直縫焊管自動超聲探傷系統(tǒng)設(shè)計范文

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《華僑大學(xué)學(xué)報》2016年第二期

摘要：

針對直縫焊管生產(chǎn)中傳統(tǒng)應(yīng)用手工探傷效率低、故障率高等問題，利用超聲無損探傷精度高、速度快的優(yōu)點，構(gòu)建以可編程控制器（PLC）為核心的直縫焊管自動超聲探傷系統(tǒng)．提出該系統(tǒng)的工藝參數(shù)和系統(tǒng)機械構(gòu)成，設(shè)計系統(tǒng)的PLC控制硬件、PLC程序流程及PLC控制程序．系統(tǒng)的操作監(jiān)控硬件選用臺達觸摸屏，給出基于Windows系統(tǒng)觸摸屏編程軟件設(shè)計的人機操作監(jiān)控畫面．運行結(jié)果顯示：該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠．

關(guān)鍵詞：

直縫焊管；超聲探傷；可編程控制器；觸摸屏直縫焊管

JCOE成形過程包含板邊預(yù)彎、管坯JCO成形和管坯機械擴徑3個主要成形工序［1－6］．為保障焊管生產(chǎn)質(zhì)量，加工工序中一個重要的環(huán)節(jié)是對焊管進行無損檢測．傳統(tǒng)焊管檢測采用操作人員現(xiàn)場手持式探傷儀檢測方式，效率低，精度差，故障率較高．超聲波無損檢測因其檢測精度高、速度快等優(yōu)點在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用［7］．本文應(yīng)用可編程控制器（PLC）作為控制核心，將超聲無損檢測技術(shù)應(yīng)用于直縫焊管生產(chǎn)中，設(shè)計直縫焊管自動超聲探傷系統(tǒng)．

1系統(tǒng)原理

直縫焊管自動探傷工藝流程如下：上料→進料→壓料→探傷→打標→松料→出料分選．根據(jù)工藝流程設(shè)計的系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)簡圖，如圖1所示．直縫焊管超聲探傷采用水浸脈沖反射法，即利用超聲縱波探頭產(chǎn)生的縱波傾斜射入水和焊管界面產(chǎn)生橫波探測管內(nèi)缺陷。

2系統(tǒng)控制硬件設(shè)計

2．1系統(tǒng)控制硬件組成系統(tǒng)控制硬件結(jié)構(gòu)，如圖2所示．直縫焊管自動超聲探傷系統(tǒng)控制采用西門子S7－200（CPU226）型PLC為控制核心，擴展1個32輸入／32輸出EM223模塊、2個16輸入EM221數(shù)字量模塊和1個EM231模擬量輸入模塊完成系統(tǒng)控制［11－12］．焊管運輸小車采用西門子VF1型變頻器調(diào)速，系統(tǒng)操作監(jiān)控采用臺達觸摸屏．

2．2PLC硬件信號分配根據(jù)焊管自動超聲探傷系統(tǒng)的控制設(shè)計要求，對PLC的I／O口進行信號分配，設(shè)計的PLC輸入信號和輸出信號接線圖，分別如圖3，4所示．

3系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計

3．1PLC控制流程PLC程序采用西門子PLC編程軟件STEP7－Micro／WINV4．0SP8編制．程序編程為結(jié)構(gòu)化編程模式［13－16］，分為主程序、運管小車速度子程序、手動子程序、自動子程序、自動復(fù)位子程序、手動復(fù)位子程序、系統(tǒng)總停子程序、運管小車編碼器脈沖高速計數(shù)子程序等，有自動、手動、單動控制功能．PLC主程序流程，如圖5所示．

3．2PLC程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)直縫焊管超聲探傷工藝及控制流程，編寫PLC控制程序，相應(yīng)的控制子程序如圖6所示．運管小車速度控制子程序（圖6（a））中，VD300寄存器中數(shù)據(jù)單位為小車每分鐘圈數(shù)，VD320寄存器中數(shù)據(jù)單位為m•min－1，電流頻率為60Hz時，小車最大速度為10m•min－1．小車行走距離計算PLC控制程序（圖6（b））中，將編碼器脈沖高速計數(shù)器HSC0當前值轉(zhuǎn)換為實數(shù)，計數(shù)脈沖數(shù)乘以VD500寄存器中的脈沖當量；然后，取整數(shù)轉(zhuǎn)存VD508寄存器，VD508存儲的數(shù)據(jù)即為小車行走的距離．超聲探頭自動下降控制PLC程序（圖6（c））中，小車當前行走距離VD508寄存器的數(shù)據(jù)和第一到第七組超聲探頭探管區(qū)域設(shè)定值寄存器VD0～VD24中的數(shù)據(jù)進行比較，達到設(shè)定值時，探頭下降．程序中，PLC內(nèi)部寄存器M16．0～M16．6為選擇探頭下降的中間繼電器，寄存器M22．0～M22．6對應(yīng)第一組到第七組探頭下降氣缸電磁閥PLC控制輸出Q0．4，Q0．6，Q1．0，Q1．2，Q1．4，Q1．6，Q2．0．

4系統(tǒng)操作監(jiān)控界面設(shè)計

直縫焊管自動超聲探傷系統(tǒng)操作監(jiān)控硬件采用臺達公司的DOP－B系列觸摸屏，應(yīng)用基于Windows系統(tǒng)編程軟件ScreenEdit設(shè)計觸摸屏操作監(jiān)控界面［17－20］．觸摸屏顯示畫面由系統(tǒng)主畫面、監(jiān)控報警畫面、參數(shù)設(shè)置畫面等組成．設(shè)計的部分觸摸屏操作監(jiān)控畫面，如圖7所示。

5結(jié)論

1）針對直縫焊管傳統(tǒng)人工探傷效率低、精度差等缺點，構(gòu)建以西門子PLC為控制核心的直縫焊管自動超聲探傷系統(tǒng)．應(yīng)用西門子S7－200PLC的高速計數(shù)與比較功能實現(xiàn)超聲探頭的自動下降和運管小車定位控制，檢測速度快，精確度較高．系統(tǒng)調(diào)試中高速計數(shù)脈沖當量的選定與超聲探頭安裝位置、小車的速度、編碼器的參數(shù)相關(guān)．2）觸摸屏具有人機交互、靈活的優(yōu)點，減少了操作臺上的開關(guān)數(shù)量，使操作更加人性化．通過觸摸屏可實時顯示自動超聲探傷系統(tǒng)參數(shù)，修改系統(tǒng)參數(shù)便捷，系統(tǒng)柔性較好．設(shè)計的觸摸屏監(jiān)控畫面具有超聲波傷波、失波等報警功能，確保了直縫焊管檢測中的安全，避免了人工操作錯誤和生產(chǎn)故障的產(chǎn)生．3）自動超聲探傷系統(tǒng)設(shè)計方案簡潔，系統(tǒng)控制硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，配合操作監(jiān)控觸摸屏，使工作效率得到提高，系統(tǒng)具有控制穩(wěn)定、可靠高的特點，具有良好的實際應(yīng)用性．

作者：周平 單位：江西工程學(xué)院 機電工程學(xué)院