CN203346433U - 焊管生产线退火炉的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种遇故障及时停机报警的焊管生产线退火炉的控制装置，其特征是它包括连接有主站通信模块的PLC主控器，触屏显示器经串口通信模块与PLC主控器连接；PLC主控器经各伺服驱动器分别与各伺服电机连接，以分别控制退火炉成型阶段、一次定径阶段、二次定径阶段、飞锯阶段的托辊转速；编码器经远程高速计数模块与主站通信模块连接，各编码器分别设于焊管生产线成型阶段、二次定径阶段的托辊处，本实用新型自动控制上料和卸料，无需人工推料，减少了劳动强度，提高了劳动效率；精确掌控速差，降低堵管事故发生几率，且能及时停机报警，最大限度减少事故损失。

Description

焊管生产线退火炉的控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种金属工件加工设备，具体地说是涉及焊管生产线退火炉，特别是涉及一种焊管生产线退火炉的控制装置。

背景技术

退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢或迅速加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善切削加工性；改善塑性和韧性或得到预期的物理性能，使化学成分均匀化，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

退火炉是制管、焊管、光亮退火、矫直一次性达到行业标准的固熔氨分解在线退火设备，一般安装于制管机或焊管机尾部。退火炉一般包括进料台、加热炉、冷却箱、出料台。在进料台、加热炉、冷却箱、出料台内分别设置若干连续旋转的托辊，减速机通过链条传动带动上述托辊连续旋转，从而使托辊上的工件不断向前移动，这样，工件与辊轴之间没有固定的接触点，工件受热均匀，无碰伤，变形小，同时由于炉内托辊始终在加热炉内旋转，热能损耗相对较少，炉内热效率高。经该设备处理后的工件表面光亮，无脱碳层、硬度均匀，特别适合不锈钢、铜合金及其他合金超长管棒的光亮退火。

焊管的生产加工包括“成型”、“退火”、“定径”、“ 飞锯”几个工艺步骤，焊管的生产线也包含退火炉，如固溶处理在线退火炉，采用高频感应加热在线固溶处理技术，其加热炉、冷却箱内充有惰性气体防止管子氧化，安装于焊管设备的中部。其退火工序是将焊管加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理过程，目的是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

退火”工序处于“成型”与“定径”工序之间。“成型”即制造近圆开口管坯；“定径”是采用半圆轧辊把近圆管坯整圆。焊管的生产加工一般为二次定径。由于定径过程会微量减小管坯的外径，因此造成速度差，正常情况下，成型与定径阶段的线速度相差很小，一般在5％以下。而退火过程要根据管壁厚度、外径来设定退火炉的运行速度，即进料台、加热炉、冷却箱、出料台的托辊的转速。管径越大，退火时间越长，速度越慢。

然而，在实际生产过程中，由于“成型”与“定径”阶段的实际速差与设定退火炉的前后速比之前存在较大偏差；或是生产不稳定，例如，产品管未焊好，直径偏大，容易卡在退火炉冷却段石墨槽，而导致经常发生设备事故。以上两点导致前方管子送来人而从退火炉出去不及时，在高温下，焊管的强度降低，造成产品管发生扭曲，被后方来管挤压成一团，卡堵在退火炉膛内，甚至造成退火炉加热炉的石英管（焊管从石英管中穿过，石英管外面包电磁振荡线圈，焊管在变化的电磁场中感应自加热）发生爆裂。往往等到发现时事故已经扩大，且设备维修成本过高，生产停顿时间过长，据统计，一次堵炉事故造成停机维修时间达10小时以上，维修费用数千元以上，给生产带来很大损失。

PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

远程I/O模块是具有通信功能的数据采集/传送模块，其自身没有控制调节功能，只是将现场数据送到控制中心（比如PLC），或者接受控制中心的数据，对现场设备进行控制。其通信方式很多，各个厂家都有自己标准，比如自由口通信、PROFIBUS、MODBUS等等。以往都是采用控制电缆和PLC连接。如果采用了远程I/O，就可以通过一条通信线和PLC连接，节省了布线、节省了PLC自身的I/O点数。

远程高速计数模块可读取普通的输入点读取不到的高速脉冲，并对之进行计数，使用脉冲输出功能和脉冲序列指令型伺服电机马达配合。远程高速计数器属于硬件计数器，其计数方式与程序的扫描是没有关系的。它实时接受外部脉冲信号的变化而计数(当然它的响应也是有一定限制，FX的是50kHZ)。进行计数时，计数值和设定值比较，在允许中断的状态下，当设定值和计数值一致时，则中断当前处理转去执行中断程序，中断程序执行完，则返回被中断处继续往下执行。      

串口通信模块通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据，使外设与接口电路之间按串行方式进行通信。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。

伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

复位电路用于把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，当你进行完了一个题目的计算后或输入错误或计算失误时，都要进行清零操作。以便回到原始状态，重新进行计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。大都是只有电阻和电容组合就可以办到了，再复杂点就有三极管等等配合程序来进行了。为确保电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。

编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种遇故障及时停机报警的焊管生产线退火炉的控制装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种焊管生产线退火炉的控制装置，它包括连接有主站通信模块的PLC主控器，触屏显示器经串口通信模块与PLC主控器连接；PLC主控器经各伺服驱动器分别与各伺服电机连接，以分别控制退火炉成型阶段、一次定径阶段、二次定径阶段、飞锯阶段的托辊转速；编码器经远程高速计数模块与主站通信模块连接，各编码器分别设于焊管生产线成型阶段、二次定径阶段的托辊处。

本实用新型所述的PLC主控器为包括Q02型CPU模块的三菱Q系列PLC，可通过CC-LINK总线与网络系统连接。

CC-Link 是控制和通信链接的缩写。CC-Link 用专用电缆连接象I/O 模块、智能功能模块和特殊功能模块这样的分布式模块，连接后这些模块就可以由PLC CPU 控制。通过将各个模块分布安装到象传送线和机器设备这样的机器上，可以提高整个系统的接线效率，可以非常容易地高速发送和接收由模块处理的输入/输出和数字数据的开/关数据，可以通过连接多个PLC CPU 配置一个简单的分布式系统。通过连接由三菱合作制造商制造的各种设备，系统可以提供灵活的解决方案，满足用户的各种不同需求。

本实用新型所述的主站通信模块型号为QJ61BT11N，用来输出控制信号的；所述的远程高速计数模块型号为AJ65BT-D62；所述的串口通信模块型号为QJ71C24N-R4；所述的远程I/O模块型号为AJ65BTB2-16R；所述的触屏显示器型号为GOT1000；在成型、定径阶段用于速度检测的编码器型号为E6C2-CWZ6C 1000P/R；所述的伺服驱动器采用的为三菱MR-J3-500A、MR-J3-350A、MR-J3-100A，伺服电机采用的为HF-SP421、HF-SP301、HP-SP102。

本实用新型所述的主站通信模块经远程I/0模块连接有报警器。

本实用新型所述的报警器为蜂鸣报警器EWHS-200A。

本实用新型为了及时恢复生产，所述的PLC主控器连接有复位电路。

由于采用上述技术方案，本实用新型较好的实现了发明目的，其自动控制上料和卸料，无需人工推料，减少了劳动强度，提高了劳动效率；精确掌控速差，降低堵管事故发生几率，且能及时停机报警，最大限度减少事故损失。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

由图1可知，一种焊管生产线退火炉的控制装置，它包括连接有主站通信模块的PLC主控器，触屏显示器经串口通信模块与PLC主控器连接；PLC主控器经各伺服驱动器分别与各伺服电机连接，以分别控制退火炉成型阶段、一次定径阶段、二次定径阶段、飞锯阶段的托辊转速；编码器经远程高速计数模块与主站通信模块连接，各编码器分别设于焊管生产线成型阶段、二次定径阶段的托辊处。

本实用新型所述的PLC主控器为包括Q02型CPU模块的三菱Q系列PLC，可通过CC-LINK总线与网络系统连接。

CC-Link是控制和通信链接的缩写。CC-Link 用专用电缆连接象I/O 模块、智能功能模块和特殊功能模块这样的分布式模块，连接后这些模块就可以由PLC CPU 控制。通过将各个模块分布安装到象传送线和机器设备这样的机器上，可以提高整个系统的接线效率，可以非常容易地高速发送和接收由模块处理的输入/输出和数字数据的开/关数据，可以通过连接多个PLC CPU 配置一个简单的分布式系统。通过连接由三菱合作制造商制造的各种设备，系统可以提供灵活的解决方案，满足用户的各种不同需求。

本实用新型所述的主站通信模块型号为QJ61BT11N，用来输出控制信号的；所述的远程高速计数模块型号为AJ65BT-D62；所述的串口通信模块型号为QJ71C24N-R4；所述的远程I/O模块型号为AJ65BTB2-16R；所述的触屏显示器型号为GOT1000；在成型、定径阶段用于速度检测的编码器型号为E6C2-CWZ6C 1000P/R；所述的伺服驱动器采用的为三菱MR-J3-500A、MR-J3-350A、MR-J3-100A，伺服电机采用的为HF-SP421、HF-SP301、HP-SP102。

本实用新型所述的主站通信模块经远程I/0模块连接有报警器。

本实用新型所述的报警器为蜂鸣报警器EWHS-200A。

本实用新型为了及时恢复生产，所述的PLC主控器连接有复位电路。

本实用新型工作时，工作人员先通过触屏显示器经串口通信模块向PLC主控器输入设定速差值；设于焊管生产线进料台、加热炉、冷却箱、出料台（即成型阶段出口、二次定径阶段的入口及出口）的托辊处的编码器将获取到的转速信号转换成电信号后输送给远程高速计数模块，编码器发来的速度脉冲经主站通信模块送入PLC主控器进行处理得出实际速差；当实际速差大于设定速差时，PLC主控器通过相应的伺服驱动器控制对应的伺服电机停机，从而控制成型、一次定径、二次定径阶段（退火炉进料台、加热炉、冷却箱、出料台）中所需阶段的托辊停止运送工件，同时，PLC主控器经主站通信模块、远程I/O模块控制报警器发出报警，并通过串口通信模块于触屏显示器进行显示，进而最大限度减少事故的损失；待故障排除后，经由复位电路启动重新进行精确控制。

Claims (3)

1.一种焊管生产线退火炉的控制装置，其特征是它包括连接有主站通信模块的PLC主控器，触屏显示器经串口通信模块与PLC主控器连接；PLC主控器经各伺服驱动器分别与各伺服电机连接，以分别控制退火炉成型阶段、一次定径阶段、二次定径阶段、飞锯阶段的托辊转速；编码器经远程高速计数模块与主站通信模块连接，各编码器分别设于焊管生产线成型阶段、二次定径阶段的托辊处。

2.根据权利要求1所述的焊管生产线退火炉的控制装置，其特征是所述的主站通信模块经远程I/0模块连接有报警器。

3.根据权利要求1或2所述的焊管生产线退火炉的控制装置，其特征是所述的PLC主控器连接有复位电路。

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