专利名称：钢管扩径机组自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及专用于钢管扩径机组的自动控制系统。
背景技术：
钢管扩径机是输送油、气直缝钢管生产线必备的专用设备。它的 作用有下述三点其一，对钢管径向进行扩张达到精确的圆度和直径；其二， 消除钢管在冷轧过程中产生的杂乱应力，增加材料的屈服强度；其三，对焊缝 进行一次检验。钢管扩径机对钢管的扩径是分段进行的钢管由送进车分步送 进扩径头，扩径头分段对钢管进行扩径，直到把全长钢管扩完。
钢管扩径机组是申请人研制的国内首创的大型成套设备；机械设备由夹钳 送进车，校直机，扩径头，前、后冲洗装置，第一横移车、第二横移车和扩径 头主油箱等部分组成；机械设备的各部分由相应的液压系统和机械设备的电气 控制来完成相应的工作职能；因机械设备结构庞大、系统繁杂，对电气控制系 统的要求很高。
钢管扩径机组主要工作过程有第一横移车把钢管运送前冲洗旋转滚上； 前冲洗装置对钢管冲洗后再运送到扩径中心线上，落到对焊缝旋转辊上；夹钳 送进车夹住钢管焊缝处上升举起钢管，将钢管送进扩径头；喷雾装置喷射雾状 润滑油至钢管内壁对钢管内壁润滑；钢管被送到位后由主机即扩径机扩径；校 直机对钢管校直；第二横移车送钢管到后冲洗工位，由后冲洗装置冲洗钢管后 经出料辊道送走。
为了实现钢管扩径机组的工作过程，申请人需要设计制作一套钢管扩径机 组专用的自动控制系统，以完成对钢管扩径机组工作的控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种钢管扩径机机组的自动控 制系统，实现钢管扩径机工作过程的自动化控制。
该系统采用可编程控制器，控制和通讯总线(又称为CC-link，即Control and Communication-Link),变频器总线控制，伺服电机伺服系统总线控制(又 称为SSCNET，即Servo System Controller Network),以及人机界面(又称为 HMI，即Human Machine Interface)等技术系统集成为结构化、模块化的硬件系统和根据硬件系统及钢管扩径机组的自动工艺流程编写的结构化、模块化的 软件系统。
本发明所提供的钢管扩径机组的自动控制系统，包括硬件系统和软件系统; 硬件系统包括用于控制机械设备和液压系统的自动控制系统、和用于控制机械 设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面；十个站柜或箱是夹钳送进车主 站柜、校直机从站柜、扩径头比例控制从站柜、横移冲洗从站柜、校直机主控 从站柜、液压总站柜、主操作台从站柜、横移A车从站箱、横移B车从站箱和 后冲洗从站箱；十个站柜或箱以及人机界面之间均通过CC-link总线链接；软 件系统及硬件系统与钢管扩径机组自动工艺流程相适配。
夹钳送进车主站柜主要由中央处理器CPU、 CPU电源、CC一Link主站模块、 SSCNET定位模块、送进车前后运行高速计数模块、送进车远程1/0模块即输入/ 输出模块和送进车驱动变频器组成；模块之间经CC-link总线依次链接；
校直机从站柜主要由校直机高速计数模块和三组远程I/O模块组成；模块 之间经CC-link总线依次链接；
扩径头比例控制从站柜主要由扩径D/A转换模块即数/模转换模块，扩径A/D 转换模块即模/数转换模块，扩径远程I/0模块组成；模块之间经CC-link总线 依次链接；
横移冲洗从站柜主要安装有前冲洗旋转辊变频器、对焊缝旋转辊变频器、 横移A车变频器和横移B车变频器；该从站柜的变频器之间经CC-link总线依 次链接；
校直机主控从站柜主要由校直机驱动辊变频器、校直机远程I/O的输入模 块、校直机远程I/O的输出模块组成；该从站柜的电器元、部件之间经CC-link 总线依次链接；
液压总站柜主要由总站油泵远程I/O输入输出模块、总站远程I/O输出模 块组成；模块之间经CC-link总线依次链接；
主操作台从站柜主要由数个操作远程I/O输入输出模块组成；模块之间经 CC-link总线依次链接；
横移A车从站箱主要由A车远程I/O的输出模块、A车远程I/O的输入模块组成；模块之间经CC-link总线链接；
横移B车从站箱主要由B车远程I/O的输出模块、B车远程I/O的输入模块 组成；模块之间经CC-link总线链接；
后冲洗从站箱主要由后冲洗辊道变频器、后冲洗远程I/O输入输出模块组 成；变频器、模块之间经CC-link总线依次链接；
中央处理器CPU、伺服定位模块SSCNET、校直机高速计数模块、扩径D/A 转换模块、扩径A/D转换模块、前冲洗旋转辊变频器通过CC-link总线链接； 中央处理器进行数据交换。
上述硬件系统所包括的电气元、部件选用三菱公司生产电气控制通用元器件。
为满足硬件结构化、模块化的要求，存储在中央处理器CPU中的扩径机软 件系统采用模块化设计；软件系统模块与硬件系统及钢管扩径机组自动工艺流 程相适配，按功能划分为夹钳送进车主站功能块、校直机从站柜功能块、扩径 头比例控制从站柜功能块、横移冲洗从站柜功能块、校直机主控从站柜功能块、 液压总站柜功能块、主操作台从站柜功能块、横移A车从站箱功能块、横移B 车从站箱功能块、后冲洗从站箱功能块和人机界面功能块。
人机界面设计有工作参数与机械参数，并将这些参数向用户开放，使用户 在调试和维修过程更加方便，同时提高本发明控制系统的通用性和适应性，以 便适应不同规格、不同类型钢管扩径机机组的使用要求。
扩径机软件系统传输速度最高可以达到10Mbps，从而使信息数据实现高速 度、大容量通讯，而且传输时间稳定，相比传统PLC的软件系统，扩径机软件 系统对各程序功能块监控、批处理轻松方便，对远程输入输出的响应速率更快， 更能实时反映输入输出状态。
本发明实现了钢管扩径机组对需要扩径的钢管从前冲洗开始到扩径完成送 出出料辊道的自动化工作过程，对不同规格、不同类型钢管具有通用性和适应 性。
附图i兑明
图1是钢管扩径机组自动控制系统硬件结构框图； 图2至图5是钢管扩径机机组程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示本发明 的硬件系统，该硬件系统包括用于控制机械设备与液压系统的电气控制系统和 用于控制机械设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面107;十个站柜或箱
是夹钳送进车主站柜101、校直机从站柜102、扩径头比例控制从站柜103、横 移冲洗从站柜104、校直机主控从站柜105、液压总站柜106、主操作台从站柜 108、横移A车从站箱109即第一横移车从站箱、横移B车110从站箱即第二横 移车从站箱和后冲洗从站箱111;十个站柜或箱以及人机界面之间均通过 CC-link总线链接。十个站柜或箱分别由各自相应的、数量不等的从站组成，其 硬件配置如下所述
第一，夹钳送进车主站101主要由CPU电源120、中央处理器CPU 121、 CC一Link主站模块123、 SSCNET定位模块122、送进车前后运行高速计数模块
124、 送进车远程I/O模块125、 126和送进车驱动变频器127组成；CC一Link 主站模块123、 SSCNET定位模块122、高速计数模块124、送进车远程I/0模块
125、 126和送进车驱动变频器127之间经CC-link总线依次链接。
其中中央处理器121选择Q02HCPU, SSCNET定位模块选择QD75M定位模 块，送进车驱动变频器127选择FR-A700三菱通用变频器，高速计数模块124 选择AJ65BT-D62D-SI模块，
本发明的夹钳送进车主站101对各部分的控制和通信链接基于CC-link现场 总线设置安装来完成，具体实施方法是
1、 将各种不同功能模块分布安装在设备各处的电柜内，各模块之间只需要 通过CC一Link总线连接即可与夹钳送进车主站101进行数据的发送和接收，提高 了整个电气系统的接线效率，减少人工出错率，现场布线简便；
2、 通过连接中央处理器121和CC一Link主站模块123构成一个现场分布 式系统，任何一个模块出错或断电均不会妨碍整个电气系统的数据链接状态， 配合程序设置、人机界面107的模块出错显示功能和模块的面板指示灯状态可 方便电器维修人员查找和维修，恢复后自动加入数据链接，而不需要重启整个 系统；
3、 选用MR-J2S-B系列的伺服电机驱动器及伺服电机SSCNET总线与定位模块QD75M连接，CPU与QD75M之间通过基板进行数据链接从而达到对伺服电机 的同步控制。
夹钳送进车在提升钢管的过程中即不能过快也不能过慢，其运行速度要和 钢管与液压托辊的上升的速度保持一致，伺服电机采用转矩控制模式，它可以 根据提升过程中夹钳所受钢管的重力自动调节速度，从而做到与钢管上升速度 保持一致。
4、 夹钳夹紧钢管后要靠送进车在轨道上的前后运动来拖动钢管在辊道上前 进或后退。对钢管扩径时，每次扩径的距离较短，因而要求夹钳送进车前进速 度不能太快，而且最好有速度的转换来保证每次扩径的位移量一致。在该发明 中我们采用通过CC-link总线经送进车驱动变频器127来控制夹钳送进车的运 动，FR-A700三菱通用变频器适用于重负载，其调速比可达l: 120 (0.5-60Hz)。 PWM高柔性设计，噪音更低。通过选配CC-Link通信附件FR-A7NC之后就可以接 入整个CC-Link网络中。此时，CC一Link主站模块123会将送进车驱动变频器 127自动定义为远程设备站来进行数据的链接和监控。
送进车驱动变频器127控制方式采用网络控制模式，借由CC-Link网络强 大的控制和数据链接功能，设定送进车驱动变频器127在整个网络中为远程设 备站，从而将送进车驱动变频器127的启动、停止、多段频率设定等功能可以通 过CC-Link远程控制和修改参数。
通过专用指令可将送进车驱动变频器127的状态及出错信息存储在相应区 域，通过人机界面的文本显示功能可以方便维修人员更快的查找和排除故障。 并且在人机界面上远程显示和修改变频器内部的参数，无需通过面板来查找和 修改参数，方便操作和维修。
5、 为了保证钢管扩径过程中每次扩径时夹钳送进车的行程量精确，夹钳送 进车上安装有脉冲编码器来精确检测位移量，通过高速计数模块 124AJ65BT-D62D-S1来采集编码器反馈的信号，CPU121通过CC-Link与高速计 数模块124进行数据链接。
高速计数功能124实时采集信号并交换给CPU121, CPU121根据反馈回的信 息和人为给定的信息加以比较来判断送进车是否已到位，通过专用指令还可与送进车驱动变频器127 —起实现运动过程中高、中、低速的转换，以此构成的 半闭环控制系统精度高，响应速度快。
通过整个CC-Link网络的数据链接，可以通过人机界面的文本显示功能实 时显示送进车当前值，可通过设定减速值、目标值来更方便的控制送进车的位 移量。
6、夹钳送进车安装有行程保护限位装置及各种检测限位装置，如送进车前 极限限位、送进车前保护限位、送进车后极限限位、送进车后保护限位等，通 过送进车远程I/0模块125、 126对这些限位装置的状态进行判断，以此在程序 设计中加以保护和限制，从而保证人身和设备的安全。
第二，校直机从站柜102主要由校直机高速计数模块128和三组远程I/O 模块129、 130、 131组成；模块129、 130、 131之间经CC-link总线依次链接；
校直机高速计数模块128功能扩径时，钢管前段由夹钳送进车推动来完 成，后段主要由校直机的下辊轮驱动钢管来完成，为使每次扩径的位移量基本 保持一致，采用校直机高速计数模块128与CPU121的编码器进行配置，通过校 直机高速计数模块128采集编码器反馈的信号，通过CPU121对设定的位移量和 实时位移量进行比较，进而达到对位移量给予控制。
三组远程I/O模块129、 130、 131功能钢管在实际运动过程中要经过多 组辊道，为了自动状态下方便的检测辊道各种状态，安装了大量的行程保护限 位及各种检测开关，这些开关的状态通过三组远程I/O模块129、 130、 131来 输入。
第三，扩径头比例控制从站柜103主要由扩径D/A转换模块133，扩径A/D 转换模块134，扩径远程I/O模块132、 135组成；模块133、 134、 132、 135 之间经CC-link总线依次链接；
扩径远程I/0模块132、 135功能扩径头比例控制从站柜103安装在液压 主油箱旁边，扩径远程I/0模块132、 135主要用于控制继电器来达到控制电磁 阀的带电，同时也连接许多检测开关来检测液压管路的运行状态如滤油器的 状态、液位低报警、节止阀的保护等等。
扩径A/D转换模块134功能扩径机主压力控制通过比例压力阀来完成，同时配置了压力传感器负责检测主压力，扩径A/D转换模块134用来采集压力 传感器反馈的信号，并将采集的油压模拟信号转换成数字信号，通过程序数值 的转换，使其存储在CPU121的数据区，通过人机界面的显示即可知道当前主压 力的实际值。
扩径D/A转换模块133功能扩径机主压力控制通过比例压力阀来完成， 扩径D/A转换模块133将数字信号转换成模拟信号，利用CC-Link快速度、大 容量传输的特点，可实时更改主压力，以满足扩径时液压不同过程的需要。
扩径A/D转换模块134、扩径D/A转换模块133、压力传感器、比例压力阀 构成了一套检测和控制压力的闭环系统，通过扩径A/D转换模块134采集的信 号，由CPU 121负责存储和数值转换，并与预先设定好的压力值进行比较，比 较后的结果通过扩径D/A转换模块133将数字信号转换成不同程度的模拟信号 控制比例压力阀。在程序设计上采用了 PID控制，运用PID专用指令及算法， 可省去大量的梯形图及数值间的比较，提高了程序运行的速度，缩短了设计开 发的周期，并且运算速度稳定。
第四、横移冲洗从站柜104安装有前冲洗旋转辊变频器136、对焊缝旋转辊 变频器137、横移A车变频器138和横移B车变频器139组成；各变频器之间经 CC-link总线依次链接；
其中前冲洗旋转辊变频器136和对焊缝旋转辊变频器137选择 FR-A740-3. 7K-CH三菱变频器；横移A车变频器138和横移B车变频器139选择 FR-A740-7. 5K-CH三菱通用变频器；
横移冲洗从站功能横移冲洗电柜综合了横移小车与前冲洗部分，在控制横 移小车行走速度的问题上，用到了变频器调速控制技术，以便提高扩径机的工作 效率。采用低速起动，高速行走然后快速制动的变频控制技术，把变频器挂在 CC-link总线上，可以轻松的在触摸屏上远程控制变频器，更改电机频率以达到 用户的要求。对前冲洗旋转辊和对焊缝旋转辊的控制，也是利用变频器调速控制 技术，利用快慢速切换，多段速度选择，实现设备平稳运行和精确定位。
第五、校直机主控从站柜105主要由校直机驱动辊变频器142、校直机远程 1/0的输入模块141、校直机远程I/0的输出模块140组成；该从站柜的变频器142、输入模块141和输出模块140之间经CC-link总线依次链接；
其中校直机远程I/O的输出模块140选择AJ65SBTB1-16T远程I/O输出 模块；校直机远程I/O的输入模块141选择AJ65SBTB1-8D远程I/O输入模块校 直机驱动辊变频器142选择FR-A740-30K-CH变频器。
校直机主控从站功能当钢管被夹钳送进车夹住逐步送进并进行扩径操作 后，钢管进入校直机进行校直操作。此时夹钳送进车停止前进，钢管由校直机 主控从站柜105中的校直机驱动辊变频器142驱动三个校直机下辊轮，依靠下 辊轮与钢管之间的摩擦力来输送钢管并完成校直操作。
当钢管进入校直机部分进行校直操作时，光电感应开关感应有料检测，此 时校直机高速计数模块128清零并开始记数，其控制原理与送进车前后运行高 速计数模块124相同。
第六、液压总站柜106安装有总站油泵远程I/O输入输出模块144、总站远 程I/0输出模块143;模块144、 143之间经CC-link总线依次链接；
其中总站油泵远程I/O输入输出模块144选择AJ65SBTB1-16DT远程I/O 输入输出模块，总站远程I/O输出模块143选择AJ65SBTB1-8T远程I/O输出模 块。
液压总站功能通过总站油泵远程I/O输入输出模块143和144实现对扩 径机液压系统全部油泵电机的起动和停止操作。
第七、主操作台从站柜108主要由三个操作远程1/0输入输出模块146、 147、 148组成;模块146、 147、 148之间经CC-link总线依次链接；
三个操作远程I/O输入输出模块146、 147、 148功能在操作台面板上安 装了大量的操作开关，三个操作远程I/O输入输出模块146、 147、 148用于接 收各类开关的通、断状态。
为了使操作人员更具体、更方便的了解设备各处运行的状态，以及维修人 员更快的查找和排除设备故障，将钢管扩径机组安装的所有限位装置的状态、 模块的状态、电机运行状态及所有变频器的状态实时、集中实时地显示出来； 采用AG970系列的人机界面107来实现这些功能，利用人机界面强大的文本显 示功能可以通过用文字、画面、指示灯等形式生动且醒目的显示整个系统上各类设备及电器元件的运行状态，通过HMI人机界面的对话窗145可以将钢管扩 径机组的工作参数如系统扩径压力，钢管直径，钢管厚度和钢管步进长度等 工作参数由操作人员进行设置；同时通过HMI人机界面的对话窗145进行钢管 扩径机机器参数的设置，如对一个变频器参数的读写更改，伺服定位模块参数 的读写更改等，方便操作者的操作。并使钢管扩径机自动控制系统适应不同规
格和不同参数的工作及设备；适应性更广泛，控制更灵活。
第八、横移A车从站箱109主要由A车远程I/O的输出模块149、 A车远程 I/O的输入模块150组成；输出模块149与输入模块150之间经CC-link总线链 接；
其中A车远程I/O的输出模块149选择AJ65SBTB1-8T远程I/O输出模块； A车远程I/O的输入模块150选择AJ65SBTB1-16D远程I/O输入模块。
横移A车从站功能横移A车即第一横移车在整个机组承担着钢管扩径前的 输送工作，钢管在进行扩径操作之前先要进行前冲洗工序，清水加压后变成高压 水以便清除钢管内壁的一些焊渣，在清洗完后由第一横移车快速准确的运送到主 机的工作辊道上，在这一过程中，第一横移车的行走电机是由变频器控制的，各 种检测开关及其液压系统的电磁阀控制由A车远程I/O的输出模块149和A车远 程1/0的输入模块150执行。
第九、横移B车从站箱110主要由B车远程I/O的输出模块151、 B车远程 1/0的输入模块152组成；两模块151、 152之间经CC-link总线链接；
其中B车远程I/O的输出模块151选择AJ65SBTB1-8T远程I/O输出模块； B车远程I/O的输入模块1521选择AJ65SBTB1-16D远程I/O输入模块。
横移B车从站功能横移B车即第二横移车在整个机组中承担着钢管扩径 后的输送工作，钢管完成扩径操作，由第二横移车托起钢管快速准确的运送到 下一个工序即后冲洗装置的工作辊道上，运送过程中，第二横移车的行走电机 由横移B车变频器138控制，各种检测开关及液压系统的电磁阀控制由B车远 程I/O的输出模块151和B车远程I/O的输入模块152执行。
第十、后冲洗从站箱111主要由后冲洗辊道变频器153、后冲洗远程I/O 的输入输出模块154组成；后冲洗辊道变频器153与后冲洗远程I/O输入输出模块154之间经CC-link总线依次链接；
其中后冲洗辊道变频器153选择FR-A740-22K-CH变频器；后冲洗远程 I/O的输入输出模块154选择AJ65SBTB1-32DT远程I/O输入输出模块。
后冲洗从站功能后冲洗是这台设备中的最后一个工序也是很重要的一个 工序，当钢管完成扩径后，由于钢管整个管壁膨胀，有些附着在焊缝上的焊渣 就会脱落，这时需用高压水对钢管内壁进行高压冲洗。在整个冲洗过程中，冲 洗头是不动的，由辊道输送钢管进行冲洗工作，所有的检测元件输入及冲洗控 制输出由后冲洗远程I/O的输入输出模块154控制。
图2至图5表示出钢管扩径机机组程序流程图，也是钢管扩径机的工作过 程示意图。存储在中央处理器的上述软件模块存储有控制钢管扩径机工作动作 的程序指令，使中央处理器执行相应的控制钢管扩径机工作动作的步骤。
图2的流程图表明
在启动步骤201后，接通电源，整机开始寻找参考点，即扩径头自动返回 到零位，夹钳送进车自动返回到后限位，同时横移A车、横移B车自动返回到 接钢管和出钢管的位置；判断横移A车是否有料检测？如果判断否，就返回步 骤A，如果判断是，则进行
步骤202，横移A车自动开始工作，首先将钢管托起，然后向扩径机方向运 行，到减速开关处判断是否需要减速？如果判断否，就返回继续判断；如果判 断是，减速开关自动减速，横移A车慢速行驶，到前冲洗位置停止运行。并进 行
步骤203，钢管落到前冲洗旋转辊上，前冲洗装置开始工作；前冲洗头向前 移动至钢管端面，冲洗头检测限位开关判断冲洗头是否到位？不到位，则冲洗 头继续前移，到设定位置后冲洗头停止前移并由冲洗头前限位开关发出报警信 号；到位，横移A车的托管器縮回，使钢管落到前冲洗旋转辊上，冲水喷头前 移接近钢管端面，前冲洗旋转辊旋转，进行钢管的前冲洗；冲洗时间到停止水 冲洗，冲水喷头后退，钢管空水(两旋转辊有高差)；三个动作连续自动完成； 前冲洗工作结束。进行
步骤204，横移A车继续工作，横移A车托管器将钢管托起并前移到扩径机中心线处，将钢管落到对焊缝旋转辊上，横移A车开返回，到减速开关处判断 是否需要减速？如果判断否，则返回继续判断；如果判断是，减速开关自动减 速，横移A车慢速行驶，到初始位置即来料辊处停止。重复步骤201、 202、 203。 而对焊缝旋转辊旋转，摄像监视器监视，把钢管上的焊缝停止到时钟12点的位 置；同时送进车夹钳张口，滑枕下移到编程设定的位置，钳口对准钢管上方管 壁后等待。等待送进车趋近钢管，夹钳夹住钢管焊缝处；进行
步骤205，夹钳送料车与同步托辊上升举起钢管，夹钳、随动托辊也随之上 升(上升高度预先己调整好)，直到扩径头中心线上，夹钳送进车慢速向前运行 (送进车送管和退管时托辊制动器松开，其他时间制动)，由伺服电机提升钢管 尾部，(对于每批首根钢管要人工观察扩径头与钢管内径的间隙是否均匀，记住 夹钳离开理论位置的高度，校正输入计算机的钢管弯曲量。用此方法校正输入 计算机的钢管弯曲数值是否正确)；扩径头检测开关检测是否有料？无料，则继 续检测，有料，即检测有钢管之后，夹钳自动夹紧钢管，完成准备送料工作。 并进入
步骤206，夹钳送料车步进送管，同时夹钳下降一矫直距离，喷雾装置向 钢管内壁喷射雾状润滑油，扩径机开始工作，流程转入图3，开始B步骤，夹 钳送料车开始步进送料，并由中央处理器的送进车编码器记数是否送料到位？ 不到位，则继续送料，到位，就进入
步骤301，扩径机主机开始工作；当送进车前后运行高速计数模块124检 测到目标位置后，扩径头开始对钢管内壁慢速扩径，扩径机编码器记数是否扩 径到位？如果记数没有到位，则继续扩径，如果记数到位即扩径到位，然后开 始保压，保压时间结束后扩径头快速返回，开始C步骤，即重复步骤206和步 骤301中的动作。扩径后的钢管向摆动辊轮架位置运行，摆动辊轮架限位开关 检测钢管是否运行到位？不到位，则继续检测，到位，则进入
步骤302，钢管前端超过托头辊轮，摆动辊轮架1自动落下，使钢管能顺 利的通过；钢管向校直机步进，由检测装置检测校直机压料辊1是否有料？无 料，则继续检测，有料，则进入
步骤303，校直机主机开始工作；当钢管被夹钳送进车步进送到校直机内后，校直机压料辊I压下，由检测钢管的检测装置检测校直机压料辊2是否有 料？无料，则继续压下，有料，校直机压料辊2压下，压料辊2下行到位后， 夹钳松开，夹钳送料车停止运行并等待；进入
步骤304，校直机开始步进输送钢管，夹钳送料车完成钢管的交接流程， 到位后继续扩径。校直编码器记数是否到位？不到位，则继续检测，到位，进 入
步骤305和步骤401:扩径机主机开始继续扩径工作；流程转入图4进入D
步骤，扩径头编码器记数是否到位？不到位，则继续扩径，到位，则扩径头返
回到参考点位置，开始E步骤，重复步骤304和步骤401的工作，钢管前端超
过托杆辊轮，摆动辊轮架II自动落下，使钢管顺利通过。继续重复扩径305和
送料304的动作，直到全部扩径结束。
步骤402:全部扩径完成后校直机下辊轮反转，使扩径后的钢管快速返回。
步骤403:钢管退过摆动辊轮架II后，摆动辊轮架II升起。
步骤404:钢管接近夹钳时减速，钢管管壁慢速进入送进车夹钳，夹钳夹紧
管壁，校直机下辊轮切换为被动，上压辊升起，此时校直机送料停止，由送进
车拉钢管快速退出。
步骤405:钢管前端退过摆动辊轮架I ，摆动辊轮架I升起。
步骤406:钢管退到初始位置后，夹钳松开，送进车继续后退，随动辊先下
降，两同步辊后下降，把钢管落到横移车B升起的V型托架上；送进车慢速返
回到后限位处自动停止。这时横移B车开始工作，横移B车送钢管到后冲洗工 位，钢管落到该工位的输送辊道上(每扩一根钢管后，扩径头冲洗装置对扩径 头进行冲洗，然后扩下一根钢管)；输送辊快速向后冲洗喷头处输送钢管，当后 冲洗检测开关检测到位后进入
步骤407:输送速度改为工进速度，内喷头，外喷环同时喷乳化液冲洗钢管 的内表面及外表面。流程进入图5，开始F步骤
步骤501:图5中，后冲洗装置的内喷头和外喷头开始冲洗，管端过悬臂 支承辊，摆动支撑辊摆到下方，钢管通过；钢管后端过冲洗喷头，钢管全长用
乳化液冲洗完毕。输送辊反向输送钢管，内喷头、外冲环改由清水泵供水，钢管边退边用清水冲洗内表面和外表面；钢管前端退过摆动支承辊，摆动支承辊 立起；钢管前端退过内喷头及外喷环，水泵停止供水；输送辊停止输送；钢管 停止运动。后冲洗流程结束，进入
步骤502:钢管空水流程开始，空水升管架上升，钢管前端抬起，管内空水， 空水完毕后，空水升管架下降，钢管落到输送辊上，输送辊把钢管送到接、送 管的位置。
步骤503:横移B车把钢管从输送辊道上举起，送到出料辊道中心后，再 把钢管落到出料辊道上，出料辊道把钢管送走到下一个工序。此时扩径流程全 部完成。
权利要求
1、 一种钢管扩径机组的自动控制系统，其特征在于包括硬件系统和软件系 统；所述硬件系统包括用于控制机械设备的液压系统的电气控制系统和用于控 制机械设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面(107);十个站柜或箱是夹钳送进车主站柜(101 )、校直机从站柜(102)、扩径头比例控制从站柜(103)、 横移冲洗从站柜(104)、校直机主控从站柜(105)、液压总站柜(106)、主操 作台从站柜(108)、横移A车从站箱(109)、横移B车(110)从站箱和后冲洗 从站箱(111);十个站柜或箱以及人机界面(107)之间均通过CC-link总线链 接；软件系统及硬件系统与钢管扩径机组自动工艺流程相适配。
2、 如权利要求l所述的一种钢管扩径机组的自动控制系统，其特征在于 所述夹钳送进车主站(101)由CPU电源(120)、中央处理器CPU (121)、 CC一 Link主站模块(123)、 SSCNET定位模块(122)、送进车前后运行高速计数模块(124)、送进车远程I/O模块(125)、 (126)和送进车驱动变频器(127)组成； CC一Link主站模块(123)、 SSCNET定位模块(122)、高速计数模块(124)、送 进车远程I/0模块(125)、 (126)和送进车驱动变频器(127)之间经CC-link 总线依次链接；所述校直机从站柜(102)由校直机高速计数模块(128)和三组远程I/O 模块(129、 130、 131)组成；模块(129、 130、 131)之间经CC-link总线依 次链接；所述扩径头比例控制从站柜(103)由扩径D/A转换模块(133)，扩径A/D 转换模块(134)，扩径远程I/0模块(132、 135)组成；模块(133、 134、 132、 135)之间经CC-link总线依次链接；所述横移冲洗从站柜(104)安装有前冲洗旋转辊变频器(136)、对焊缝旋 转辊变频器(137)、横移A车变频器(138)和横移B车变频器(139)组成； 各变频器(136、 137、 138、 139)之间经CC-link总线依次链接；所述校直机主控从站柜(105)由校直机驱动辊变频器(142)、校直机远程 I/O的输入模块(141)、校直机远程I/O的输出模块(140)组成；变频器(142)、 模块(141、 140)之间经CC-link总线依次链接；所述液压总站柜(106)安装有总站油泵远程I/0输入输岀模块(144)、总站远程I/0输出模块(143);模块(144、 143)之间经CC-link总线依次链接； 所述主操作台从站柜(108)由三个操作远程1/0输入输出模块(146、 147、148)组成；模块(146、 147、 148)之间经CC-link总线依次链接；所述横移A车从站箱(109)由A车远程I/0的输出模块(149)、 A车远程I/O的输入模块(150)组成；输出模块(149)与输入模块(150)之间经CC-link总线链接；所述横移B车从站箱(110)由B车远程I/O的输出模块(151 )、 B车远程I/O 的输入模块(152)组成；两模块(151、 152)之间经CC-link总线链接；所述后冲洗从站箱(111)由后冲洗辊道变频器(153)、后冲洗远程I/O的输 入输出模块(154)组成；后冲洗辊道变频器(153)与后冲洗远程I/O输入输出 模块(154)之间经CC-link总线依次链接。
3、如权利要求1或2所述的一种钢管扩径机组的自动控制系统，其特征在 于所述软件系统是存储于中央处理器的、存储有控制钢管扩径机动作的程序 指令、使中央处理器执行相应的控制钢管扩径机动作步骤的功能模块；按功能 划分为夹钳送进车主站功能块、校直机从站柜功能块、扩径头比例控制从站柜 功能块、横移冲洗从站柜功能块、校直机主控从站柜功能块、液压总站柜功能 块、主操作台从站柜功能块、横移A车从站箱功能块、横移B车从站箱功能块、 后冲洗从站箱功能块和人机界面功能块；所述功能模块控制钢管扩径机动作的 步骤如下步骤201，接通电源，整机开始寻找参考点，即扩径头自动返回到零位， 夹钳送进车自动返回到后限位，同时横移A车、横移B车自动返回到接钢管和 出钢管的位置；判断横移A车是否有料检测？如果判断否，就返回步骤A，如果 判断是，则进行步骤202，横移A车自动开始工作，首先将钢管托起，然后向扩径机方向运 行，到减速开关处判断是否需要减速？如果判断否，就返回继续判断；如果判 断是，减速开关自动减速，横移A车慢速行驶，到前冲洗位置停止运行；并进 行步骤203，钢管落到前冲洗旋转辊上，前冲洗装置开始工作；前冲洗头向前移动至钢管端面，冲洗头检测限位开关判断冲洗头是否到位？不到位，则冲洗 头继续前移，到设定位置后冲洗头停止前移并由冲洗头前限位开关发出报警信号；到位，横移A车的托管器縮回，使钢管落到前冲洗旋转辊上，冲水喷头前 移接近钢管端面，前冲洗旋转辊旋转，进行钢管的前冲洗；冲洗时间到停止水 冲洗，冲水喷头后退，钢管空水；三个动作连续自动完成；前冲洗工作结束； 进行步骤204，横移A车继续工作，横移A车托管器将钢管托起并前移到扩径机 中心线处，将钢管落到对焊缝旋转辊上，横移A车开返回，到减速开关处判断 是否需要减速？如果判断否，则返回继续判断；如果判断是，减速开关自动减 速，横移A车慢速行驶，到初始位置即来料辊处停止；重复步骤201、 202、 203; 而对焊缝旋转辊旋转，摄像监视器监视，把钢管上的焊缝停止到时钟12点的位 置；同时送进车夹钳张口，滑枕下移到编程设定的位置，钳口对准钢管上方管 壁后等待；等待送进车趋近钢管，夹钳夹住钢管焊缝处；进行步骤205，夹钳送料车与同步托辊上升举起钢管，夹钳、随动托辊也随之上 升，直到扩径头中心线上，夹钳送进车慢速向前运行，由伺服电机提升钢管尾 部；扩径头检测开关检测是否有料？无料，则继续检测，有料，即检测有钢管 之后，夹钳自动夹紧钢管，完成准备送料工作。并进入步骤206，夹钳送料车步进送管，同时夹钳下降一矫直距离，喷雾装置向 钢管内壁喷射雾状润滑油，扩径机开始工作，夹钳送料车开始步进送料，并由 中央处理器的送进车编码器记数是否送料到位？不到位，则继续送料，到位， 就进入步骤301，扩径机主机开始工作；当送进车前后运行高速计数模块检测到 目标位置后，扩径头开始对钢管内壁慢速扩径，扩径机编码器记数是否扩径到 位？如果记数没有到位，则继续扩径，如果记数到位即扩径到位，然后开始保 压，保压时间结束后扩径头快速返回，重复步骤206和步骤301中的动作；扩 径后的钢管向摆动辊轮架位置运行，摆动辊轮架限位开关检测钢管是否运行到 位？不到位，则继续检测，到位，则进入步骤302，钢管前端超过托头辊轮，摆动辊轮架1自动落下，使钢管能顺利的通过；钢管向校直机步进，由检测装置检测校直机压料辊1是否有料？无 料，则继续检测，有料，则进入步骤303，校直机主机开始工作；当钢管被夹钳送进车步进送到校直机内 后，校直机压料辊I压下，由检测钢管的检测装置检测校直机压料辊2是否有 料？无料，则继续压下，有料，校直机压料辊2压下，压料辊2下行到位后， 夹钳松开，夹钳送料车停止运行并等待；进入步骤304，校直机幵始步进输送钢管，夹钳送料车完成钢管的交接流程， 到位后继续扩径。校直编码器记数是否到位？不到位，则继续检测，到位，进 入步骤305和步骤401:扩径机主机开始继续扩径工作；流程转入图4进入D步骤，扩径头编码器记数是否到位？不到位，则继续扩径，到位，则扩径头返回到参考点位置，幵始E步骤，重复步骤304和步骤401的工作，钢管前端超 过托杆辊轮，摆动辊轮架II自动落下，使钢管通过；继续重复扩径和送料的动 作，直到全部扩径结束；步骤402:全部扩径完成后校直机下辊轮反转，使扩径后的钢管快速返回；步骤403:钢管退过摆动辊轮架n后，摆动辊轮架II升起；步骤404:钢管接近夹钳时减速，钢管管壁慢速进入送进车夹钳，夹钳夹紧 管壁，校直机下辊轮切换为被动，上压辊升起，此时校直机送料停止，由送进 车拉钢管快速退出；步骤405:钢管前端退过摆动辊轮架I ，摆动辊轮架I升起；步骤406:钢管退到初始位置后，夹钳松开，送进车继续后退，随动辊先下 降，两同步辊后下降，把钢管落到横移车B升起的V型托架上；送进车慢速返 回到后限位处自动停止。这时横移B车开始工作，横移B车送钢管到后冲洗工 位，钢管落到该工位的输送辊道上；输送辊快速向后冲洗喷头处输送钢管，当 后冲洗检测开关检测到位后进入步骤407:输送速度改为工进速度，内喷头，外喷环同时喷乳化液冲洗钢管 的内表面及外表面；步骤501:后冲洗装置的内喷头和外喷头开始冲洗，管端过悬臂支承辊，摆动支撑辊摆到下方，钢管通过；钢管后端过冲洗喷头，钢管全长用乳化液冲洗 完毕；输送辊反向输送钢管，内喷头、外冲环改由清水泵供水，钢管边退边用 清水冲洗内表面和外表面；钢管前端退过摆动支承辊，摆动支承辊立起；钢管 前端退过内喷头及外喷环，水泵停止供水；输送辊停止输送；钢管停止运动。 后冲洗流程结束，进入步骤502:钢管空水流程开始，空水升管架上升，钢管前端抬起，管内空水， 空水完毕后，空水升管架下降，钢管落到输送辊上，输送辊把钢管送到接、送 管的位置；步骤503:横移B车把钢管从输送辊道上举起，送到出料辊道中心后，再把 钢管落到出料辊道上，出料辊道把钢管送走到下一个工序。
全文摘要
本发明涉及钢管扩径机组的自动控制系统，包括硬件系统和软件系统；硬件系统包括用于控制机械设备和液压系统的自动控制系统和用于控制机械设备的电气设施的十个站柜或箱以及人机界面；十个站柜或箱是夹钳送进车主站柜、校直机从站柜、扩径头比例控制从站柜、横移冲洗从站柜、校直机主控从站柜、液压总站柜、主操作台从站柜、横移A车从站箱、横移B车从站箱和后冲洗从站箱；十个站柜或箱以及人机界面之间均通过CC-link总线链接；软件系统及硬件系统与钢管扩径机组自动工艺流程相适配。本发明实现了钢管扩径机组对需要扩径的钢管从前冲洗开始到扩径完成送出出料辊道的自动化工作过程，对不同规格、不同类型钢管具有通用性和适应性。
文档编号B21D43/00GK101311858SQ20071001801
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者孙奎远, 尹俊德, 王东明, 蒋文凯, 麟 马 申请人:天水锻压机床有限公司