張洪坤，孟慶軍，楊超雄

（中油寶世順（秦皇島）鋼管有限公司，河北 秦皇島 066206）

JCOE 直縫雙面埋弧焊管生產(chǎn)線精整鋼管傳輸設(shè)備主要包括橫移臺(tái)車、輥道、平臺(tái)架、斜臺(tái)架、接翻管器，旋轉(zhuǎn)輥等，其中，為了保證生產(chǎn)安全，斜臺(tái)架區(qū)域?qū)嵭腥斯た刂疲渌麉^(qū)域基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人化控制[1]。近幾年，在鋼管生產(chǎn)過程中，在橫移臺(tái)車處易發(fā)生故障，頻繁發(fā)生鋼管放置偏離、撞管現(xiàn)象，導(dǎo)致管體、車體機(jī)械損傷，具有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決上述問題，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低作業(yè)區(qū)域的安全風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)橫移臺(tái)車經(jīng)常發(fā)生的故障，分析了產(chǎn)生的原因，提出了具體解決方法，從而為生產(chǎn)過程中鋼管的平穩(wěn)傳送提供安全保障。

1 精整傳輸設(shè)備系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

精整傳輸設(shè)備共分為四大區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)主站和若干分站，設(shè)置一臺(tái)S7315-2DP CPU，一臺(tái)西門子MP377觸摸屏，通過Profibus-DP總線與區(qū)域內(nèi)分站CPU交換傳輸信息，對(duì)分站CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與參數(shù)設(shè)置。主站S7315-2DP CPU集成了傳輸設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置（輥道速度、臺(tái)車速度設(shè)定等參數(shù)）、臺(tái)架大小管切換、報(bào)警記錄、交接信號(hào)的傳遞、MES 設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的提取等功能。

分站采用西門子IM151-7系列CPU，它與機(jī)架擴(kuò)展模塊布置在設(shè)備附近的分區(qū)操作臺(tái)或電氣柜內(nèi)，采用Profibus-DP總線與輥道變頻器、車載柜內(nèi)矢量變頻器、車載柜內(nèi)PLC 遠(yuǎn)程站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。分區(qū)操作臺(tái)或電氣柜內(nèi)的分站CPU與車載柜內(nèi)通過一條布置在拖鏈內(nèi)的DP 電纜實(shí)現(xiàn)連接。橫移臺(tái)車計(jì)數(shù)模塊[2]布置在車載柜內(nèi)PLC 遠(yuǎn)程站上，用于采集臺(tái)車位置數(shù)據(jù)，橫移臺(tái)車位置編碼器為增量型編碼器[3-4]，分站網(wǎng)絡(luò)組態(tài)如圖1 所示。

圖1 精整傳輸設(shè)備分站網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖

2 常見故障及原因分析

2.1 鋼管放置偏離故障

當(dāng)發(fā)生程序閃斷時(shí)，若鋼管未傳送至預(yù)定位置，此時(shí)橫移臺(tái)車程序會(huì)將鋼管所在位置重新定義為零位，造成鋼管到達(dá)預(yù)定位置發(fā)生打滑空轉(zhuǎn)。這主要是由于橫移臺(tái)車的編碼器軸通過同步帶與驅(qū)動(dòng)輪相連接，在自動(dòng)運(yùn)行過程中，機(jī)械配合間隙、臺(tái)車抖動(dòng)、增量型編碼器與電機(jī)軸之間發(fā)生松動(dòng)、臺(tái)車速度超過編碼器的最高響應(yīng)頻率、導(dǎo)線過長(zhǎng)等都會(huì)產(chǎn)生臺(tái)車位置數(shù)據(jù)的累積誤差[5]。累計(jì)誤差的產(chǎn)生導(dǎo)致橫移臺(tái)車在自動(dòng)運(yùn)行過程中實(shí)際位置與程序中的運(yùn)行位置不符，進(jìn)而導(dǎo)致鋼管放偏。實(shí)際應(yīng)用過程中，橫移臺(tái)車將鋼管放偏，會(huì)造成鋼管在臺(tái)架V形槽內(nèi)滾動(dòng)，破壞輥道電機(jī)。

2.2 撞管故障

在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，橫移臺(tái)車在運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)托起鋼管撞擊臺(tái)架，同時(shí)也會(huì)與輥道處的鋼管發(fā)生撞擊，這主要是因?yàn)橄募究諝獬睗?，DP 總線通訊斷開頻繁，現(xiàn)有電控系統(tǒng)中使用的增量型編碼器沒有斷電記憶功能，位置采集模塊配置在車載柜內(nèi)PLC遠(yuǎn)程站上，每次上電或者網(wǎng)絡(luò)通訊斷開會(huì)導(dǎo)致編碼器數(shù)據(jù)清零[6-7]，橫移臺(tái)車位置數(shù)據(jù)丟失，從而導(dǎo)致實(shí)際臺(tái)車位置與程序中的運(yùn)行位置不符。在程序執(zhí)行過程中，橫移臺(tái)車自動(dòng)默認(rèn)DP 總線通訊斷開時(shí)所處的位置為零位，若此時(shí)橫移臺(tái)車正在運(yùn)送鋼管，則會(huì)發(fā)生撞管事故。

3 故障解決辦法

通過分析分站電氣原理圖、IM151-7CPU 的控制程序、硬件組態(tài)、編碼器及ET200S 計(jì)數(shù)模塊的性能參數(shù)[8]，可通過硬件改造和程序改進(jìn)的方法解決上述故障。

3.1 鋼管放置偏離故障解決辦法

3.1.1 硬件改造

在臺(tái)架中部增設(shè)位置校正接近開關(guān)，盡可能減小橫移臺(tái)車的零位偏差、累積誤差，防止橫移臺(tái)車放偏鋼管，臺(tái)架接近開關(guān)布置如圖2 所示。

圖2 臺(tái)架接近開關(guān)布置圖

圖2 中C13-2 橫移臺(tái)車原位傳感器、C13-3 橫移臺(tái)車原位傳感器是原設(shè)計(jì)中C13-2、C13-3 橫移臺(tái)車零位檢測(cè)接近開關(guān)，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，橫移臺(tái)車數(shù)據(jù)會(huì)在該接近開關(guān)處位置清零，一定程度上可以消除橫移臺(tái)車的零位偏差和累積誤差，但是效果不佳，如果橫移臺(tái)車長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行臺(tái)架倒管等任務(wù)（不回原位），則造成零位偏差和累積誤差始終存在，必然會(huì)導(dǎo)致鋼管放偏。為此，可在臺(tái)架分別裝設(shè)如圖2 所示C13-2 橫移臺(tái)車位置校正接近開關(guān)2 和C13-3 橫移臺(tái)車位置校正接近開關(guān)3，臺(tái)車C13-2 和C13-3 在臺(tái)架中自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，只要經(jīng)過位置校正接近開關(guān)，臺(tái)車位置會(huì)自動(dòng)校正。

3.1.2 程序優(yōu)化

改進(jìn)橫移臺(tái)車控制程序，消除橫移臺(tái)車的零位偏差和累積誤差，避免橫移臺(tái)車把鋼管放偏。具體程序編寫方法為：在正常工況下測(cè)量橫移臺(tái)車C13-2 運(yùn)行到位置校正接近開關(guān)2 處編碼器的值，把該數(shù)據(jù)寫入IM151-7CPU中的數(shù)據(jù)保持DB 塊，當(dāng)橫移臺(tái)車C13-2 經(jīng)過位置校正接近開關(guān)2 時(shí)，提取數(shù)據(jù)保持DB 塊中臺(tái)車編碼器數(shù)據(jù)并賦值給編碼器；在正常工況下測(cè)量橫移臺(tái)車C13-3 運(yùn)行到位置校正接近開關(guān)3 處編碼器的值，把該數(shù)據(jù)寫入151-7CPU 中的數(shù)據(jù)保持DB 塊，當(dāng)橫移臺(tái)車C13-3經(jīng)過位置校正接近開關(guān)3 時(shí)，提取數(shù)據(jù)保持DB 塊中臺(tái)車編碼器數(shù)據(jù)并賦值給編碼器。通過對(duì)臺(tái)車編碼器數(shù)據(jù)的賦值消除橫移臺(tái)車的零位偏差和累積誤差。以C13-2橫移臺(tái)車為例，主要程序如圖3所示。

圖3 C13-2橫移臺(tái)車改進(jìn)程序圖

經(jīng)過實(shí)地測(cè)量，橫移臺(tái)車正常運(yùn)行（無位置偏差時(shí)）到位置校正接近開關(guān)時(shí)編碼器絕對(duì)數(shù)值為L(zhǎng)#26769。

改進(jìn)程序后，橫移臺(tái)車每次經(jīng)過位置校正接近開關(guān)，程序都會(huì)自動(dòng)校正一次橫移臺(tái)車在程序中的運(yùn)行位置，避免了長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)累積位置誤差的產(chǎn)生，經(jīng)過數(shù)月的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，程序中的運(yùn)行位置和橫移臺(tái)車實(shí)際位置幾乎沒有累積誤差，消除了C13-2、C13-3 橫移臺(tái)車自動(dòng)運(yùn)行時(shí)鋼管放偏故障。

3.2 程序優(yōu)化解決撞管故障

通過改進(jìn)橫移臺(tái)車控制程序可避免Profibus-DP通訊斷開引起橫移臺(tái)車位置數(shù)據(jù)丟失[9]而導(dǎo)致橫移臺(tái)車撞擊臺(tái)架或輥道處的鋼管。

采用型號(hào)為西門子IM151-7 CPU 的橫移臺(tái)車，高速計(jì)數(shù)模塊6ES7 138-4DA04-0A B0 安裝在橫移臺(tái)車車載柜內(nèi)的PLC 遠(yuǎn)程站上。在自動(dòng)運(yùn)行過程中，Profibus-DP 的通訊斷開會(huì)造成掉站[10]，使編碼器位置瞬間清零，程序在執(zhí)行過程中自動(dòng)默認(rèn)當(dāng)前位置為小車零位，導(dǎo)致臺(tái)車所有定位點(diǎn)的物理位置和程序中運(yùn)行位置出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，造成小車在運(yùn)行過程中撞擊鋼管，這種故障可以通過優(yōu)化程序來解決，程序編寫思路為：利用IM151-7CPU 中的數(shù)據(jù)保持在DB 塊，實(shí)時(shí)把臺(tái)車正常運(yùn)行時(shí)的位置數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)保持在DB 塊中，如圖4 所示。編寫程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)Profibus-DP 的通訊斷開[11]，如圖5 所示。當(dāng)出現(xiàn)通訊斷開時(shí)，提取數(shù)據(jù)保持DB 塊中臺(tái)車編碼器數(shù)據(jù)并賦值給編碼器作為Profibus-DP 通訊恢復(fù)后的編碼器數(shù)據(jù)，如圖6所示。

圖4 實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序圖

圖5 通訊故障判斷程序圖

圖6 位置校正程序圖

改進(jìn)程序后，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，當(dāng)橫移臺(tái)車在通訊閃斷后，M2.0 置1，程序中橫移臺(tái)車實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)DB3.DBD0 數(shù)據(jù)在通訊閃斷前后始終保持不變，程序中的運(yùn)行位置與實(shí)際位置相符。由于保證了通訊閃斷前后程序中的運(yùn)行位置與實(shí)際位置的一致，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，消除了C13-2、C13-3 橫移臺(tái)車自動(dòng)運(yùn)行時(shí)撞擊臺(tái)架和撞管故障。

4 結(jié) 論

（1）橫移臺(tái)車位置數(shù)據(jù)檢測(cè)如果使用增量型編碼器，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生累積誤差，造成橫移臺(tái)車在實(shí)際運(yùn)行過程中的位置與實(shí)際位置產(chǎn)生偏差。通過增加位置校正接近開關(guān)和優(yōu)化程序，可以消除橫移臺(tái)車自動(dòng)運(yùn)行時(shí)鋼管放偏故障。

（2）DP 網(wǎng)絡(luò)通訊閃斷會(huì)造成編碼器位置數(shù)據(jù)的丟失，導(dǎo)致橫移臺(tái)車出現(xiàn)撞管現(xiàn)象。對(duì)相應(yīng)程序進(jìn)行改進(jìn)能夠解決橫移臺(tái)車編碼器位置數(shù)據(jù)丟失的問題，并消除橫移臺(tái)車自動(dòng)運(yùn)行時(shí)撞擊臺(tái)架和撞管故障。