一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法及其程控系统与流程

1.本发明涉及保温管加工控制技术领域，具体涉及一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法及其程控系统。


背景技术：

2.随着社会的高速发展，保温管已经普遍使用在了建筑、供热、供水管路的铺设中，保证了市政管网运行的正常与通畅。作为主要结构层的保温管聚乙烯外护层，需要具备出色的抵抗外力能力，防止保温层在安装前进入潮气，安装和使用过程中进入水，从而减少保温层的热损耗，延长保温管的使用寿命。
3.在保温管缠绕聚乙烯生产线，使用挤出机挤出熔融的聚乙烯带缠绕在钢管外聚氨酯层的外壁上，挤出机选用螺杆挤出机。该过程中保温管的壁厚是衡量保温管质量的重要因素。
4.现有的保温管缠绕生产线中，大部分壁厚值均是按照设定值进行加工，无法实时指导或者调整输出设备，测量精度有待提高，以降低保温管的不合格率。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法及其程控系统，实现对保温管生产中聚乙烯壁厚的自动测量，从而指导工人生产，使保温管的生产质量得到保证。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法，包括步骤s0：系统上电并进行程序初始化，调整设定参数，其中设定的参数包括但不限于喷涂后的保温管外径、聚乙烯密度、传感器量程上下限、激光位置以及管长设定值；
8.步骤s1：实时获取采集的数据并数据转换处理，采集数据包括料斗的重量、保温管前进距离、牵引机频率以及挤出机转速；
9.步骤s2：开始生产时启动进料计时器，依据进料控制策略控制进料，并在停止进料计时器计时后依据所述采集的数据计算管理数据；
10.其中，所述管理数据包括聚乙烯壁厚值，计算公式如下：
[0011][0012]
其中，t为聚乙烯壁厚值，
△
m为时间间隔
△
t内的聚乙烯用料，为喷涂后的保温管外径，ρ为聚乙烯密度，
△
l为时间间隔
△
t内保温管前进距离。
[0013]
在本发明中，进一步的，还包括
[0014]
步骤s3：操作人员根据管理数据控制牵引机频率以及挤出机转速。
[0015]
在本发明中，进一步的，所述管理数据包括运管速度、出料速度、缠绕位置、单管用料以及产量。
[0016]
在本发明中，进一步的，所述进料控制策略包括
[0017]
启动进料计时器，根据获取的料斗的重量判断料位是否低于开阀设定值，低于开阀设定值时停止进料计时并启动电磁阀进行上料，当料位大于关阀设定值时，控制电磁阀关闭进料。
[0018]
在本发明中，进一步的，所述步骤s1还包括根据处理的数据判断料斗重量是否低于报警下限阈值，是则启动声光报警，其中，所述报警下限阈值小于关阀设定值。
[0019]
在本发明中，进一步的，所述数据处理的过程包括
[0020]
获取采集值a；
[0021]
对采集值a经模数转换为b，并计算数据显示值m，数据显示值m的计算公式如下：
[0022][0023]
其中，c为传感器设定的量程上限值，d为传感器设定的量程下限值。
[0024]
在本发明中，进一步的，所述缠绕位置的计算方法为：
[0025]
l1＝l2-(s-l)
[0026]
其中，l1为缠绕位置，为l2为保温管移动的距离值，s为设定激光位置，l为管长设定值。
[0027]
在本发明中，进一步的，所述单管用料的获取方法为：
[0028]
获得用料初始化值k0；
[0029]
判断料斗是否停止进料，是则记录此时料斗的第一重量值m1并启动挤出计时器；
[0030]
判断料斗是否开始进料，是则记录此时料斗的第二重量值m2，读取挤出计时器的时间，即时间间隔
△
t；
[0031]
计算聚乙烯用料
△
m以及出料速度v，启动进料计时器；
[0032]
判断料斗是否停止进料，是则读取此时的进料计时器的时间为δt，，计算单管用料k，其中k＝δm+vδt'+k0。
[0033]
在本发明中，优选的，所述报警下限阈值小于关阀设定值。
[0034]
一种保温管缠绕生产线程控系统，包括
[0035]
设备层，所述设备层至少包括激光测距仪、称重传感器、电磁阀以及生产设备，其中，所述激光测距仪用于测量保温管移动距离，所述称重传感器用于测量料斗重量；
[0036]
控制层，包括plc，所述plc采用权利要求1-9任意一项所述的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法，用于计算所述管理数据，并将采集数据以及管理数据通过光纤以太网通讯方式在远程操作屏上显示，操作人员通过操作屏对保温管的生产情况进行监视并对生产设备进行远程控制。
[0037]
管理层，所述管理层包括物联网云平台以及移动终端，所述plc通过无线传输模块与与所述物联网云台进行数据传输，授权的用户通过移动终端对保温管生产工艺的全程监控、浏览、下载历史数据。
[0038]
在本发明中，优选的，所述控制层还包括声光报警器，用于提示操作人员故障信息。
[0039]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0040]
本发明的通过采集料斗重量实时值，以及通过激光测距仪实时获取保温管前进距
离，通过程序处理实现对保温管生产中聚乙烯壁厚的实时显示，从而指导工人生产，使保温管的生产质量得到保证。通过控制电磁阀控制料斗的进料，使称重系统处于一个相对稳定理想的测量状态。通过设定产品的尺寸、材料密度，计算出单位时间用料量，再将运管速度、挤出机螺杆转速、出料量、出料速度等参数通过人机交互界面进行展示，以指导操作人员随时调整生产中的各参数，从而控制保温管外套厚度，提高产品质量。
[0041]
同时设备具备报警功能，当料斗低于报警下限，会提示操作人员立即处理故障，避免造成损失。系统设计了自动下料程序，实现对下料过程的精准控制，并对采集的各数据进行处理，计算出料量和出料速度，以指导操作人员的生产。
附图说明
[0042]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0043]
图1是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法的控制逻辑总图；
[0044]
图2是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法中传感器数据处理流程图；
[0045]
图3是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法中料位报警流程示意图；
[0046]
图4是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法中料斗重量去皮的流程示意图；
[0047]
图5是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法中进料控制策略的流程示意图；
[0048]
图6是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法中保温管加工过程的工艺设计示意图；
[0049]
图7是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法中产量计算方法的流程示意图；
[0050]
图8是本发明的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法中单管用料的获取方法的流程示意图；
[0051]
图9是本发明的一种保温管缠绕生产线程控系统的网络设计示意图；
[0052]
图10是本发明的一种保温管缠绕生产线程控系统的触摸屏界面示意图。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0055]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0056]
请同时参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法及其程控系统，实现对保温管生产中聚乙烯壁厚的自动测量，从而指导工人生产，使保温管的生产质量得到保证。
[0057]
一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法，包括
[0058]
步骤s0：系统上电并进行程序初始化，调整设定参数，其中设定的参数包括但不限于喷涂后的保温管外径、聚乙烯密度、传感器量程上下限、激光位置以及管长设定值；
[0059]
步骤s1：实时获取采集的数据并数据处理数据转换处理，采集数据包括料斗的重量、保温管前进距离、牵引机频率以及挤出机转速；
[0060]
步骤s2：开始生产时启动进料计时器，依据进料控制策略控制进料，并在停止进料计时器计时后依据所述采集的数据计算管理数据；
[0061]
步骤s3：操作人员根据管理数据控制牵引机频率以及挤出机转速。
[0062]
首先，在本系统开机后，先进行程序初始化，初始化后系统会自动保留上一次作业的参数设定，操作人员可直接根据本次生产需要，调整需要更改的参数，其中，生产中涉及的需要设定的参数有喷涂后的保温管外径、聚乙烯密度、传感器量程上下限、激光位置以及管长设定值、以及报警下限阈值、开关阀设定值等。
[0063]
然后，进行数据采集，本方案中的数据大部分是依靠相对应的传感器进行测量，例如料斗的重量通过称重传感器进行测量、保温管前进距离通过激光测距仪进行测量、牵引机频率以及挤出机转速均通过相应的传感器测量(例如光电传感器等)，作为输入的参数，为后续的计算提供保证。
[0064]
具体的，基于上述实施例，其中，由于传感器测量时存在抖动等外在因素，因此上述传感器的信号经过滤波装置进行滤波，滤波装置具有良好的共模和差模抑制功能，抑制控制系统周边连续和间接性脉冲对信号采集的干扰，确保信号采集正常准确。如图2所示，具体的数据处理的过程包括
[0065]
获取采集值a；
[0066]
对采集值a经模数转换为b，并计算数据显示值m，数据显示值m的计算公式如下：
[0067][0068]
其中，c为传感器设定的量程上限值，d为传感器设定的量程下限值。
[0069]
如此，使展示数值更为精确以及合理。
[0070]
此外，需要说明的是，该料斗的重量通过称重传感器进行测量，料斗重量的实时值为料斗去皮之后的计算值，参考图4，具体去皮原理为：当料斗里无料时，称可点击“去皮”按钮即可实现去皮功能，此时可显示出“皮重”，充料以后的料斗重量显示为去皮以后的重量。当点击“取消去皮”，“皮重”位置显示为“0”，料斗重量为料斗和料的总重量。
[0071]
在本发明中，进一步的，如图3所示，所述步骤s1还包括判断料斗重量是否低于报警下限阈值，是则启动声光报警器，如此，以防止料位过低无法出料影响保温管的生产质量。其中，所述报警下限阈值小于关阀设定值。判断用于是否按下报警确认按钮，是则关闭
声音报警器。
[0072]
具体的，本方案具备报警功能，当料斗低于报警下限阈值，会提示操作人员立即处理故障，避免造成损失。所述报警下限阈值小于关阀设定值，以免误报警。
[0073]
在本发明提供另一实施例中，还包括允许报警按钮，可根据需要进行选择，以判断是否允许报警，当“允许报警”按钮显示绿色，则料斗重量低于报警下限阈值声光报警器可启动，当“允许报警”按钮为灰色，则即使有报警，声光报警器也无法启动。如此，该报警方法适合嘈杂的工况。
[0074]
进一步的，在开始生产时，实时获取采集的数据并转换处理，启动进料计时器，依据进料控制策略控制进料，根据采集数据计算管理数据。
[0075]
基于上述实施例，参考图5，本方案提供的进料控制策略包括
[0076]
自动状态下，启动进料计时器，根据获取的料斗的重量判断料位是否低于开阀设定值，低于开阀设定值时停止进料计时并启动电磁阀进行上料，当料位大于关阀设定值时，控制电磁阀关闭进料。
[0077]
同时，为解决称重传感器不稳定导致的阀门误动作，电磁阀设计为延时保持1秒判断启停。
[0078]
在本发明中，进一步的，如图6所示，所述管理数据包括聚乙烯壁厚值、运管速度、出料速度、缠绕位置、单管用料以及产量。同时，单管用料、产量等数据的计算可用于数字化生产管理，提高产量，节省原材料。其中，聚乙烯壁厚值的计算为该系统研发的重要技术指标，从而指导工人生产，使保温管的生产质量得到保证。同时，单管用料、产量等数据的计算可用于数字化生产管理，提高产量，节省原材料。
[0079]
具体的，所述管理数据包括聚乙烯壁厚值，计算公式如下：
[0080][0081]
其中，t为聚乙烯壁厚值，
△
m为时间间隔
△
t内的聚乙烯用料，为喷涂后的保温管外径，ρ为聚乙烯密度，
△
l为时间间隔
△
t内保温管前进距离。
[0082]
需要说明的是，
△
t取电磁阀关闭到打开过程的时间间隔，也就是进料计时器开启到停止的时间间隔。
[0083]
在时间间隔
△
t内，用重量传感器反馈信号的上升沿和下降沿触发计算出重量m(kg)的变化值
△
m(kg)，也就是聚乙烯用料
△
m，以及保温管前进距离值l2(m)的变化值
△
l(mm)，从而计算出运管速度v1(m/s)，出料速度v(kg/h)，从而指导操作人员对设备进行控制，也就是调整牵引机频率以及挤出机转速。
[0084]
其中，
[0085]
需要说明的是，这里聚乙烯用料
△
m计算方法见下文单管用料。
[0086]
在本发明中，具体的，所述缠绕位置的计算方法为：
[0087]
l1＝l2-(s-l)
[0088]
其中，l1为缠绕位置，为l2为保温管移动的距离值，s为设定激光位置，l为管长设定值。
[0089]
需要说明的是，设定激光位置是根据激光测距仪测定的。
[0090]
在本发明中，具体的，如图7所示，所述产量(根)计算方法：
[0091]
产量初始化，判断保温管的长度是否大于缠绕位置且大于0，是则产量等于n+1，否则产量等于n；
[0092]
判断产量是否清零，是侧产量等于0，否则产量等于n+1。
[0093]
在本发明中，具体的，如图8所示，所述单管用料的获取方法为：
[0094]
获得用料初始化值k0；
[0095]
判断料斗是否停止进料，是则记录此时料斗的第一重量值m1并启动挤出计时器；
[0096]
判断料斗是否开始进料，是则记录此时料斗的第二重量值m2，读取挤出计时器的时间，即时间间隔
△
t；
[0097]
计算聚乙烯用料
△
m以及出料速度v，启动进料计时器，
△
m＝m2-m1；
[0098]
判断料斗是否停止进料，是则读取此时的进料计时器的时间为δt，，计算单管用料k，其中k＝δm+vδt'+k0，
[0099]
基于上述实施例，本发明还提供一种保温管缠绕生产线程控系统，如图9所示，包括
[0100]
设备层，所述设备层至少包括激光测距仪、称重传感器、电磁阀以及生产设备，其中，所述激光测距仪用于测量保温管移动距离，所述称重传感器用于测量料斗重量，电磁阀为气动电磁阀用于聚乙烯配料中的进料控制，通过改变气流方向使电磁阀线圈产生电磁力的作用，从而推动阀芯切换，实现料斗进料的控制。生产设备主要用于实现保温管缠绕工艺的加工。
[0101]
控制层，包括plc，所述plc采用西门子s7-200 smart plc，可集成多种触摸屏和无线传输设备。plc内部采用上述的一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法，用于计算所述管理数据，并将采集数据以及管理数据通过光纤以太网通讯方式在远程操作屏上显示，操作人员通过操作屏对保温管的生产情况进行监视并对生产设备进行远程控制。
[0102]
具体的，如图10所示，为操作人员提供了控制系统参数实时值展示，生产配方设定，报警信息浏览等功能。选用国产mcgs触摸屏，集成了软硬件授权，成本低、功能强大、可靠性高。
[0103]
本方案通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向操作员提供生产操作依据。通过以太网tcp/ip协议与plc通讯，快捷的实现远程操作站数据传输。
[0104]
plc内设有的无线传输模块可将系统中的数据接入互联网，利用先进的云技术实现设备状态监控、数据采集、存储、远程运维等功能，从而降低生产的投入，提高产品质量。
[0105]
管理层，所述管理层包括物联网云平台以及移动终端，所述plc通过无线传输模块与与所述物联网云台进行数据传输，授权的用户通过移动终端对保温管生产工艺的全程监控、浏览、下载历史数据。
[0106]
管理层主要针对的是移动终端如手机或电脑上的app，授权的用户可以通过网络计算机或手机对工艺过程进行全程监控，浏览、下载历史数据。
[0107]
如此，本发明可以有效的控制聚乙烯出料量，采集生产实时数据、监控生产设备、监测材料消耗，并利用物联网技术监控现场生产情况，存储生产数据，远程诊断故障设备。实现了保温管生产过程的智能化、网络化，优化了生产流程，提高了产品质量、生产效率，降
低了生产成本。
[0108]
基于本发明的发明构思，在本发明的另一些优选实施方式中，提供了一种可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述实施例所述一种保温管缠绕生产线壁厚计算方法。
[0109]
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0110]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0111]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、方法，可以通过其它的方式实现。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0112]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0113]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0114]
应当理解，本技术实施例中，从权、各个实施例、特征可以互相组合结合，都能实现解决前述技术问题。
[0115]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0116]
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。