摘要：螺纹涂覆是石油套管接箍处理过程中的一道重要环节，在此结合某企业螺纹处理设备，使用西门子S7-200PLC与触摸屏对系统进行流程改造及程序设计。调整系统的生产节拍，使设备处于最佳的生产效率，保证设备的安全经济运行。
关键词：自动化技术应用；螺纹处理；PLC；触摸屏
引言
套管接箍除油、除锈后，为了防止螺纹重新生锈，通常要进行化学处理，使金属表面生成一层保护膜，该膜通常只有几微米，主要起增强涂层和底材附着力的作用，较厚的膜层还能增强防锈性能。要在螺纹处理线上实现不同的生产工艺，设计控制程序时必须根据工艺要求合理利用行车及小车的运行轨迹使行车及小车尽量的减少等待时间，各槽尽可能的少出现空槽现象，提高生产节拍。本文以某企业接箍螺纹处理线生产工艺控制要求为例进行系统设计。
1 螺纹涂覆系统控制要求
结合原有生产设备，对系统进行自动化改造，搭建一个PLC及触摸屏组成的自控系统，使原有生产线有手动和自动两种控制方式，通过触摸屏对系统运行状态进行监控。改进后的螺纹涂覆处理工艺流程为：
1.上料→2.脱脂→3.水洗1→4.水洗2→5.除锈→6.水洗3→7.中和→8.交换→9.表面调整→10.螺纹涂覆→11.水洗5→12.热水洗→13.防锈→14.烘干→15.下料
生产线为提高工作效率，采用前后两台行车，以交换槽为界，行车负责本范围接箍筐的运行。为了保证接箍质量，有两个工位的时间需要精确控制，分别是除锈位和螺纹涂覆位，其他工位按工艺要求调节处理时间。
2 螺纹处理线电气控制系统设计
2.1 控制方案
（1）螺纹处理设备采用PLC作为控制器；
（2）使用触摸屏完成人机交互，设置各工位时间、调节工艺参数等；
（3）具有报警功能，如料篮检测报警、行车出轨报警等。触发报警，报警灯亮，触摸屏显示报警类型。
2.2 硬件系统设计
PLC采用西门子S7-226可编程控制器作为中央处理器，再加两个EM223和一个EM221模块增加点数；触摸屏采用西门子SMART LINE 1000 IE V3触摸屏完成人机对话和显示；采用两台台达变频器分别控制两台行车电机的提升电机和行走电机，实现行车的高低速运行。另外有传感器、接近开关、限位开关等实现行车的位置控制。
2.2.1 主电路设计
主电路包括两台行车的提升电机和行走电机，通过变频器进行控制。控制系统硬件结构如图1所示
图1 系统硬件结构
2.2.2 I/O地址分配表
本设计共用67个数字输入点，40个数字输出点，部分I/O地址分配如表1所示。
表1 PLC I/O地址分配表
2.3 PLC程序设计
2.3.1 1号行车运行轨迹设计思路
（1）1号行车负责的工序是：1上料→2脱脂→3水洗1→4水洗2→5除锈→6水洗3→7中和→8交换，共8个工序；9个工作槽。
（2）1号行车的工艺流程中脱脂的处理时间最长为900秒，流程中有两个脱脂槽，工作时采用两个槽同时脱脂处理。
（3）由于该行车负责的工序较多，有8个，在设计行车及两台升降小车的运行轨迹时要使他们运行合理，尽可能的减少行车和各槽空闲时间，把生产节拍尽可能的设计成450秒。以此来提高生产线的生产节拍。
（4）由于接箍锈蚀程度不同，如果除锈时间增长，会导致1号行车生产节拍超过450秒，需要调整行车运行顺序。故设计了三种除锈方案，第一种除锈180秒以上，该模式行车将料篮放入除锈槽后进行上料，上料结束后回到除锈槽位，等待提料；第二种除锈180秒一下模式，该模式行车将料篮放入除锈槽后在原位等待，时间到后提料；第三种不用除锈模式，该模式行车直接跨过除锈槽，三种模式由控制面板上的旋转开关进行控制。
2.3.2 2号行车运行轨迹设计思路
（1）2号行车负责的工序是：1交换→2表调→3螺纹涂覆→4水洗5→5热水洗→6防锈→7烘干→8下料，共8个工序；9个工作槽。
（2）在2号行车的工艺流程中螺纹涂覆时间最长，为600秒，流程中有两个螺纹涂覆槽，可以控制2号行车生产节拍为300秒。相比1号行车，2号行车的动作比较简单。可以满足1号行车的最快生产节拍，而且空余时间比较多。
（3）该行车在设计运行轨迹时要保障与1号行车循环周期相同，避免出现误动作。
2.3.3 程序编写
由之前叙述可以看出此系统是一个顺序控制系统，可以采用置位与复位中间继电器指令的设计方式。由于2号行车的生产节拍比1号行车快，故设计1号行车把工件篮放到交换槽之后，2号行车才能后退到交换槽提料篮，在此之前2号行车在螺纹涂覆位等待，防止两车在运行中相撞。另外两台行车的循环时间必须一致，才能保障两台行车运行同步不会出现料篮堆积或者2号行车提空篮等现象。
（1）行车防撞程序编写
防止行车相撞程序如图2所示：
图2 行车防撞车程序设计示例
程序中V2038.3代表2号行车等待位到位信号，V2015.7代表1号行车交换完成信号。当两个信号同时接通时，时间继电器T164接通，延时1秒后T164线圈得电，2号行车后退信号V2045.0置位，行车后退去交换槽接料，同时复位V2038.3和V2015.7。
（2）1号车运行模式程序编写
1号行车模式选择程序如图3所示：
图3 1号行车运行模式选择编程示例
为了方便编程，先将上料程序编辑为子程序并命名为模式选择，在选择行车1运行模式时，在不同位置调用子程序，完成模式转换，编程时需要注意子程序调用前后的程序衔接，避免因衔接不当造成设备停机。
3 触摸屏界面设计
西门子触摸屏欧姆龙触摸屏作为人机交互界面可实现系统的运行显示、参数显示与设置等不同交互的窗口。本系统设置了开始界面、手动界面、自动界面、参数画面、显示画面、报警画面、操作说明等主要界面。工艺流程显示画面如图4所示：
图4 工艺流程显示画面
参数画面设置画面设计如图5所示：
图5 参数设置显示画面
4 结论
本文采用西门子S7-226PLC和西门子SMART LINE 1000 IE V3触摸屏，设计了接箍螺纹处理线工艺自动线控制系统。整个系统采用PLC实现对行车运行、小车工作及各工艺槽的全自动控制，通过人机界面实现状态监控，并设有故障报警指示画面、参数设置等画面，人机界面友好，操作简便，可靠性高，与传统工艺控制流程相比，大幅度提高了生产效率及可靠性，具有重要的实用价值。
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作者简介：
第一作者：徐琪（1990-）男，汉族，河北沧州人，现为沧州怡和机械有限公司电气工程师，主要研究方向是自动控制
第二作者：米文博（1990-）女，汉族，河北石家庄人，现为国网河北招标有限公司员工，主要研究方向是电气工程
第三作者：王宇（1989-）男，汉族，河北邢台人，现为国网河北省电力有限公司南和县供电分公司员工，主要研究方向是电气工程
论文作者:徐琪,米文博,王宇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：行车论文; 螺纹论文; 触摸屏论文; 除锈论文; 模式论文; 节拍论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第27期论文;