CN204008557U - 用于铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的用于铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统,包括监控显示器、操作台、机械PC工作站、PLC控制柜、变频器、报警系统、位移传感器、气动系统、横向位移传感器、纵向位移传感器、CCD监视控制、电机、液压水箱推正机构、探伤小车行走控制、水浸聚焦探头阵列升降控制、缺陷自动标识记录装置、超声波自动探伤仪、输送辊道、探伤小车行走限位控制、水浸聚焦探头、水箱、工件组成，电气自动控制理论、PLC等技术相结合，PLC按“手动+自动”模式设计，保证了控制信号、回波信号的稳定提取以及连续自动化探伤检测的准确性和高效率，具有自动化程度高、运行节拍快的特点，以及良好的检测稳定性、客观性、可靠性。同时具有兼容性、通用性，能满足摇枕或侧架不同的生产检测的要求、一机二用。

Description

用于铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统

技术领域

本实用新型属于工业用于铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统领域，具体涉及一种铸造工业铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统。

背景技术

在铁路货车摇枕或侧架的生产铸造行业，超声波探伤是生产过程中所使用的关键工序之一，它的作用是使用超声波探伤仪对铁路货车摇枕或侧架的铸件产品内部及表面的危害性缺陷进行检测，这一工序的成败直接影响铸件产品质量，对铁路货车运输的安全性是至关重要的环节之一。但目前在用的探伤方法是传统的超声波手工探伤方法进行的，操作人员凭借个人经验对手动探伤仪上显示屏幕所显示的回波波形予以判断，由于人工操作、以及操作人员个人技术水平参差不齐，其探伤准确性相差比较大，人为因素影响很大，并且检测结果带有人为的主观性和局限性的因素影响。虽然这些个人经验是可贵的，但是生产效率低，容易发生漏检和误检，严重影响铁路货车摇枕或侧架生产线的生产效率，给铁路货车运输的安全性带来了极大的隐患。

发明内容

实用新型的目的：为解决上述问题，本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种铸造工业铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统。

技术方案：为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种铸造工业铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统，所述的自动探伤控制系统，其特征是本实用新型包括监控显示器、操作台、机械PC工作站、PLC控制柜、变频器、报警系统、位移传感器、气动系统、横向位移传感器、纵向位移传感器、CCD监视控制装置、电机、液压水箱推正机构、探伤小车行走控制、水浸聚焦探头阵列升降控制、缺陷自动标识记录装置、超声波自动探伤仪、输送辊道、探伤小车行走限位控制、水浸聚焦探头、水箱、工件(摇枕或侧架)。

所述的连接关系是监控显示器与机械PC工作站相连接，操作台与机械PC工作站相连接，CCD监视控制装置与机械PC工作站相连接，探伤小车行走控制与PLC控制柜相连接，水浸聚焦探头阵列升降控制通过电磁阀、与气动系统的升降气缸、纵向位移传感器、水浸聚焦探头相连接，缺陷自动标识记录装置与气动系统相连接，探伤小车行走限位控制与探伤小车行走控制相连接，水浸聚焦探头与超声波自动探伤仪、水浸聚焦探头阵列升降控制相连接，水箱是用于存放探伤工件(摇枕或侧架)的。

所述的监控显示器，一是CCD监视控制装置的闭路监控系统组成部分，是系统的显示部分，是CCD监视控制装置的标准输出。二是超声波自动探伤仪的回波波形的显示部分，是超声波自动探伤仪的标准输出。

所述的操作台，由各种开关按钮组成，配以控制按钮来适应多变的过程控制，实现整个控制系统的主令控制、信号指示。

所述的机械PC工作站，采用的是一台工业控制计算机作为上位机是整个自动探伤控制系统的控制核心，管理、控制整个控制系统的运行情况，与PLC控制柜下位机之间通过以太网线实时通讯。

所述的PLC控制柜，由一台西门子S7-300系列的PLC(CPU315-2DP)为主作为整个自动探伤控制系统的下位机。

所述的变频器，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。

所述的报警系统，是由水浸聚焦探头接收超声波脉冲信号，经由超声波自动探伤仪对反射回来超声波脉冲信号数据处理后送至机械PC工作站，通过PLC控制柜接收机械PC工作站发出的缺陷报警信号后，由报警系统发出的缺陷自动报警声、光信号。

所述的位移传感器，是把各种被检测的物理量转换为电量。在超声波自动探伤过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种，位移传感器采用数字式位移传感器，用来检测水箱及工件(摇枕或侧架)到达探伤工位。

所述的气动系统，是为了驱动用于各种不同目的的机械装置，如：水浸聚焦探头阵列升降控制、缺陷自动标识记录装置。典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。

所述的横向位移传感器，是用来检测探伤小车行走控制、探伤小 车行走限位控制到达探伤工位，调节探伤小车行走运行。

所述的纵向位移传感器，是用来控制自动探伤时水浸聚焦探头阵列升降控制的升降，以及输送辊道的转动，通过输送辊道的转动，保证输送辊道上水箱及被检测工件(摇枕或侧架)在纵向方向上移动。所述的CCD监视控制装置，是与CCD监视控制装置摄像头相连接，实时监视水箱及工件(摇枕或侧架)到位和工件(摇枕或侧架)探伤全过程的监控。

所述的电机，主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。如：探伤小车行走控制、输送辊道的动力源。

所述的液压水箱推正机构，是水箱及工件(摇枕或侧架)到达探伤工位后，PLC发出指令同步驱动调节控制是实现两个推正液压缸在横向方向上的同步驱动工作，保证水箱及工件(摇枕或侧架)探伤时准确进行。

所述的探伤小车行走控制，是通过伺服控制器与探伤小车行走的电机相连接，实现探伤小车行走快慢的控制。

所述的水浸聚焦探头阵列升降控制，通过电磁阀、升降气缸等装置由PLC控制水浸聚焦探头阵列升降控制的上升、下降动作，从而进行探伤工作。

所述的缺陷自动标识记录装置，与喷涂缺陷标识记录的自动喷枪相连接，在探伤过程中，一旦发现缺陷时在水箱外侧缺陷标识记录板上，及时、自动喷涂缺陷标识，以备手动探伤复检。

所述的超声波自动探伤仪，主要作用是首先机械PC工作站通过I/O 板控制PLC保持检测工件(摇枕或侧架)的工作状态，切换水浸聚焦探头将数字式的超声波脉冲信号传送给机械PC工作站，再通过A/D转换，对超声波波形信号进行分析、判断，不停地循环切换探头、采样、分析、判断，直至探伤检测结束，或发现工件(摇枕或侧架)的缺陷，最后打印存储波形并输出。

所述的输送辊道，是通过光电位检开关用于水箱及工件(摇枕或侧架)纵向输送传动，由输送辊、轴承座、辊道架等组成。根据输送辊道正反方向转动，实现工件(摇枕或侧架)纵向前进、后退的探伤工作过程。

所述的探伤小车行走限位控制，是通过各种限位开关控制，以便实现探伤小车行走限位控制。

所述的水浸聚焦探头，由主要由压电晶片和声透镜组成，压电晶片既可以发射超声波，也可以接收超声波，并通过声透镜在工件(摇枕或侧架)内部实现聚焦，以便在探伤过程中实现自动探伤检测操作。所述的水箱，是用于存放探伤工件(摇枕或侧架)的，将水箱放满作为耦合剂的水后、再放入被检测的工件(摇枕或侧架)，因工件(摇枕或侧架)的形状不同，探伤部位不同，水箱分为摇枕水箱和侧架水箱，并且在水箱的底部分别焊接安装有用于摇枕或侧架的定位块，便于摇枕或侧架的定位准确，具有良好探伤准确性、可靠性。

所述的本实用新型的整套控制系统，与现场各位移传感器、机械PC工作站和被检测的工件(摇枕或侧架)形成闭环网络，一旦出现异常，立即显示故障部位，并有急停保护功能。

作为优化：本实用新型所述的自动控制系统同先进的工业控制计算机、电气自动控制理论、PLC等技术相结合，PLC按“手动+自动”模式设计，保证了控制信号、回波信号的稳定提取以及连续自动化探伤检测的准确性和高效率，具有自动化程度高、运行节拍快的特点，以及良好的检测稳定性、客观性、可靠性。同时具有兼容性、通用性，能满足摇枕或侧架不同的生产检测的要求、一机二用。

有益效果：本实用新型通过将现有的人工手动超声波探伤检测实现为超声波自动探伤检测，对摇枕或侧架产品有缺陷的部位实现了缺陷的自动识别，自动报警，自动存储，自动、实时地喷涂标识记录，保证了控制信号、回波信号的稳定提取以及连续自动化探伤检测的准确性和高效率，具有自动化程度高、运行节拍快的特点以及良好的兼容性、通用性，并且能满足超声波自动探伤检测的生产要求。

附图说明

图1是本实用新型的系统组成框图

图2是本实用新型的系统探伤控制流程图

图3是本实用新型的系统手动探伤工作流程图

图4是本实用新型的系统自动探伤工作流程图

具体实施方式

如附图1所示的，其特征是本实用新型包括监控显示器1、操作台2、机械PC工作站3、PLC控制柜4、变频器5、报警系统6、位移传感器7、气动系统8、横向位移传感器9、纵向位移传感器10、CCD监视控制装置11、电机12、液压水箱推正机构13、探伤小车行 走控制14、水浸聚焦探头阵列升降控制15、缺陷自动标识记录装置16、超声波自动探伤仪17、输送辊道18、探伤小车行走限位控制19、水浸聚焦探头20、水箱21、工件(摇枕或侧架)22。

如附图1所示的，所述的连接关系,其特征是监控显示器1与机械PC工作站3相连接，操作台2与机械PC工作站3相连接，CCD监视控制装置11与机械PC工作站3相连接，探伤小车行走控制14与PLC控制柜4相连接，水浸聚焦探头阵列升降控制15通过电磁阀、与气动系统8的升降气缸、纵向位移传感器10、水浸聚焦探头20相连接，缺陷自动标识记录装置16与气动系统8相连接，探伤小车行走限位控制19与探伤小车行走控制14相连接，水浸聚焦探头20与超声波自动探伤仪17、水浸聚焦探头阵列升降控制15相连接，水箱21是用于存放探伤工件(摇枕或侧架)22的。

所述的监控显示器1与机械PC工作站3相连接，一是CCD监视控制装置11的闭路监控系统组成部分，是系统的显示部分，是CCD监视控制装置11的标准输出，有了监控显示器1的显示才能观看CCD监视控制装置11前端送过来的图像。二是超声波自动探伤仪17的回波波形的显示部分，是超声波自动探伤仪17的标准输出，有了监控显示器1的显示才能观看超声波自动探伤仪17前端送过来的缺陷波形图像，作为自动探伤控制系统不可缺的终端设备，充当着探伤人员的“眼睛”，同时也为事后凋查起到关键性作用。

所述的操作台2与机械PC工作站3相连接，由各种开关按钮组成，配以控制按钮来适应多变的过程控制，实现整个控制系统的主令 控制、信号指示。

所述的机械PC工作站3采用一台工业控制计算机作为上位机是整个自动探伤控制系统的控制核心，管理、控制整个控制系统的运行情况，与PLC控制柜4下位机之间通过以太网线实时通讯，向PLC发出控制信号并监控PLC执行等。

所述的PLC控制柜4与机械PC工作站3，由一台西门子S7-300系列的PLC(CPU315-2DP)为主作为整个自动探伤控制系统的下位机，监控整个控制系统的运行情况，构成下位机硬件设备来执行分布式控制和操作任务，与机械PC工作站3之间通过以太网线实时通讯。整个控制系统的自动化动作均由PLC来控制，通过PLC完成所有传动及执行元件的输入、输出信号、检测信号等逻辑控制部分的手动及自动工艺控制、与作为上位机的机械PC工作站3进行实时的数据交换。

所述的变频器5通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，实现电机正转、反转、点动等；另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

所述的报警系统6是水浸聚焦探头20发射超声波脉冲信号，遇到缺陷后反射回来，水浸聚焦探头20接收超声波脉冲信号，经由超 声波自动探伤仪17对反射回来超声波脉冲信号数据处理后送至机械PC工作站3，通过PLC控制柜4接收机械PC工作站3发出的缺陷报警信号后，由报警系统6发出的缺陷自动报警声、光信号，以及实现系统紧急停机，各种情况报警。

所述的位移传感器7是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在超声波自动探伤过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器采用数字式位移传感器，用来检测水箱21及工件(摇枕或侧架)22到达探伤工位，优点是便于将信号直接送入计算机系统进行各项控制工作。

所述的气动系统8的基本构成是为了驱动用于各种不同目的的机械装置，以及实现自动标伤等，如：水浸聚焦探头阵列升降控制15、缺陷自动标识记录装置16。典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。气动系统流程：空压机→干燥机(冷干机)→气动元件→电磁阀(方向控制)→执行元件。

所述的横向位移传感器9是用来检测探伤小车行走控制14、探伤小车行走限位控制19到达探伤工位，调节探伤小车行走运行。

所述的纵向位移传感器10是用来控制自动探伤时水浸聚焦探头阵列升降控制15的升降，以及输送辊道18的转动，通过输送辊道18的转动，保证输送辊道18上水箱21及工件(摇枕或侧架)22在纵向方向上移动，进行探伤。

所述的CCD监视控制装置11与机械PC工作站3相连接，CCD监视控制装置11与CCD监视控制装置摄像头相连接，实时监视水箱21及工件(摇枕或侧架)22到位和工件(摇枕或侧架)22探伤全过程的监控。

所述的电机12是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。如：探伤小车行走控制14、输送辊道18的动力源。

所述的液压水箱推正机构13是水箱21及工件(摇枕或侧架)22到达探伤工位后，PLC发出指令同步驱动调节控制是实现两个推正液压缸在横向方向上的同步驱动工作，保证水箱21及工件(摇枕或侧架)22探伤时准确进行。

所述的探伤小车行走控制14与PLC控制柜4相连接，探伤小车行走控制14通过伺服控制器与探伤小车行走的电机相连接，实现探伤小车行走快慢的控制。

所述的水浸聚焦探头阵列升降控制15通过电磁阀、与气动系统8的升降气缸、纵向位移传感器10、水浸聚焦探头20相连接，通过电磁阀、升降气缸等装置由PLC控制水浸聚焦探头阵列升降控制15的上升、下降，从而进行探伤工作。探伤完毕之后自动依次升起。探头动作还设有手动操作模式，用人工操作探头的升降，探头动作由电磁阀控制升降气缸完成控制动作。

所述的缺陷自动标识记录装置16与气动系统8相连接，缺陷自动标识记录装置16与喷涂缺陷标识记录的自动喷枪相连接，在探伤 过程中，一旦发现缺陷时在水箱21外侧缺陷标识记录板上，及时、自动喷涂缺陷标识，以备手动探伤复检。

所述的超声波自动探伤仪17主要作用是首先机械PC工作站3通过I/O板控制PLC保持检测工件(摇枕或侧架)22的工作状态，同时切换水浸聚焦探头20将数字式的超声波脉冲信号传送给机械PC工作站3，再通过A/D转换，由机械PC工作站3对超声波波形信号进行分析、判断，不停地循环切换探头、采样、分析、判断，直至探伤检测结束，或发现工件(摇枕或侧架)22的缺陷，最后打印存储波形并输出。

所述的输送辊道18通过光电位检开关用于水箱21及工件(摇枕或侧架)22纵向输送传动，与作为动力源的电机12相连接，由输送辊、轴承座、辊道架等组成。根据输送辊道18正反方向转动，实现工件(摇枕或侧架)22纵向前进、后退的探伤工作过程。

所述的探伤小车行走限位控制19与探伤小车行走控制14相连接，通过各种限位开关控制，以便实现探伤小车行走限位控制。

所述的水浸聚焦探头20与超声波自动探伤仪17、水浸聚焦探头阵列升降控制15相连接，水浸聚焦探头20由主要由压电晶片和声透镜组成，压电晶片既可以发射超声波，也可以接收超声波，并通过声透镜在工件(摇枕或侧架)22内部实现聚焦，以便在探伤过程中实现自动探伤检测操作。

所述的水箱21是用于存放探伤工件(摇枕或侧架)22的，将水箱21放满作为耦合剂的水后、在放入被检测的工件(摇枕或侧架) 22，因工件(摇枕或侧架)的形状不同，探伤部位不同，水箱21分为摇枕水箱和侧架水箱，并且在水箱21的底部分别焊接安装有用于摇枕或侧架的定位块，便于摇枕或侧架的定位准确，具有良好探伤准确性、可靠性。

如附图2所示的，其特征是本实用新型的被检测工件(摇枕或侧架)22的工艺流程图：其上料是首先启动桥式起重机将水箱21吊起安放在输送辊道18上，然后将被检测工件(摇枕或侧架)22吊入水箱21，探伤机开机准备开始探伤，操作台2上各操作按钮应在初始位置，合上电源总开关，合上其它开关，输送辊道18按钮手动，输送辊道18转动，位移传感器7检测到水箱21到探伤工位，输送辊道18停止转动，水箱21到探伤工位自动停止，液压水箱推正机构13启动，将水箱21在横向推正，探伤机进入二种探伤工作方式：工件(摇枕或侧架)22手动探伤工作方式和自动探伤工作方式。

如图2所示，所述的探伤机开机、准备开始探伤的操作台2在初始位置时各开关按钮状态为：钥匙按钮、断开；急停按钮、非锁定位置；水浸聚焦探头20中的四个探头组码位选择按钮在非选定位置；探伤小车方向选择按钮在中间；其它按钮在零位；探伤小车和输送辊道给定电位器在零位。开机准备后可进入操作流程分为手动、自动两种工作方式。

如图3所示，所述的手动工作方式是横向位移传感器9检测到水箱21到达探伤工位后，手动控制探伤小车行走控制14的横向直线行走向前、向后，探伤小车速度由给定电位器决定，而横向行走向前快 速、向后快速行走由PLC设定的固定速度决定，由此探伤小车按给定方向和给定速度运行。

如图3所示，所述的手动工作方式是纵向位移传感器10检测到水箱21到达探伤工位后，水浸聚焦探头阵列升降控制15开始下降、使得水浸聚焦探头20下降到水箱21探伤位置，手动输送辊道18正转或反转按钮，输送辊道18正转或反转运动，输送辊道18正转或反转按给定的电位器转动，使得水浸聚焦探头20在水箱21纵向前进或倒退进行探伤，由此输送辊道18正转或反转运动按给定方向和给定速度运行。

所述的在操作台2上选择手动工作方式时，执行机构的动作应将通过PLC内置的控制程序来进行，每一步动作都是相互连锁的，每执行一步均受前面执行结果条件的约束。在手动方式下，每一步动作均由操作台2上相应的按钮控制，如不按照工艺过程要求任意启动按钮，执行机构将拒绝动作，即手动工作方式的过程是步进式进行的。如图4所示，所述的自动工作方式是横向位移传感器9检测到水箱21到达探伤工位后，探伤小车行走控制14的横向直线行走向前或向后行走是在探伤小车行走限位控制19通过各种限位开关控制，自动限位已锁定，探伤小车速度由给定电位器决定，由此探伤小车按给定方向和给定速度自动运行。

如图4所示，所述的自动工作方式是纵向位移传感器10检测到水箱21到达探伤工位后，在水浸聚焦探头阵列升降控制15自动升降时间已锁定，输送辊道18正转运动，输送辊道18正转按给定的电位 器转动，使得水浸聚焦探头20在水箱21纵向前进进行探伤，由此输送辊道18正转运动按给定方向和给定速度运行。

所述的在操作台2上选择自动工作方式时，执行机构的动作需通过PLC内置的控制程序来进行，该程序采用梯形图方式编制，属于顺序控制逻辑，按下启动按钮，各工位的所有探伤动作在程序的控制下全部自动完成，其中每一步动作都是相互连锁的，只有当上一步动作检测完成后才会自动执行下一步动作，为正常运行的主要工作方式。

所述的本实用新型的整套控制系统，与现场各位移传感器、机械PC工作站和被检测的工件(摇枕或侧架)形成闭环网络，一旦出现异常，立即显示故障部位，并有急停保护功能。

Claims (1)

1.一种铁路货车摇枕或侧架的水浸超声波自动探伤控制系统，包括监控显示器(1)、操作台(2)、机械PC工作站(3)、PLC控制柜(4)、变频器(5)、报警系统(6)、位移传感器(7)、气动系统(8)、横向位移传感器(9)、纵向位移传感器(10)、CCD监视控制装置(11)、电机(12)、液压水箱推正机构(13)、探伤小车行走控制(14)、水浸聚焦探头阵列升降控制(15)、缺陷自动标识记录装置(16)、超声波自动探伤仪(17)、输送辊道(18)、探伤小车行走限位控制(19)、水浸聚焦探头(20)、水箱(21)、工件(22)；其特征在于：本实用新型所述的连接关系是监控显示器(1)与机械PC工作站(3)相连接，操作台(2)与机械PC工作站(3)相连接，CCD监视控制装置(11)与机械PC工作站(3)相连接，探伤小车行走控制(14)与PLC控制柜(4)相连接，水浸聚焦探头阵列升降控制(15)通过电磁阀、与气动系统(8)的升降气缸、纵向位移传感器(10)、水浸聚焦探头(20)相连接，缺陷自动标识记录装置(16)与气动系统(8)相连接，探伤小车行走限位控制(19)与探伤小车行走控制(14)相连接，水浸聚焦探头(20)与超声波自动探伤仪(17)、水浸聚焦探头阵列升降控制(15)相连接，水箱(21)是用于存放探伤工件(22)的。