宋小平

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

0 前言

鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)大多數(shù)配置鋼管粗測(cè)長(zhǎng)功能，鋼管進(jìn)行水壓試驗(yàn)之前，操作人員可以獲取鋼管的粗長(zhǎng)度值并依照順序記錄測(cè)量結(jié)果，為調(diào)整后梁位置做準(zhǔn)備。如果鋼管的生產(chǎn)量較小，操作人員可以按照這種模式來完成水壓試驗(yàn)。如果待試壓的鋼管生產(chǎn)量大，則人工記錄鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的方式難免會(huì)產(chǎn)生問題數(shù)據(jù)，而問題數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低、重復(fù)工作幾率增加，甚至引發(fā)設(shè)備及人身安全等重大事故。另外，隨著設(shè)備自動(dòng)化趨勢(shì)的發(fā)展需求，人工參與成分勢(shì)必會(huì)大幅減少。如果取消人工記錄鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的工作，那么一旦當(dāng)前鋼管進(jìn)入入料輥道完成粗測(cè)量長(zhǎng)度后，系統(tǒng)在完成此鋼管水壓試驗(yàn)之前不能再接受后續(xù)鋼管的進(jìn)入，系統(tǒng)無法將進(jìn)入設(shè)備的每根鋼管與其長(zhǎng)度值一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)鋼管進(jìn)行水壓試驗(yàn)前，系統(tǒng)無法提取出對(duì)應(yīng)此鋼管的長(zhǎng)度值，為后梁位置的調(diào)整造成了阻礙，并且極大地影響生產(chǎn)效率。鑒于此，本文提出數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)，該跟蹤系統(tǒng)保證鋼管經(jīng)粗測(cè)量后進(jìn)入入料輥道，鋼管長(zhǎng)度值在此鋼管完成水壓試驗(yàn)前始終有序地保存在系統(tǒng)中，而且當(dāng)對(duì)下一根鋼管進(jìn)行水壓試驗(yàn)前，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確無誤的取出此鋼管對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度值來完成后梁位置的實(shí)時(shí)調(diào)整。

1 鋼管水壓試驗(yàn)設(shè)備

鋼管水壓試驗(yàn)設(shè)備是焊管生產(chǎn)線中用于鋼管焊縫質(zhì)量檢查工序中重要的設(shè)備之一。其主要功能是將鋼管經(jīng)步進(jìn)橫移裝置移至試壓工位，使鋼管在密封狀態(tài)下充滿液態(tài)水，并借助增壓系統(tǒng)向密封的鋼管內(nèi)部注射高壓水，使鋼管內(nèi)部的壓力達(dá)到設(shè)定的試驗(yàn)壓力值要求后保持一段時(shí)間。如果在保持過程中，鋼管內(nèi)壓力有波動(dòng)，但是仍然在要求壓力范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的保持時(shí)間后則視為試驗(yàn)成功，否則視為試驗(yàn)失敗[1,2]。如圖1所示，鋼管水壓試驗(yàn)設(shè)備由入口輥道、沖洗輥道、步進(jìn)橫移裝置、出口輥道、前梁裝置、后梁裝置及配套水、液壓、電氣系統(tǒng)組成。鋼管移至試壓工位之前，需要將圖1中后梁裝置調(diào)整到滿足鋼管長(zhǎng)度的位置，從而可以將該長(zhǎng)度的鋼管順利移至試壓工位，進(jìn)行水壓試驗(yàn)。為了固定后梁的位置，在水壓試驗(yàn)機(jī)前梁與后梁之間的上下拉力梁的后梁位置處，設(shè)有5組插銷孔，每一個(gè)插銷孔對(duì)應(yīng)鋼管的一個(gè)長(zhǎng)度值范圍。根據(jù)鋼管的長(zhǎng)度將后梁移動(dòng)到相應(yīng)的插銷孔處，將插銷插入鎖定，從而使得后梁裝置牢牢的固定在合適的位置。系統(tǒng)在入口輥道處設(shè)有鋼管粗測(cè)量功能，在鋼管進(jìn)入試壓工位之前，后梁裝置可以根據(jù)當(dāng)前測(cè)量數(shù)值進(jìn)行位置調(diào)整，以便使試壓工位的尺寸能夠滿足即將進(jìn)行試壓的鋼管。

圖1 鋼管水壓試驗(yàn)設(shè)備組成

2 跟蹤系統(tǒng)方法

鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)由鋼管測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)、鋼管來料檢測(cè)系統(tǒng)、測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、測(cè)量數(shù)據(jù)排序處理系統(tǒng)及測(cè)量數(shù)據(jù)排列顯示系統(tǒng)組成。鋼管測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)主要完成對(duì)鋼管長(zhǎng)度的測(cè)量功能；鋼管來料檢測(cè)系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)檢測(cè)鋼管是否進(jìn)入設(shè)備中；測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)主要將測(cè)量后的鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)保存到系統(tǒng)中；測(cè)量數(shù)據(jù)排序處理系統(tǒng)主要用于將經(jīng)長(zhǎng)度測(cè)量后的鋼管按照進(jìn)入設(shè)備的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行有序地排列，同時(shí)會(huì)將試驗(yàn)結(jié)束的鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)刪除；測(cè)量數(shù)據(jù)排列顯示系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前已進(jìn)入設(shè)備中且未完成水壓試驗(yàn)的每根鋼管相應(yīng)的長(zhǎng)度測(cè)量值。鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用保證了鋼管經(jīng)粗測(cè)量進(jìn)入入料輥道后，鋼管長(zhǎng)度值在此鋼管完成水壓試驗(yàn)前始終有序地保存在系統(tǒng)中，而且當(dāng)對(duì)下一根鋼管進(jìn)行水壓試驗(yàn)前，系統(tǒng)可以正確無誤的取出此鋼管對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度值來完成后梁位置的實(shí)時(shí)調(diào)整。鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)的數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)采用了PLC、HMI技術(shù)[3,6]、C++[7,9]和數(shù)據(jù)庫技術(shù)[10,14]。

2.1 工作原理

跟蹤系統(tǒng)處理鋼管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隊(duì)列的觸發(fā)事件圖，如圖2所示。數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)的任務(wù)主要包括鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、取出、刪除和更新；當(dāng)鋼管依次經(jīng)過入口輥道時(shí)，系統(tǒng)將測(cè)量的鋼管長(zhǎng)度值按照“先進(jìn)先出”隊(duì)列的方式存儲(chǔ)到系統(tǒng)中[15]；當(dāng)試壓工位的鋼管完成水壓試驗(yàn)后，系統(tǒng)將刪除該鋼管的長(zhǎng)度值，同時(shí)按照刪除后的鋼管順序更新當(dāng)前隊(duì)列中的數(shù)據(jù)；當(dāng)鋼管在沖洗工位完成沖洗后，同時(shí)試壓工位完成水壓試驗(yàn)后，系統(tǒng)自動(dòng)取出當(dāng)前位于沖洗工位鋼管的長(zhǎng)度值，用于后梁裝置位置的調(diào)整。

圖2 隊(duì)列事件觸發(fā)圖

2.2 實(shí)現(xiàn)方法

2.2.1 DB塊存取法

DB塊存取法主要是在系統(tǒng)的PLC環(huán)境下開發(fā)完成，根據(jù)某廠商PLC提供的功能指令，并結(jié)合鋼管數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)任務(wù)來實(shí)現(xiàn)鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的跟蹤功能。此方法可操作的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)不宜過大，對(duì)試壓后的鋼管數(shù)據(jù)要進(jìn)行刪除、更新操作，所以僅適用于信息量較小、存儲(chǔ)量較小的數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)。

(1)準(zhǔn)備工作。先準(zhǔn)備一塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域要求具有掉電保護(hù)功能，即數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不因控制器的斷電而受到影響，且存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)預(yù)置為0；同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)int型數(shù)據(jù)作為計(jì)數(shù)器，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隊(duì)列的索引計(jì)數(shù)器counter，其初始值為0。

(2)制定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原則。保證鋼管的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)隊(duì)列中按照鋼管從入口輥道進(jìn)入設(shè)備區(qū)域的先后順序進(jìn)行排序。根據(jù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原則，排在隊(duì)列中1號(hào)位置的鋼管進(jìn)入設(shè)備的時(shí)刻總是較后邊的鋼管要早，所以只要水壓試驗(yàn)結(jié)束，對(duì)鋼管數(shù)據(jù)隊(duì)列的更新和刪除事件結(jié)束，處于數(shù)據(jù)區(qū)1號(hào)位置的數(shù)據(jù)就是當(dāng)前即將進(jìn)入試壓工位的鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，從而根據(jù)相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)直接從隊(duì)列中取值即可。跟蹤系統(tǒng)對(duì)鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)隊(duì)列的存儲(chǔ)事件的操作，如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到測(cè)長(zhǎng)結(jié)束信號(hào)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值自動(dòng)增1，將該長(zhǎng)度數(shù)據(jù)存放置在與計(jì)數(shù)器數(shù)值對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)位置上。跟蹤系統(tǒng)對(duì)鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)隊(duì)列的更新和刪除事件的操作如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到水壓試驗(yàn)結(jié)束信號(hào)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值自動(dòng)減1，同時(shí)依次用n+1號(hào)位置的數(shù)據(jù)替換n號(hào)位置的數(shù)據(jù)，這樣在試壓結(jié)束后，1號(hào)位置的數(shù)據(jù)被2號(hào)位置的數(shù)據(jù)所替換，1號(hào)位置的數(shù)據(jù)從系統(tǒng)中消失，即刪除。

圖3 鋼管數(shù)據(jù)隊(duì)列的存儲(chǔ)事件

圖4 鋼管數(shù)據(jù)隊(duì)列的刪除和更新事件

2.2.2數(shù)據(jù)庫存取法

數(shù)據(jù)庫存取法采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，并配合VC++計(jì)算機(jī)語言，只要數(shù)據(jù)庫運(yùn)行正常數(shù)據(jù)就會(huì)在刪除前始終存在于數(shù)據(jù)庫中，所以對(duì)數(shù)據(jù)的操作功能非常強(qiáng)大。同時(shí)該方法可以為廠區(qū)的日后信息化系統(tǒng)建立基礎(chǔ)，用于接收來自企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的鋼管數(shù)據(jù)信息。此方法依次按照某種規(guī)約對(duì)鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行存放、取出、刪除和更新，從而保證每根鋼管的長(zhǎng)度與其一一對(duì)應(yīng)。

(1)保存鋼管數(shù)據(jù)。只要檢測(cè)到測(cè)長(zhǎng)結(jié)束信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)鋼管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)事件，系統(tǒng)將測(cè)量的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并按照“保存時(shí)間”進(jìn)行排序顯示，從而可以將每根進(jìn)入設(shè)備并經(jīng)過長(zhǎng)度測(cè)量的鋼管，按照時(shí)間的先后順序，將鋼管及其長(zhǎng)度值、保存時(shí)間依次保存到數(shù)據(jù)表中。

(2)隊(duì)列鋼管數(shù)據(jù)的顯示。系統(tǒng)設(shè)置一函數(shù)為Update Macro Track()用于跟蹤系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，只要觸發(fā)存儲(chǔ)或刪除事件導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)記錄發(fā)生變化，該函數(shù)均會(huì)被調(diào)用，調(diào)用后隊(duì)列內(nèi)的數(shù)據(jù)會(huì)按照保存時(shí)間的順序顯示在列表框中。

(3)隊(duì)列鋼管數(shù)據(jù)的刪除。只要某個(gè)鋼管的水壓試驗(yàn)結(jié)束，系統(tǒng)獲取列表框顯示記錄中的第一條數(shù)據(jù)信息，從而對(duì)應(yīng)的在數(shù)據(jù)庫中找到該數(shù)據(jù)信息進(jìn)行刪除。

3 應(yīng)用結(jié)果及分析

某項(xiàng)目的控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)一DB塊，用于存儲(chǔ)鋼管長(zhǎng)度，并按照DB塊存取法的思路進(jìn)行PLC編程，同時(shí)配合HMI技術(shù)，將進(jìn)入設(shè)備的每一根鋼管進(jìn)行有序排列，并顯示每根鋼管對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度測(cè)量值。如圖5所示，操作人員可以清楚的看到在鋼管進(jìn)入設(shè)備前后或水壓試驗(yàn)前后鋼管數(shù)據(jù)跟蹤表的對(duì)比情況。由于本方法無法處理鋼管的ID信息，所以鋼管ID無法顯示，僅按照鋼管進(jìn)入設(shè)備的時(shí)間順序顯示。按照數(shù)據(jù)庫存取法設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)并進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件編程。如圖6所示，通過HMI顯示在鋼管進(jìn)入設(shè)備或者水壓試驗(yàn)前后鋼管數(shù)據(jù)跟蹤表的對(duì)比情況。兩種鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)具有不同的特點(diǎn)和適用范圍，但是兩者完成的功能是相同的。DB塊存取法，方法簡(jiǎn)潔、開發(fā)容易、但是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量小、存儲(chǔ)信息少。數(shù)據(jù)庫存取法無論是存儲(chǔ)數(shù)量還是存儲(chǔ)內(nèi)容均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者DB塊存取法。但是數(shù)據(jù)庫存取法要求開發(fā)者具有專業(yè)的數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的相關(guān)知識(shí)，所以該方法適用于規(guī)模較大或者功能要求較高的系統(tǒng)。此可見，兩種方法可根據(jù)不同的設(shè)備應(yīng)用要求實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的跟蹤系統(tǒng)功能。

圖5 DB塊存取法在HMI中數(shù)據(jù)跟蹤表的實(shí)時(shí)變化

圖6 數(shù)據(jù)庫塊存取法在HMI中數(shù)據(jù)跟蹤表的實(shí)時(shí)變化

4 結(jié)束語

從實(shí)際應(yīng)用結(jié)果可以清楚的看出，數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)投入控制系統(tǒng)后，經(jīng)粗測(cè)長(zhǎng)后的每根鋼管長(zhǎng)度值按照鋼管進(jìn)入設(shè)備的時(shí)間依次排序，此功能保證了鋼管長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性，同時(shí)大大提高了生產(chǎn)效率，減小了生產(chǎn)過程中的事故率，為設(shè)備的自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)，將設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)更加凸顯出來并將其發(fā)揮至最佳水平。