CN101334383A - 超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，其特征是：沿前后管子运动的轨迹线路上分别布置有前、中、后三个位置检测单元，前后管子在传动单元驱动下相隔一定距离以超声波主机速度v1向前运动；控制单元通过公式tx＝[1/(k－1)]*t1，计算出追击时间tx，控制传动单元驱动前根管子(2)以超声波主机速度v1运行，控制传动单元同时驱动后根管子(7)以追击速度v2运行tx时间后，控制单元控制传动单元使后根管子(7)以超声波主机速度v1运行，完成前后管子头尾精确无撞击并接跟随运动。它结构简单、功能完善、控制系统可靠性高、能满足不同管径、不同管子长度要求。

Description

超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法

技术领域

本发明属于无缝管超声波探伤线的辅助设备，确切讲是超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法。

背景技术

随着对能源需求的不断增加，目前市场对采油管的需求量大增，我国除满足国内市场需求外，还大量出口到国外。由于采油管的质量要求非常高，超声波探伤机及其辅助设备就成了生产线上必不可缺的设备。超声波在水中的衰减很小，因此被探物体外表总是在水中的，为了管内不进水，单根管子探伤时需要把管子两头堵起来；如果成批管子连续探伤，就要求每根管子在探伤时头尾连接。而现有的超声波探伤线是无法满足这种要求，需要增加辅助设备。

发明内容

本发明的目的是提供一套结构简单、功能完善、控制系统可靠性高、能满足不同管径、不同管子长度要求的超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法。

本发明的目的是这样实现的：超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，包括控制前后管子移动的控制单元和驱动单元，传动单元带动前后管子一前一后运动，其特征是：

沿前后管子运动的轨迹线路上分别布置有前、中、后三个位置检测单元SQ1光电开关、SQ2接近开关和SQ3接近开关，控制单元控制传动单元工作后，前后管子在传动单元驱动下相隔一定距离以超声波主机速度v1向前运动；

当前根管子的尾部通过了SQ2接近开关，后根管子的头部还没有到达SQ3接近开关，则传动单元驱动后根管子以大于v1的追击速度v2运行；

当前根管子的尾部通过了SQ2接近开关、后根管子的头部通过了SQ3接近开关，则传动单元驱动前后管子以超声波主机速度v1运行；

当前根管子的尾部通过了SQ1光电开关，一计时器开始计时，同时传动单元驱动前后管子均以追击速度v2运行：当后根管子头部通过SQ1光电开关时，计时停止，此时计时值为t1；

控制单元通过公式tx＝[1/(k-1)]*t1，计算出追击时间tx，控制传动单元驱动前根管子以超声波主机速度v1运行，控制传动单元同时驱动后根管子以追击速度v2运行tx时间后，控制单元控制传动单元使后根管子以超声波主机速度v1运行，完成前后管子头尾精确无撞击并接跟随运动。

所述的k选取值在1.5-3之间。

所述的传动单元包括探伤机夹持辊、跟随辊、第一追击辊、第二追击辊、受料辊，探伤机夹持辊、跟随辊、第一追击辊、第二追击辊及受料辊沿前后管子运动的轨迹线路上布置，用于在控制单元控制下通过传动单元驱动前后管子各自的运动速度。

所述的第一追击辊之前固定有第二个检测点，在第二追击辊道之前设定有第三个检测点，实现较长辊道时的头尾缩短距离的粗追击。

所述的检测单元SQ1光电开关采用对射式光电开关SQ1A、SQ1B检测管子头尾。

所述的SQ2接近开关、SQ3接近开关采用接近开关，用于检测管子头尾。

本发明的特点是：

1、把变化不断，测量困难的距离问题，转换成时间问题，并给出理论指导。

2、由于独到的理论分析，使得整个控制系统的硬件搭配简单易行，只需要常用的检测开关、变频器、可编程控制器，即可实现控制要求。

3、使用常规的PLC进行编程，充分开发PLC的计算功能、计时器功能、网络通讯功能；在数值转换和检测开关信号的应用上都有创新。

4、调整主机生产速度及更换生产规格后，不需要调整设备参数，系统从软件设计上确保并且实现了随动跟踪，这是本发明在实际使用中最大的靓点。

5、由于采用了PLC计算和控制，系统的准确性、安全性和可靠性高。

6、由于没有选用特殊元器件，使得整个系统运行成本低、使用方便、维护简单。

它能有效保证被探管子在超声波探伤时头尾相接，实现成批管子超声波连续探伤。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。

图1表示检测到上根管子尾部计时器开始计时，同时辊道开始追击示意图；

图2表示检测到下根管子头部计时器停止计时示意图；

图3是控制单元和传动单元控制框图。

图中：1、探伤机夹持辊；2、前根管子；3、跟随辊；4、SQ1光电开关；5、第一追击辊；6、SQ2接近开关；7、后根管子；8、第二追击辊；9、SQ3接近开关；10、受料辊；11、HMI人机界面单元；12、PLC的CPU控制单元；13、操作台及模拟量、开关量输入单元；14、随辊道控制驱动单元：15、第一追击辊道控制驱动单元；16、第二追击辊道控制驱动单元；17、上料辊道控制驱动单元；18、超声波探伤机速度输入模拟量模块；19、开关量输入模块；20、跟随辊道电机；21、第一追击辊道电机；22、第二追击辊道电机；23、受料辊道电机。

具体实施方式

为了对本发明有一个清晰的了解，本发明可通过类似的对两个物体的追击问题分析而给出理论指导，即前面一个物体向前以匀速直线运行，后面一个物体在相距一定的距离内，以多快的速度，多长时间能追上前面一个物体。假设前面一个物体的速度为V1，后面一个物体的速度为V2(V2＞V1)，经过Sc的距离、需要时间tx可以追上，可以建立公式：

Sc＝(V2-V1)tx                    ①

为了方便，我们取V2＝kV1

则：tx＝[1/(k-1)]*(Sc/V1)        ②

设：t1＝Sc/V1   t1即为两个物体在参考点拉开的时间。

则：tx＝[1/(k-1)]*t1             ③

式中：tx为追击时间；即第二个物体追赶上第一个物体所需的时间。

t1为两个物体在参考点所拉开的时间；也即第一个物体尾部通过参考点，至第二个物体头部到参考点时所经过的时间。

k为两个物体速度的倍数；即k＝V2/V1，其中V1为第一个物体的速度，V2为第二个物体的速度。

如果我们把k设成一个定值，由此就可以通过两个物体在参考点所拉开的时间t1，直接求得追上的时间tx。

由了上面的理论指导，我们就把看似变化不断、测量困难的追踪问题，转换成一个时间的问题。

图1和图2是结合上述理论设计的控制单元和传动单元控制完成前后管子头尾精确无撞击并接的结构示意图。图1和图2表示的是检测到前根管子2尾部开始计时追击的钢管追击示意图，在时序上，图1表示检测到前根管子2尾部计时器开始计时，同时辊道开始追击，图2表示检测到后根管子7头部计时器停止计时。

在对接区域之前设一个检测点，如图1中SQ1光电开关4(SQ1A、SQ1B)所示，采用对射式光电开关检测管子头尾。

在第一追击辊5之前设第二个检测点，在第二追击辊8之前设第三个检测点，实现较长辊道时的头尾缩短距离的粗追击。如图1中SQ2接近开关6、SQ3接近开关9所示，采用接近开关检测管子头尾。

本发明超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法具体过程可通过下面的实施步骤说明：

1、设备启动时，包括探伤机夹持辊1、跟随辊3、第一追击辊5、第二追击辊8、受料辊10，均以超声波主机速度运行；

2、如果根管子的尾部通过了SQ2接近开关6、并且后根管子7的头部还没有到达SQ3接近开关9，则第二追击辊8、受料辊10以追击速度运行，以减少管子头尾之间的距离；

3、如果前根管子的尾部通过了SQ2接近开关6、并且后根管子7的头部通过了SQ3接近开关9，则探伤机夹持辊1、跟随辊3、第一追击辊5、第二追击辊8、受料辊10带动前后管子以超声波主机速度V1运行；

4、如果前根管子的尾部通过了SQ1光电开关4，计时器立即开始计时，同时第一追击辊5、第二追击辊8、受料辊3，均以追击速度运行；当后根管子7头部通过SQ1光电开关4时，计时停止，此时计时值为t1；通过公式tx＝[1/(k-1)]*t1，PLC计算出追击时间tx，控制后根管子7以追击速度运行tx之后，变成跟随主机速度运行，到此完成两根管子头尾精确无撞击并接跟随运动；

5、以后的管子连续不断重复此过程。

本发明中两根管子的相对距离是随时变化、不确定的，而且更换生产规格后，会引发设备各参数的变化，如果要检测其相对距离，检测设备庞大、昂贵，并且实现起来困难重重。把距离的检测和控制转换成时间的测量和控制，使得整个系统的硬件设计简单易行，只需要很少的检测开关，同时巧妙地利用PLC的计算和计时器功能，实现了探伤机要求的无撞击精确跟踪。

如图3所示：PLC的CPU控制单元12是这一过程的控制中心，由HMI人机界面单元11完成所有信号的采集分析、过程的计算、控制指令给PLC的CPU控制单元12，控制传动单元前后管子完成无撞击精确跟踪。

操作台及模拟量、开关量输入单元13，执行PLC的CPU控制单元12的指令。通过超声波探伤机速度输入模拟量模块18，采入主机速度信号；通过开关量输入模块19采集SQ1光电开关4、SQ2接近开关6、SQ3接近开关9等开关量信号。通过驱动单元中的跟随辊道控制驱动单元14、第一追击辊道控制驱动单元15、第二追击辊道控制驱动单元16、上料辊道控制驱动单元17控制跟随辊道电机20、第一追击辊道电机21、第二追击辊道电机22、受料辊道电机23完成探伤机夹持辊1、跟随辊3、第一追击辊5、第二追击辊8、受料辊10的运行速度。

通过理论分析，我们得出：为了使管子在直线运动中追赶上前根管子2并跟随运动，就得设计一个跟随辊道、一个追击辊道。在实际应用中我们设计了两个追击辊道，还有一个受料辊道，辊道的数量根据工艺要求来增减；每段辊道要求能变速，所以采用变频器来控制辊道电机，保证进入跟随区的管子跟随运动，跟随区外的管子追击运动。

Claims (6)

1、超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，包括控制前后管子移动的控制单元和驱动单元，传动单元带动前后管子一前一后运动，其特征是：

沿前后管子运动的轨迹线路上分别布置有前、中、后三个位置检测单元SQ1光电开关(4)、SQ2接近开关(6)和SQ3接近开关(9)，控制单元控制传动单元工作后，前后管子在传动单元驱动下相隔一定距离以超声波主机速度v1向前运动；

当前根管子(2)的尾部通过了SQ2接近开关(6)，后根管子(7)的头部还没有到达SQ3接近开关(9)，则传动单元驱动后根管子(7)以大于v1的追击速度v2运行；

当前根管子(2)的尾部通过了SQ2接近开关(6)、后根管子(7)的头部通过了SQ3接近开关(9)，则传动单元驱动前后管子以超声波主机速度v1运行；

当前根管子(2)的尾部通过了SQ1光电开关(4)，一计时器开始计时，同时传动单元驱动前后管子(7)均以追击速度v2运行；当后根管子(7)头部通过SQ1光电开关(4)时，计时停止，此时计时值为t1；

控制单元通过公式tx＝[1/(k-1)]*t1，计算出追击时间tx，控制传动单元驱动前根管子2以超声波主机速度v1运行，控制传动单元同时驱动后根管子(7)以追击速度v2运行tx时间后，控制单元控制传动单元使后根管子(7)以超声波主机速度v1运行，完成前后管子头尾精确无撞击并接跟随运动。

2、根据权利要求1所述的超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，其特征是：所述的k选取值在1.5-3之间。

3、根据权利要求1所述的超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，其特征是：所述的传动单元包括探伤机夹持辊(1)、跟随辊(3)、第一追击辊(5)、第二追击辊(8)、受料辊(10)，探伤机夹持辊(1)、跟随辊(3)、第一追击辊(5)、第二追击辊(8)及受料辊(10)沿前后管子运动的轨迹线路上布置，用于在控制单元控制下通过传动单元驱动前后管子各自的运动速度。

4、根据权利要求3所述的超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，其特征是：所述的第一追击辊(5)之前固定有第二个检测点，在第二追击辊(8)辊道之前设定有第三个检测点，实现较长辊道时的头尾缩短距离的粗追击。

5、根据权利要求1所述的超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，其特征是：所述的检测单元SQ1光电开关(4)采用对射式光电开关SQ1A、SQ1B检测管子头尾。

6、根据权利要求1所述的超声波探伤线钢管头尾无撞击连接跟随控制系统及方法，其特征是：所述的SQ2接近开关(6)、SQ3接近开关(9)采用接近开关，用于检测管子头尾。

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