CN111693007A - 用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置及计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置及计算方法。所述装置在钢管生产线上分别设置有5个光电传感器，切割小车初始位设置在距五号光电传感器8米的位置，5个光电传感器分别用信号电缆与逻辑编程控制器（PLC）中的DI模块相连接，钢管生产线的一端设置有成型机，成型机的一侧设置有递送机，递送机中的递送辊上装有旋转脉冲编码器，旋转脉冲编码器用信号电缆与逻辑编程控制器（PLC）中的脉冲接收模块相连接。所述方法按如下步骤进行：1、计算钢带前进距离；2、计算标志位光电传感器之间出管长度；3、计算钢管测量长度。该装置自适应测量螺旋管主机切管岗出管实时长度，对于不同卷种无需人工调整切管长度光电感应开关，可避免操作人员由于疲劳忘记调整标尺导致切管长度不合理造成材料浪费。

Description

用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置及计算方法

技术领域

本发明型涉及到电气自动化领域，特别涉及到一种用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置及计算方法。

背景技术

螺旋焊管切管岗位的作用是：对焊接后行进中的连续钢管，在长度光电传感器的感应下，将连续钢管切割成需要的长度。目前国产螺旋机组对行进中连续钢管切割长度的测量大多数是通过在出管方向上放置一个机械标尺，然后人工将一个光电感应开关放置到机械标尺切管长度刻度上方，当连续钢管行进到此光电开关位置时，触发切割机开启切割模式。但此种操作模式存在有一个明显的缺陷：钢管是由钢卷经拆卷机平铺成带钢，带钢经递送机、成型机卷成管状生产出来的，用户一般会根据施工现场要求，指定可接受的钢管长度范围，为不浪费原材料，不同钢卷的卷重对应的合理切管长度不同，这就导致如果使用上述现有的切管长度测量方式，每上一卷新料钢卷，都需要人工去调整切管长度感应标尺。实际生产过程中，在操作人员上中晚班时，操作人员由于疲劳忘记调整标尺，经常导致切管长度不合理造成材料浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置及计算方法。本发明所需解决的技术问题是：对钢管生产线上行进中的钢管实现实时自动测长并进行计算，适应于不同钢管种类的生产，无需每上一卷新材料，均要去移动切管长度感应标尺，并能满足钢管切割的精度要求。

本发明的设计思想是：1、在钢管生产线上8-12米的范围内，每隔一米整数位设置一个光电传感器，分别为8米、9米、10米、11米和12米共设置五个光电传感器，五个光电传感器分别用信号电缆与逻辑编程控制器（PLC）中的DI模块相连接；2、逻辑编程控制器（PLC）中的CPU通过综合递送辊转动圈数、1-5号光电传感器信号、递送辊周长等数据，通过计算法算出钢管的出管长度；3、当行进的钢管经过上述五个光电传感器时，会对旋转脉冲编码器脉冲清0，旋转脉冲编码器只在钢管行进于8米至9米之间、9米至10米之间、10米至11米之间、11米至12米之间的距离时，对递送辊的旋转圈数进行计数，递送辊旋转圈数乘以辊子周长即为带钢前进距离y，递送辊和成型机的中心线与水平线形成的夹角ɑ为成型角，成型角ɑ为45°-80°，带钢前进距离y乘以成型角ɑ的余弦值，所计算出的数值即为钢管在标志位传感器之间的出管方向的长度X，光电传感器标志位的米长值+X值，即为测量出的行进钢管的长度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置，包括：一号光电传感器、二号光电传感器、三号光电传感器、四号光电传感器、五号光电传感器、DI模块、脉冲接收模块、CPU、递送辊、递送机、旋转脉冲编码器、成型机和切割小车，所述装置在钢管生产线的12米、11米、10米、9米和8米处分别设置有一号光电传感器、二号光电传感器、三号光电传感器、四号光电传感器和五号光电传感器，切割小车初始位设置在距五号光电传感器8米的位置，一号光电传感器、二号光电传感器、三号光电传感器、四号光电传感器和五号光电传感器分别用信号电缆与逻辑编程控制器（PLC）中的DI模块相连接，钢管生产线的一端设置有成型机，成型机的一侧设置有递送机，递送机中的递送辊上装有旋转脉冲编码器，旋转脉冲编码器用信号电缆与逻辑编程控制器（PLC）中的脉冲接收模块相连接。

所述装置中的成型机和递送机中心连线与水平线形成45°～80°的成型角ɑ。

一种用于螺旋焊管切管自适应的实时测长的计算方法，所述方法按如下步骤进行：

1、计算钢带前进距离：钢带前进距离y=递送辊旋转圈数×递送辊周长；

计算时，旋转脉冲编码器只在钢管行进于8米至9米之间、9米至10米之间、10米至11米之间、11米至12米之间的距离时，对递送辊的旋转圈数进行计数；

2、计算在标志位光电传感器之间的出管长度：钢管出管长度X等于钢带前进距离y 乘以成型角ɑ的余弦值，公式为X= ycos ɑ；

3、计算钢管测量长度：钢管测量长度=光电传感器标志径（位）的米长值+X值；

上述1-3步的计算均通过装在逻辑编程控制器（PLC）中的CPU进行计算。

逻辑编程控制器（PLC）中的脉冲接收模块接收编码器输送的脉冲信号后，将脉冲信号转换为数字量转动圈数信号，通过背板总线传输给CPU，DI模块接收传感器输送的信号后，转换成0或1的数字信号，通过背板总线传输给CPU，CPU综合收到的递送辊转动圈数信号、传感器信号和递送辊周长信号，通过计算法算出钢管出管的长度。

逻辑编程控制器（PLC）由CPU、DI模块和脉冲接收模块构成，逻辑编程控制器（PLC）中CPU的型号为：西门子314C-2DP；逻辑编程控制器（PLC）中DI模块的型号为：6ES7 321-1BH02-0AA0型；逻辑编程控制器（PLC）中脉冲接收模块的型号为：西门子FM350-1型。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

1、该装置通过设置的5个光电传感器与脉冲编码器，能精准的测量出钢管的出管长度，并能适用于不同规格和型号的钢管；

2、该装置通过逻辑编程控制器（PLC）中的CPU对所接收的信号进行综合和计算，精准的计算出钢管的出管长度，使钢管的切割精度大大提高；

3、该装置可对螺旋焊管切管岗行进中的钢管实现实时自动测长，适应于不同卷种的生产，无需每上一卷新材料，就去移动切管长度感应标尺。

附图说明

图1、螺旋焊管切管自适应实时测长装置的结构示意图。

图中：1、一号光电传感器，2、二号光电传感器，3、三号光电传感器，4、四号光电传感器，5、五号光电传感器，6、DI模块，7、脉冲接收模块，8、信号电缆，9、CPU，10、递送辊，11、递送机，12、旋转脉冲编码器，13、成型机，14、切割小车，15、钢管，16、输送辊。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

参见图1，在钢管生产线的12米标志位设置有一号光电传感器1、11米标志位设置有二号光电传感器2、10米标志位设置有三号光电传感器3、9米标志位设置有四号光电传感器4、8米标志位设置有五号光电传感器5，所述5个光电传感器分别通过信号电缆8与逻辑编程控制器（PLC）中的DI模块6相连接，旋转脉冲编码器12通过信号电缆8与逻辑编程控制器（PLC）中的脉冲模块7连接；其中切割小车14初始为设置在距五号光电传感器5相隔8米的位置，五号光电传感器5、四号光电传感器4、三号光电传感器3、二号光电传感器2和一号光电传感器1依次间隔为1米，递送机11上有递送辊10，递送辊10上安装有测量递送辊旋转圈数的旋转脉冲编码器12。

使用时，钢卷经过拆卷机后成为带钢，带钢经过递送机11中的递送辊10将带钢递送至成型机13，再经过成型机13将带钢成为钢管。在输送辊16上行进中的钢管15经过一号光电传感器1、二号光电传感器2、三号光电传感器3、四号光电传感器4、五号光电传感器5时，各相应标志位的传感器感应到钢管15后，将会触发信号输送给逻辑编程控制器（PLC）中的 DI模块6，DI模块6将触发信号转换成0或1的数字信号，通过背板总线将此信号传给逻辑编程控制器（PLC）中的 CPU 9，CPU 9存储标志位米长值。逻辑编程控制器（PLC）中的脉冲接收模7将接收到的旋转脉冲编码器12输送的脉冲信号后，将脉冲信号转换为数字量转动圈数信号，通过背板总线传输给逻辑编程控制器（PLC）中的CPU 9，CPU 9综合收到的递送辊转动圈数信号、传感器信号和递送辊周长信号，通过计算法算出钢管出管的长度。

递送辊10和成型机13的中心线与水平线形成的夹角ɑ为成型角，成型角ɑ为45°-80°，钢管生产线上的8米、9米、10米、11米和12米标志位的5个光电传感器负责将触发标志信号输送给逻辑编程控制器（PLC）中的CPU 9，使其获取相对应标志位的米长值，同时给旋转脉冲编码器12中的计数脉冲清零，旋转脉冲编码器12只在钢管15行进于8米至9米之间、9米至10米之间、10米至11米之间、11米至12米之间的距离时，对递送辊10的旋转圈数进行计数，递送辊10旋转圈数乘以辊子周长即为带钢前进距离y，带钢前进距离y乘以成型角ɑ余弦值，所计算出的数值即为钢管15出管方向的长度X，光电传感器标志位的米长值+X值，即为测量出的行进钢管15的长度。切割小车14根据计算出的钢管15的长度，对钢管15进行精准的切割作业。

实例检测结果

对于设定切管长度为11.20米的钢管，使用本申请的装置后进行出管实时长度测量，当本申请的装置计算测量出的长度等于设定的11.2米时触发切割机切管，然后对切下来的钢管长度进行皮尺测量，以验证测长装置的精度。数据统计如下：

表1 切管测长精度测量值

钢管序号	设定的标准切割长度	使用专利申请装置进行测量，切割后钢管长度（使用皮尺测量2次取均值）
			1	11.20米	11.21米（误差为0.08%）
2	11.20米	12.22米（误差0.17%）
			3	11.20米	11.18米（误差0.17%）
4	11.20米	11.23米（误差0.26%）
			5	11.20米	11.18米（误差0.17%）

根据上表中的数据可看出：对于11.2米的测量长度，使用本申请装置测长所产生的误差均值为：0.17%，远小于允许的钢管切割精度误差2%。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有的部件连接、计算和测长步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以根据所测量的螺旋钢管进行重新组合或调整。本说明书（包括权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅是本发明的非限定实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置，包括：一号光电传感器（1）、二号光电传感器（2）、三号光电传感器（3）、四号光电传感器（4）、五号光电传感器（5）、DI模块（6）、脉冲接收模块（7）、CPU（9）、递送辊（10）、递送机（11）、旋转脉冲编码器（12）、成型机（13）和切割小车（14），其特征在于：所述装置在钢管生产线的12米、11米、10米、9米和8米处分别设置有一号光电传感器（1）、二号光电传感器（2）、三号光电传感器（3）、四号光电传感器（4）和五号光电传感器（5），切割小车（14）的初始位设置在距五号光电传感器（5）相隔8米的位置，一号光电传感器（1）、二号光电传感器（2）、三号光电传感器（3）、四号光电传感器（4）和五号光电传感器（5）分别用信号电缆（8）与逻辑编程控制器（PLC）中的DI模块（6）相连接，钢管生产线的一端设置有成型机（13），成型机（13）的一侧设置有递送机（11），递送机（11）中的递送辊（10）上装有旋转脉冲编码器（12），旋转脉冲编码器（12）用信号电缆（8）与逻辑编程控制器（PLC）中的脉冲接收模块（7）相连接。

2.根据权利要求1所述的用于螺旋焊管切管自适应的实时测长装置，其特征在于：所述装置中的成型机（13）和递送机（11）中心连线与水平线形成45°～80°的成型角ɑ。

3.根据权利要求1所述的用于螺旋焊管切管自适应的实时测长的计算方法，其特征在于：所述方法按如下步骤进行：

（1）计算钢带前进距离：钢带前进距离y=递送辊旋转圈数×递送辊周长；

计算时，旋转脉冲编码器（12）只在钢管（15）行进于8米至9米之间、9米至10米之间、10米至11米之间、11米至12米之间的距离时，对递送辊（10）的旋转圈数进行计数；

（2）计算在标志位光电传感器之间的出管长度：钢管出管长度X等于钢带前进距离y 乘以成型角ɑ的余弦值，公式为X= ycos ɑ；

（3）计算钢管测量长度：钢管测量长度=光电传感器标志径（位）的米长值+X值；

上述（1）-（3）步的计算均通过装在逻辑编程控制器（PLC）中的CPU（9）进行计算。

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