，并由中央处理器的送进车编码器记数是否送料到位？不到位，则继续送料，到位，就进入：

步骤301，扩径机主机开始工作；当送进车前后运行高速计数模块124检测到目标位置后，扩径头开始对钢管内壁慢速扩径，扩径机编码器记数是否扩径到位？如果记数没有到位，则继续扩径，如果记数到位即扩径到位，然后开始保压，保压时间结束后扩径头快速返回，开始C步骤，即重复步骤206和步骤301中的动作。扩径后的钢管向摆动辊轮架位置运行，摆动辊轮架限位开关检测钢管是否运行到位？不到位，则继续检测，到位，则进入：

步骤302，钢管前端超过托头辊轮，摆动辊轮架1自动落下，使钢管能顺利的通过；钢管向校直机步进，由检测装置检测校直机压料辊1是否有料？无料，则继续检测，有料，则进入：

步骤303，校直机主机开始工作；当钢管被夹钳送进车步进送到校直机内后，校直机压料辊I压下，由检测钢管的检测装置检测校直机压料辊2是否有料？无料，则继续压下，有料，校直机压料辊2压下，压料辊2下行到位后，夹钳松开，夹钳送料车停止运行并等待；进入：

步骤304，校直机开始步进输送钢管，夹钳送料车完成钢管的交接流程，到位后继续扩径。校直编码器记数是否到位？不到位，则继续检测，到位，进入：

步骤305和步骤401：扩径机主机开始继续扩径工作；流程转入图4进入D步骤，扩径头编码器记数是否到位？不到位，则继续扩径，到位，则扩径头返回到参考点位置，开始E步骤，重复步骤304和步骤401的工作，钢管前端超过托杆辊轮，摆动辊轮架II自动落下，使钢管顺利通过。继续重复扩径305和送料304的动作，直到全部扩径结束。

步骤402：全部扩径完成后校直机下辊轮反转，使扩径后的钢管快速返回。

步骤403：钢管退过摆动辊轮架II后，摆动辊轮架II升起。

步骤404：钢管接近夹钳时减速，钢管管壁慢速进入送进车夹钳，夹钳夹紧管壁，校直机下辊轮切换为被动，上压辊升起，此时校直机送料停止，由送进车拉钢管快速退出。

步骤405：钢管前端退过摆动辊轮架I，摆动辊轮架I升起。

步骤406：钢管退到初始位置后，夹钳松开，送进车继续后退，随动辊先下降，两同步辊后下降，把钢管落到横移车B升起的V型托架上；送进车慢速返回到后限位处自动停止。这时横移B车开始工作，横移B车送钢管到后冲洗工位，钢管落到该工位的输送辊道上(每扩一根钢管后，扩径头冲洗装置对扩径头进行冲洗，然后扩下一根钢管)；输送辊快速向后冲洗喷头处输送钢管，当后冲洗检测开关检测到位后进入：

步骤407：输送速度改为工进速度，内喷头，外喷环同时喷乳化液冲洗钢管的内表面及外表面。流程进入图5，开始F步骤：

步骤501：图5中，后冲洗装置的内喷头和外喷头开始冲洗，管端过悬臂支承辊，摆动支撑辊摆到下方，钢管通过；钢管后端过冲洗喷头，钢管全长用乳化液冲洗完毕。输送辊反向输送钢管，内喷头、外冲环改由清水泵供水，钢管边退边用清水冲洗内表面和外表面；钢管前端退过摆动支承辊，摆动支承辊立起；钢管前端退过内喷头及外喷环，水泵停止供水；输送辊停止输送；钢管停止运动。后冲洗流程结束，进入：

步骤502：钢管空水流程开始，空水升管架上升，钢管前端抬起，管内空水，空水完毕后，空水升管架下降，钢管落到输送辊上，输送辊把钢管送到接、送管的位置。

步骤503：横移B车把钢管从输送辊道上举起，送到出料辊道中心后，再把钢管落到出料辊道上，出料辊道把钢管送走到下一个工序。此时扩径流程全部完成。

Claims (2)

1.一种钢管扩径机组的自动控制系统，其特征在于包括硬件系统和软件系统；所述硬件系统包括用于控制机械设备的液压系统的电气控制系统和用于控制机械设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面(107)；十个站柜或箱是夹钳送进车主站柜(101)、校直机从站柜(102)、扩径头比例控制从站柜(103)、横移冲洗从站柜(104)、校直机主控从站柜(105)、液压总站柜(106)、主操作台从站柜(108)、横移A车从站箱(109)、横移B车(110)从站箱和后冲洗从站箱(111)；十个站柜或箱以及人机界面(107)之间均通过CC-link总线链接；软件系统及硬件系统与钢管扩径机组自动工艺流程相适配；

所述夹钳送进车主站(101)由CPU电源(120)、中央处理器CPU(121)、CC-Link主站模块(123)、SSCNET定位模块(122)、送进车前后运行高速计数模块(124)、第一送进车远程I/O模块(125)、第二送进车远程I/O模块(126)和送进车驱动变频器(127)组成；CC-Link主站模块(123)、SSCNET定位模块(122)、高速计数模块(124)、第一送进车远程I/O模块(125)、第二送进车远程I/O模块(126)和送进车驱动变频器(127)之间经CC-1ink总线依次链接；

所述校直机从站柜(102)由校直机高速计数模块(128)和三组远程I/O模块(129、130、131)组成；校直机高速计数模块(128)、第一远程I/O模块(129)、第二远程I/O模块(130)和第三远程I/O模块(131)之间经CC-link总线依次链接；

所述扩径头比例控制从站柜(103)由扩径D/A转换模块(133)、扩径A/D转换模块(134)、第一扩径远程I/O模块(132)和第一扩径远程I/O模块(135)组成；扩径D/A转换模块模块(133)、扩径A/D转换模块(134)、第一扩径远程I/O模块(132)和第二扩径远程I/O模块(135)之间经CC-link总线依次链接；

所述横移冲洗从站柜(104)安装有前冲洗旋转辊变频器(136)、对焊缝旋转辊变频器(137)、横移A车变频器(138)和横移B车变频器(139)组成；前冲洗旋转辊变频器变频器(136)、对焊缝旋转辊变频器(137)、横移A车变频器(138)和横移B车变频器(139)之间经CC-link总线依次链接；

所述校直机主控从站柜(105)由校直机驱动辊变频器(142)、校直机远程I/O的输入模块(141)、校直机远程I/O的输出模块(140)组成；校直机驱动辊变频器(142)、校直机远程I/O的输入模块(141)和校直机远程I/O的输出模块(140)之间经CC-link总线依次链接；

所述液压总站柜(106)安装有总站油泵远程I/O输入输出模块(144)、总站远程I/O输出模块(143)；总站油泵远程I/O输入输出模块(144)与总站远程I/O输出模块(143)之间经CC-link总线依次链接；

所述主操作台从站柜(108)由三个操作远程I/O输入输出模块(146、147、148)组成；三个操作远程I/O输入输出模块(146、147、148)之间经CC-link总线依次链接；

所述横移A车从站箱(109)由A车远程I/O的输出模块(149)、A车远程I/O的输入模块(150)组成；A车远程I/O的输出模块(149)与A车远程I/O的输入模块(150)之间经CC-link总线链接；

所述横移B车从站箱(110)由B车远程I/O的输出模块(151)、B车远程I/O的输入模块(152)组成；B车远程I/O的输出模块(151)与B车远程I/O的输入模块(152)之间经CC-link总线链接；

所述后冲洗从站箱(111)由后冲洗辊道变频器(153)、后冲洗远程I/O的输入输出模块(154)组成；后冲洗辊道变频器(153)与后冲洗远程I/O输入输出模块(154)之间经CC-link总线依次链接。

2.如权利要求1所述的一种钢管扩径机组的自动控制系统，其特征在于：所述软件系统是存储于中央处理器的、存储有控制钢管扩径机动作的程序指令、使中央处理器执行相应的控制钢管扩径机动作步骤的功能模块；按功能划分为夹钳送进车主站功能块、校直机从站柜功能块、扩径头比例控制从站柜功能块、横移冲洗从站柜功能块、校直机主控从站柜功能块、液压总站柜功能块、主操作台从站柜功能块、横移A车从站箱功能块、横移B车从站箱功能块、后冲洗从站箱功能块和人机界面功能块；所述功能模块控制钢管扩径机动作的步骤如下：

步骤201，接通电源，整机开始寻找参考点，即扩径头自动返回到零位，夹钳送进车自动返回到后限位，同时横移A车、横移B车自动返回到接钢管和出钢管的位置；判断横移A车是否有料检测，如果判断否，就返回到接钢管的位置，如果判断是，则进行：

步骤202，横移A车自动开始工作，首先将钢管托起，然后向扩径机方向运行，到减速开关处判断是否需要减速，如果判断否，就返回继续判断；如果判断是，减速开关自动减速，横移A车慢速行驶，到前冲洗位置停止运行；并进行：

步骤203，钢管落到前冲洗旋转辊上，前冲洗装置开始工作；前冲洗头向前移动至钢管端面，冲洗头检测限位开关判断冲洗头是否到位，不到位，则冲洗头继续前移，到设定位置后冲洗头停止前移并由冲洗头前限位开关发出报警信号；到位，横移A车的托管器缩回，使钢管落到前冲洗旋转辊上，冲水喷头前移接近钢管端面，前冲洗旋转辊旋转，进行钢管的前冲洗；冲洗时间到停止水冲洗，冲水喷头后退，钢管空水；三个动作连续自动完成；前冲洗工作结束；进行：

步骤204，横移A车继续工作，横移A车托管器将钢管托起并前移到扩径机中心线处，将钢管落到对焊缝旋转辊上，横移A车开返回，到减速开关处判断是否需要减速，如果判断否，则返回继续判断；如果判断是，减速开关自动减速，横移A车慢速行驶，到初始位置即来料辊处停止；重复步骤201、202、203；而对焊缝旋转辊旋转，摄像监视器监视，把钢管上的焊缝停止到时钟12点的位置；同时送进车夹钳张口，滑枕下移到编程设定的位置，钳口对准钢管上方管壁后等待；等待送进车趋近钢管，夹钳夹住钢管焊缝处；进行：

步骤205，夹钳送料车与同步托辊上升举起钢管，夹钳、随动托辊也随之上升，直到扩径头中心线上，夹钳送进车慢速向前运行，由伺服电机提升钢管尾部；扩径头检测开关检测是否有料，无料，则继续检测，有料，即检测有钢管之后，夹钳自动夹紧钢管，完成准备送料工作，并进入：

步骤206，夹钳送料车步进送管，同时夹钳下降一矫直距离，喷雾装置向钢管内壁喷射雾状润滑油，扩径机开始工作，夹钳送料车开始步进送料，并由中央处理器的送进车编码器记数是否送料到位，不到位，则继续送料，到位，就进入：

步骤301，扩径机主机开始工作；当送进车前后运行高速计数模块检测到目标位置后，扩径头开始对钢管内壁慢速扩径，扩径机编码器记数是否扩径到位，如果记数没有到位，则继续扩径，如果记数到位即扩径到位，然后开始保压，保压时间结束后扩径头快速返回，重复步骤206和步骤301中的动作；扩径后的钢管向摆动辊轮架位置运行，摆动辊轮架限位开关检测钢管是否运行到位，不到位，则继续检测，到位，则进入：

步骤302，钢管前端超过托头辊轮，摆动辊轮架1自动落下，使钢管能顺利的通过；钢管向校直机步进，由检测装置检测校直机压料辊1是否有料，无料，则继续检测，有料，则进入：

步骤303，校直机主机开始工作；当钢管被夹钳送进车步进送到校直机内后，校直机压料辊I压下，由检测钢管的检测装置检测校直机压料辊2是否有料，无料，则继续压下，有料，校直机压料辊2压下，压料辊2下行到位后，夹钳松开，夹钳送料车停止运行并等待；进入：

步骤304，校直机开始步进输送钢管，夹钳送料车完成钢管的交接流程，到位后继续扩径，校直编码器记数是否到位，不到位，则继续检测，到位，进入：

步骤305和步骤401：扩径机主机开始继续扩径工作；流程转入图4进入D步骤，扩径头编码器记数是否到位，不到位，则继续扩径，到位，则扩径头返回到参考点位置，开始E步骤，重复步骤304和步骤401的工作，钢管前端超过托杆辊轮，摆动辊轮架II自动落下，使钢管通过；继续重复扩径和送料的动作，直到全部扩径结束；

步骤402：全部扩径完成后校直机下辊轮反转，使扩径后的钢管快速返回；

步骤403：钢管退过摆动辊轮架II后，摆动辊轮架II升起；

步骤404：钢管接近夹钳时减速，钢管管壁慢速进入送进车夹钳，夹钳夹紧管壁，校直机下辊轮切换为被动，上压辊升起，此时校直机送料停止，由送进车拉钢管快速退出；

步骤405：钢管前端退过摆动辊轮架I，摆动辊轮架I升起；

步骤406：钢管退到初始位置后，夹钳松开，送进车继续后退，随动辊先下降，两同步辊后下降，把钢管落到横移车B升起的V型托架上；送进车慢速返回到后限位处自动停止，这时横移B车开始工作，横移B车送钢管到后冲洗工位，钢管落到该工位的输送辊道上；输送辊快速向后冲洗喷头处输送钢管，当后冲洗检测开关检测到位后进入：

步骤407：输送速度改为工进速度，内喷头，外喷环同时喷乳化液冲洗钢管的内表面及外表面；

步骤501：后冲洗装置的内喷头和外喷环开始冲洗，管端过悬臂支承辊，摆动支撑辊摆到下方，钢管通过；钢管后端过冲洗喷头，钢管全长用乳化液冲洗完毕；输送辊反向输送钢管，内喷头、外喷环改由清水泵供水，钢管边退边用清水冲洗内表面和外表面；钢管前端退过摆动支承辊，摆动支承辊立起；钢管前端退过内喷头及外喷环，水泵停止供水；输送辊停止输送；钢管停止运动，后冲洗流程结束，进入：

步骤502：钢管空水流程开始，空水升管架上升，钢管前端抬起，管内空水，空水完毕后，空水升管架下降，钢管落到输送辊上，输送辊把钢管送到接、送管的位置；

步骤503：横移B车把钢管从输送辊道上举起，送到出料辊道中心后，再把钢管落到出料辊道上，出料辊道把钢管送走到下一个工序。

Images