專利名稱：應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣自動(dòng)化控制體統(tǒng)，具體地說是一種應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的管道安裝施工一般是在施工現(xiàn)場進(jìn)行，在施工現(xiàn)場先按照設(shè)定需求對管道進(jìn)行切割，然后再將切割后的管道單體進(jìn)行焊接。這種施工方式周期長、任務(wù)重，工作效率低，并且切割、焊接的質(zhì)量低，使用壽命短，后期維修量大，不能滿足目前施工指標(biāo)的要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有管道施工存在的缺陷，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)送料、精確定位、切割料、打坡口、按料編號自動(dòng)分批選料到焊接工位的應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案一種應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括PLC控制器和顯示觸摸屏，該P(yáng)LC控制器與顯示觸摸屏之間通過MPI通訊方式連接；其中
A.所述PLC控制器的數(shù)字量輸入包括
按鍵信號輸入接口，按鍵信號由操作人員進(jìn)行手動(dòng)操作；
限位信號輸入接口，限位信號由安裝在生產(chǎn)線上的機(jī)械限位提供；
物料檢測信號輸入接口，物料檢測信號包括光電感應(yīng)信號、伺服電機(jī)運(yùn)行反饋信號和變頻電機(jī)運(yùn)行反饋信號組成；光電感應(yīng)信號由安裝在生產(chǎn)線上的光電感應(yīng)開關(guān)提供，伺服電機(jī)運(yùn)行反饋信號由伺服電機(jī)控制器及接觸器輔助觸點(diǎn)提供，變頻電機(jī)運(yùn)行反饋信號由變頻器及接觸器輔助觸點(diǎn)提供；
B.所述PLC控制器的模擬量輸入包括傳感器信號輸入接口，傳感器信號由安裝在生產(chǎn)線上的壓力傳感器提供；
C.所述PLC控制器的數(shù)字量輸出包括
伺服電機(jī)控制，由PLC控制器輸出脈沖信號進(jìn)行伺服電機(jī)的精確控制；
變頻電機(jī)啟動(dòng)/停止控制，當(dāng)PLC控制器輸出繼電器閉合信號時(shí)變頻器啟動(dòng)，輸出繼電器斷開信號時(shí)變頻器停止運(yùn)行；
電磁閥控制，通過PLC控制器輸出電磁閥的通斷信號來控制氣缸的動(dòng)作；
聲光報(bào)警，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)PLC控制器發(fā)出信號控制聲光報(bào)警動(dòng)作；
D.所述PLC控制器的模擬量輸出包括變頻器速度給定，PLC控制器輸出4-20mA變頻電流信號控制變頻電機(jī)的速度。
本發(fā)明具備以下有益效果
1.管道預(yù)制生產(chǎn)線的可實(shí)現(xiàn)管道的精確加工；
2.大大縮短了管道下料階段的工時(shí)，節(jié)省了大量的人力物力，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，很大程度上提高了工作效率；
3.提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平；
4.人機(jī)交流內(nèi)容豐富，人機(jī)交流由顯示觸摸屏的畫面組成，主要有主運(yùn)行畫面，顯示生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)；故障畫面，記錄生產(chǎn)線的所有故障及發(fā)生時(shí)間；設(shè)置畫面，設(shè)置不同規(guī)格的預(yù)制管參數(shù)；
5.故障預(yù)處理在程序里進(jìn)行了相應(yīng)故障的預(yù)處理經(jīng)編制，當(dāng)生產(chǎn)線出現(xiàn)故障時(shí)，具有一套成熟可靠的預(yù)處理方案，將出現(xiàn)故障造成的影響降到最低。本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案為 PLC控制器的數(shù)字量輸入共設(shè)置27路；其中DI1-DI3共3路為按鍵SB1-SB3的輸入；DI4-DI13共10路為機(jī)械限位XKl-XKlO的輸入；DI14_DI15共2路為伺服電機(jī)SF1-SF2的運(yùn)行反饋輸入；DI16-DI18共3路為三個(gè)焊接工位變頻電機(jī)的運(yùn)行反饋輸入；DI19_DI27共9路為光電傳感器的信號輸入。PLC控制器的模擬量輸入共設(shè)置8路；其中AI1-AI6共6路為壓力傳感器PT1-PT6的輸入；AI7-AI8共2路為備用。PLC控制器的數(shù)字量輸出共設(shè)置24路；其中D01-D04共4路為控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置SF1-SF4的輸出；D05-D07共3路為控制三個(gè)焊接工位變頻電機(jī)的輸出；D08共I路為控制聲光報(bào)警的輸出；D09-D22共14路為控制電磁閥DT1-DT14的輸出；D23_D24共2路為備用。PLC控制器的模擬量輸出共設(shè)置3路；其中A01-A03共3路為變頻器速度給定的輸出。


圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明中的PLC控制器輸入接口圖。圖3為本發(fā)明中的PLC控制器輸出接口圖。圖4為本發(fā)明中的電機(jī)及PLC控制器電源原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。參見附圖I，這種自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在主要應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線，先通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將現(xiàn)場管道的布線設(shè)計(jì)出來，然后在工廠里進(jìn)行預(yù)制管道，然后在施工現(xiàn)場將預(yù)制管道經(jīng)過法蘭連接。這種自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括PLC控制器和顯示觸摸屏。PLC控制器主要完成生產(chǎn)線的采樣、計(jì)算、精確控制等工作，各輔助設(shè)備的動(dòng)作控制程序均存儲(chǔ)在PLC控制器額程序存儲(chǔ)器中。PLC控制器的接口分別包括數(shù)字量輸入接口、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸出接口、模擬量輸出接口、高頻脈沖接口、MPI通訊接口 ；其中高頻脈沖接口用于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的控制，MPI通訊接口用于PLC控制器與顯示觸摸屏之間通訊連接。顯示觸摸屏的畫面包括主運(yùn)行畫面、故障畫面和設(shè)置畫面，主運(yùn)行畫面顯示生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，故障畫面記錄生產(chǎn)線的所有故障及發(fā)生時(shí)間，設(shè)置畫面設(shè)置不同規(guī)格的預(yù)制管參數(shù)。
A、PLC控制器的數(shù)字量輸入包括
按鍵信號輸入接口，按鍵信號由操作人員進(jìn)行手動(dòng)操作，完成生產(chǎn)線的氣動(dòng)、停止和緊急停車；
限位信號輸入接口，限位信號由安裝在生產(chǎn)線上的機(jī)械限位提供；
物料檢測信號輸入接口，物料檢測信號包括光電感應(yīng)信號、伺服電機(jī)運(yùn)行反饋信號和變頻電機(jī)運(yùn)行反饋信號組成；光電感應(yīng)信號由安裝在生產(chǎn)線上的光電感應(yīng)開關(guān)提供，伺服電機(jī)運(yùn)行反饋信號由伺服電機(jī)控制器及 接觸器輔助觸點(diǎn)提供，變頻電機(jī)運(yùn)行反饋信號由變頻器及接觸器輔助觸點(diǎn)提供，其中伺服電機(jī)和變頻電機(jī)為相應(yīng)的工位輥道、切割定位、物料運(yùn)送能工作服務(wù)。B、PLC控制器的模擬量輸入包括傳感器信號輸入接口，傳感器信號由安裝在生產(chǎn)線上的壓力傳感器提供。C、PLC控制器的數(shù)字量輸出包括
伺服電機(jī)控制，由PLC控制器輸出脈沖信號進(jìn)行伺服電機(jī)的精確控制，該控制完成預(yù)制管輸送的精確定位；
變頻電機(jī)啟動(dòng)/停止控制，當(dāng)PLC控制器輸出繼電器閉合信號時(shí)變頻器啟動(dòng)，輸出繼電器斷開信號時(shí)變頻器停止運(yùn)行；
電磁閥控制，電磁閥與預(yù)制管道生產(chǎn)線上的氣缸裝置相連，通過PLC控制器輸出電磁閥的通斷信號來控制氣缸的動(dòng)作；
聲光報(bào)警，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)PLC控制器發(fā)出信號控制聲光報(bào)警動(dòng)作。D、PLC控制器的模擬量輸出包括變頻器速度給定，PLC控制器輸出4_20mA變頻電流信號控制變頻電機(jī)的速度，通過控制變頻電機(jī)將預(yù)制管準(zhǔn)確的輸送到指定焊接工位。參見圖2，作為優(yōu)選的技術(shù)方案，本實(shí)施例中，PLC控制器的數(shù)字量輸入共設(shè)置27路；其中DI1-DI3共3路為按鍵SB1-SB3的輸入;DI4_DI13共10路為機(jī)械限位XKl-XKlO的輸入；DI14-DI15共2路為伺服電機(jī)SF1-SF2的運(yùn)行反饋輸入；DI16_DI18共3路為三個(gè)焊接工位變頻電機(jī)的運(yùn)行反饋輸入；DI19-DI27共9路為光電傳感器的信號輸入；
PLC控制器的模擬量輸入共設(shè)置8路；其中AI1-AI6共6路為壓力傳感器PT1-PT6的輸入；AI7-AI8共2路為備用。參見圖3，PLC控制器的數(shù)字量輸出共設(shè)置24路；其中D01-D04共4路為控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置SF1-SF4的輸出；D05-D07共3路為控制三個(gè)焊接工位變頻電機(jī)的輸出；D08共I路為控制聲光報(bào)警的輸出；D09-D22共14路為控制電磁閥DT1-DT14的輸出；D23_D24共2路為備用；
PLC控制器的模擬量輸出共設(shè)置3路；其中A01-A03共3路為變頻器速度給定的輸出。MPI通訊接口為I路，用于PLC控制器和顯示觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交流的通訊。本實(shí)施例中的PLC控制器采用西門子S7-300系列，其主要控制取料、輸料、定位及鋸料，并把鋸料輸送到需要的工位上進(jìn)行焊接。
本發(fā)明的工作過程是當(dāng)操作人按下啟動(dòng)按鍵后，PLC控制器控制氣缸把預(yù)壓制的管道夾緊；PLC控制器通電預(yù)選設(shè)置的參數(shù)，通過伺服電機(jī)精確將料定位，然后用生產(chǎn)線上的帶鋸系統(tǒng)把管料進(jìn)行精確切割；切割完成的管料用氣缸夾緊定位，用坡口機(jī)將管道兩端銑出坡口，然后放到半成品坯料臺(tái)上；半成品坯料在料臺(tái)上，在重力的作用下滾到坯料臺(tái)的另一端，取料伺服電機(jī)將根據(jù)PLC控制器內(nèi)的坯料編號調(diào)整開口度，再利用氣缸將管料送至料位工位輥道上；PLC控制器根據(jù)參數(shù)設(shè)置，利用光電料位檢測開關(guān)和氣缸，把坯料頂入相應(yīng)的工位，在工位臺(tái)上利用重力作用將料送到焊接工位上；PLC控制器控制焊接工位的電機(jī)運(yùn)作，進(jìn)行焊接工作，完成施工。本實(shí)施例中的接口分布
參見附圖2，PLC控制器的數(shù)字量輸入中DI1-DI3的3路按鍵分別為急停、啟動(dòng)和停止按鍵；DI4-DI13的10路限位輸入分別為坡口頂料水平頂出和返回限位、半成品坯料臺(tái)水平頂出和返回限位、三個(gè)焊接工位的水平頂出和返回限位；DI14-DI15的2路伺服電機(jī)運(yùn)行反饋分別為切割定位伺服電機(jī)運(yùn)行反饋和半成品坯料臺(tái)伺服電機(jī)運(yùn)行反饋；DI16-DI18的3路焊接工位變頻電機(jī)運(yùn)行反饋分別為三個(gè)焊接工位的變頻電機(jī)運(yùn)行反饋；DI19-DI27的9路光電傳感器信號分別為切割工位光電料位檢測開關(guān)、坡口工位光電料位檢測開關(guān)、半成品坯料臺(tái)光電檢測開關(guān)和三個(gè)焊接工位光電料位檢測開關(guān)、三個(gè)焊接工位半成品坯料臺(tái)光電料位檢測開關(guān)提供。
PLC控制器的模擬量輸入中AI1-AI6的6路壓力傳感器輸入分別為進(jìn)氣管壓力、坡口頂料氣缸壓力、半成品坯料臺(tái)氣缸壓力、三個(gè)焊接工位氣缸壓力。參見附圖3，PLC控制器的數(shù)字量輸出中D01_D04的4路控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置輸出分別為切割定位伺服電機(jī)速度控制、切割定位伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、半成品坯料臺(tái)伺服電機(jī)速度控制和半成品坯料臺(tái)伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；D05-D07的3路分別為三個(gè)焊接工位的變頻電機(jī)啟動(dòng)或停止控制；D08的I路為控制聲光報(bào)警的輸出；D09-D22的14路分別為切割機(jī)械手臂夾緊和松開、坡口機(jī)械手臂夾緊和松開、坡口頂料氣缸頂出和返回、半成品坯料臺(tái)氣缸頂出和返回、三個(gè)焊接工位氣缸的頂出和返回。PLC控制器的模擬量輸出中A01-A03的3路分別為變頻器速度給定的輸出。參見附圖4中，M1-M3分別為工位1_3輥道變頻電機(jī)的原理圖，其控制芯片中的STA、D0M、A01、A0M和RUM接口的信號來自PLC控制器，RUN和COM接口的信號反饋給PLC控制器。M4為切割定位伺服電機(jī)，M5為半成品坯料臺(tái)伺服電機(jī)，M4和M5控制芯片中的CP+、DIR+、COM接口的信號來自PLC控制器，RUN和另一 COM接口的信號反饋給PLC控制器。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括PLC控制器和顯示觸摸屏，其特征在于，該P(yáng)LC控制器與顯示觸摸屏之間通過MPI通訊方式連接；其中 A.所述PLC控制器的數(shù)字量輸入包括 按鍵信號輸入接口，按鍵信號由操作人員進(jìn)行手動(dòng)操作； 限位信號輸入接口，限位信號由安裝在生產(chǎn)線上的機(jī)械限位提供； 物料檢測信號輸入接口，物料檢測信號包括光電感應(yīng)信號、伺服電機(jī)運(yùn)行反饋信號和變頻電機(jī)運(yùn)行反饋信號組成；光電感應(yīng)信號由安裝在生產(chǎn)線上的光電感應(yīng)開關(guān)提供，伺服電機(jī)運(yùn)行反饋信號由伺服電機(jī)控制器及接觸器輔助觸點(diǎn)提供，變頻電機(jī)運(yùn)行反饋信號由變頻器及接觸器輔助觸點(diǎn)提供； B.所述PLC控制器的模擬量輸入包括傳感器信號輸入接口，傳感器信號由安裝在生產(chǎn)線上的壓力傳感器提供； C.所述PLC控制器的數(shù)字量輸出包括 伺服電機(jī)控制，由PLC控制器輸出脈沖信號進(jìn)行伺服電機(jī)的精確控制； 變頻電機(jī)啟動(dòng)/停止控制，當(dāng)PLC控制器輸出繼電器閉合信號時(shí)變頻器啟動(dòng)，輸出繼電器斷開信號時(shí)變頻器停止運(yùn)行； 電磁閥控制，通過PLC控制器輸出電磁閥的通斷信號來控制氣缸的動(dòng)作； 聲光報(bào)警，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)PLC控制器發(fā)出信號控制聲光報(bào)警動(dòng)作； D.所述PLC控制器的模擬量輸出包括變頻器速度給定，PLC控制器輸出4-20mA變頻電流信號控制變頻電機(jī)的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，PLC控制器的數(shù)字量輸入共設(shè)置27路；其中DI1-DI3共3路為按鍵SB1-SB3的輸入；DI4_DI13共10路為機(jī)械限位XKl-XKlO的輸入；DI14-DI15共2路為伺服電機(jī)SF1-SF2的運(yùn)行反饋輸入；DI16-DI18共3路為三個(gè)焊接工位變頻電機(jī)的運(yùn)行反饋輸入；DI19_DI27共9路為光電傳感器的信號輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，PLC控制器的模擬量輸入共設(shè)置8路；其中AI1-AI6共6路為壓力傳感器PT1-PT6的輸入；AI7-AI8共2路為備用。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，PLC控制器的數(shù)字量輸出共設(shè)置24路；其中D01-D04共4路為控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置SF1-SF4的輸出；D05-D07共3路為控制三個(gè)焊接工位變頻電機(jī)的輸出；D08共I路為控制聲光報(bào)警的輸出；D09-D22共14路為控制電磁閥DT1-DT14的輸出；D23_D24共2路為備用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，PLC控制器的模擬量輸出共設(shè)置3路；其中A01-A03共3路為變頻器速度給定的輸出。
全文摘要
一種應(yīng)用于管道預(yù)制生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。主要包括PLC控制器和顯示觸摸屏，PLC控制器與顯示觸摸屏之間通過MPI通訊方式連接；PLC控制器的數(shù)字量輸入包括按鍵信號輸入接口，限位信號輸入接口，物料檢測信號輸入接口；模擬量輸入包括傳感器信號輸入接口；數(shù)字量輸出包括伺服電機(jī)控制，變頻電機(jī)啟動(dòng)/停止控制，電磁閥控制，聲光報(bào)警；模擬量輸出包括變頻器速度給定。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)管道的精確加工，縮短管道下料階段的工時(shí)，節(jié)省人力物力，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平；人機(jī)交流內(nèi)容豐富，當(dāng)生產(chǎn)線出現(xiàn)故障時(shí)，具有一套成熟可靠的預(yù)處理方案，將出現(xiàn)故障造成的影響降到最低。
文檔編號G05B19/05GK102880108SQ20121037101
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者丁錄軍, 王建忠, 張興華 申請人:中國二十二冶集團(tuán)有限公司