一种基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统及方法与流程

本发明涉及钢管换型设备技术领域，特别是涉及一种基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统及方法。

背景技术：

钢管成型技术成型前带钢经过矫平、剪边、刨边，表面清理输送和予弯边处理。采用焊缝间隙控制装置来保证焊缝间隙满足焊接要求，管径、错边量和焊缝间隙都得到严格的控制。

但在现有技术水平下，钢管成型换辊过程的自动化程度不高，整个换型过程全部由人工借助标尺等测量工具或纯手工完成。不仅在换型完成后，钢管成型难免存在较大误差，对精度的要求无法保证，且产生了很多不必要的人工浪费甚或是人工闲置。在换型过程中，也不可避免的存在很多不确定的人为安全因素。

因而，有必要针对目前钢管成型换辊过程自动化程度低、换型精度低、无法远程控制、不必要人工成本过高、人工闲置等问题提出一种解决方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统及方法；该专利旨在满足钢管成型换辊过程对自动化程度上的要求，提高钢管成型的自动化程度，实现对钢管成型的远程控制，满足对钢管成型的高精度要求，解放人工，进而降低生产的人工成本和换型过程中产生的人身安全问题。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统，至少包括：

用于进行调零的限位开关；所述限位开关位于机械臂和轧辊的相邻侧；

用于测量轧辊间距的拉绳式传感器；所述拉绳式传感器位于轧辊与机械臂之间；

用于接收上述限位开关、拉绳式传感器输出信号、并对接收到的信号进行数据处理的现场数据采集处理单元；

用于与现场数据采集处理单元进行数据交互，并控制电机动作的上位控制系统；其中：

所述限位开关、拉绳式传感器的信号输出端子分别与现场数据采集处理单元的I/O端口电连接；所述上位控制系统包括从站控制器和主站控制器；所述现场数据采集处理单元通过PROFINET总线与从站控制器进行数据交互；所述从站控制器通过以太网Ethernet/IP与主站控制器进行数据交互。

作为优选，本专利还采用了如下的技术特征：

进一步：上述限位开关有四个，四个限位开关分别为：限制机械臂上限位置的上限限位开关、限制机械臂下限位置的下限限位开关、限制机械臂左限位置的左限限位开关、限制机械臂右限位置的右限限位开关。

进一步：所述从站的型号为西门子ET200M；所述主站包括：型号为西门子S7-1500的PLC、以及与上述PLC电连接的触摸屏。

进一步：所述I/O接口与拉绳式传感器、限位开关之间通过双绞线连接。

一种基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统的方法，包括如下步骤：

步骤101、获取电机启停信号：将限位开关安装于机械臂和轧辊的相邻侧，将拉绳式传感器安装于轧辊与机械臂之间；随后启动限位开关和拉绳式传感器；

步骤102、设定相对零点及轧辊间距：针对钢管换型对不同尺寸的要求，设定拉绳式传感器参数及相对零点位置；

步骤103、获取轧辊间距：上位控制系统和现场数据采集处理单元内的计数器根据上述相对零点位置，结合收到限位开关信号，以该限位开关信号作为上位控制系统和数据采集处理单元计数器于该项的零点位置；此时，上位控制系统控制电机停机，然后上位控制系统控制电机逆向运行；同时，现场数据采集处理单元内的计数器将零点位置的绝对值与从拉绳式传感器接收的数据进行求差运算，并将运算结果发送至上位控制系统；上位控制系统对现场数据采集处理单元内计数器的运算结果与规定所需的钢管换型尺寸进行比较，如果运算结果与规定所需的钢管换型尺寸不符合，则电机继续运行，直至运算结果与所需钢管换型尺寸相符合时，上位控制系统对电机发出停止指令；同时将控制结果反馈至上位控制系统，操作人员通过上位控制系统对控制结果进行远程控制。

本发明具有的优点和积极效果是：

1.通过采用上述技术方案，本发明实现了轧辊间距的自动化检测，较之传统整个换型过程全部由人工借助标尺等测量工具或纯手工完成，使用该测量方法操作人员可通过上位控制系统的监控界面远程对现场工况进行实时监控和实时控制，整个钢管换型过程在操作人员输入参数之后全部由控制系统及现场机械设备独自完成，大大减少了人工的浪费与闲置。

2.本发明提出的基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统及方法可有效提高钢管换型之后的成型精度。本发明针对钢管自动化换辊过程中的调零需求，使用限位开关调零，结合拉绳式传感器可满足对钢管成型的高精度要求。

3.本发明的一级网络采用PROFINET分布式现场总线，现场信号通过ET200M远程站采集数据后传递给S7-1500主站。主站PLC及现场信号采集单元的数据交换均在现场总线上完成，安全可靠。

4.本发明的二级网络采用工业以太网实现上位机与PLC之间的通讯，在一个网络上能够访问PLC的数据，各单体设备之间的实时数据传递可以不必通过硬件连线完成。在网络中的任一台上位机上都能对任一台单体设备的运行进行监控，既充分发挥了网络通讯的优势又能极大地节约硬件投资和安装费用。

5.传感器设备通过工业以太网连接减少中间环节确保检测数据不会丢失。用网络通讯代替点对点连接，用双绞线代替复杂接线，可减少3/4的电缆数量，降低安装费用、维护更方便。模块化结构，易于维修更换。

6.本发明采用远程I/O模块，所有I/O模块都挂在远程站上，模块采集的数据通过PROFINET总线传给S7-1500主机架，主机架上只配置特殊模块。更换ET200站上的模块时，只需将该站的电源关掉，而不影响主机架上CPU的运行。这种方案结构简单、节约成本、维护方便、性能完全可靠。

附图说明

图1是本发明优选实施例的电路框图；

图2是本发明的限位零点的流程图；

图3是本发明中拉绳式传感器的工作原理图；

图4是本发明上位控制系统的电路图

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图4，一种基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统，包括：

用于进行调零的限位开关；所述限位开关位于机械臂和轧辊的相邻侧；

用于测量轧辊间距的拉绳式传感器；所述拉绳式传感器位于轧辊与机械臂之间；所述的拉绳式检距传感器，钢丝绳由自卷弹簧始终收紧，由钢丝绳的直线位移转换成旋转量测量；钢丝绳紧紧绕在多圈测量轮上，每一圈的行程均相同，因此在整个测量过程中时刻都是线性测量；钢丝绳测量轮、卷簧轮与传感器同轴联动，其连接误差将至最小；由于与被测轧辊软性连接，所以抗震动性能优越；且安装简便、能适应恶劣环境。可以解决换型过程中标尺刻度测量的误差问题。

用于接收上述限位开关、拉绳式传感器输出信号、并对接收到的信号进行数据处理的现场数据采集处理单元；

用于与现场数据采集处理单元进行数据交互，并控制电机动作的上位控制系统；其中：

所述限位开关、拉绳式传感器的信号输出端子分别与现场数据采集处理单元的I/O端口电连接；所述上位控制系统包括从站控制器和主站控制器；所述现场数据采集处理单元通过PROFINET总线与从站控制器进行数据交互；所述从站控制器通过以太网Ethernet/IP与主站控制器进行数据交互。

作为优选，上述限位开关有四个，四个限位开关分别为：限制机械臂上限位置的上限限位开关、限制机械臂下限位置的下限限位开关、限制机械臂左限位置的左限限位开关、限制机械臂右限位置的右限限位开关。

所述从站的型号为西门子ET200M；所述主站包括：型号为西门子S7-1500的PLC、以及与上述PLC电连接的触摸屏。

所述I/O接口与拉绳式传感器、限位开关之间通过双绞线连接。

一种基于拉绳式传感器的轧辊间距测量系统的方法，包括如下步骤：

步骤101、获取电机启停信号：将限位开关安装于机械臂和轧辊的相邻侧，将拉绳式传感器安装于轧辊与机械臂之间；随后启动限位开关和拉绳式传感器；

步骤102、设定相对零点及轧辊间距：针对钢管换型对不同尺寸的要求，设定拉绳式传感器参数及相对零点位置；

步骤103、获取轧辊间距：上位控制系统和现场数据采集处理单元内的计数器根据上述相对零点位置，结合收到限位开关信号，以该限位开关信号作为上位控制系统和数据采集处理单元计数器于该项的零点位置；此时，上位控制系统控制电机停机，然后上位控制系统控制电机逆向运行；同时，现场数据采集处理单元内的计数器将零点位置的绝对值与从拉绳式传感器接收的数据进行求差运算，并将运算结果发送至上位控制系统；上位控制系统对现场数据采集处理单元内计数器的运算结果与规定所需的钢管换型尺寸进行比较，如果运算结果与规定所需的钢管换型尺寸不符合，则电机继续运行，直至运算结果与所需钢管换型尺寸相符合时，上位控制系统对电机发出停止指令；同时将控制结果反馈至上位控制系统，操作人员通过上位控制系统对控制结果进行远程控制。(如：当控制系统和数据采集处理单元的计数器根据步骤2)中的上限位置收到限位开关信号后，规定该点作为系统控制和数据采集处理单元计数器的上限零点位置。同时，控制轧辊上下方向运行的电机停机，然后逆向运行。直到轧辊间距符合规定钢管换型尺寸时，控制轧辊上下方向运行的电机停机。)下位零点位置作用同上位零点位置作用相同，方向相反；轧辊左右方向运行同上下方向。

1.在钢管换型时，电机启动直接控制轧辊的位置变化，现场传感器采集现场设备运行数据，当触发限位开关时数据采集计数器将触发限位开关时的轧辊坐标数据传送至上位控制系统，上位控制系统规定该坐标为零点坐标并将该零点坐标发送至现场数据采集处理单位的数据运算器，同时拉绳式传感器传输至数据运算器与零点坐标进行运算，运算之后将运算结果发送至控制系统，控制系统将接收到的运算结果与钢管换型规定的轧辊间距进行比较，根据比较结果对电机进行控制。

2.上位控制系统和数据采集处理单元内的计数器结合收到限位开关信号后以该限位开关信号作为上位控制系统和数据采集处理单元计数器于该项的零点位置。

3.本发明的拉绳式检距传感器，钢丝绳由自卷弹簧始终收紧，由钢丝绳的直线位移转换成旋转量测量；钢丝绳紧紧绕在多圈测量轮上，每一圈的行程均相同，因此在整个测量过程中时刻都是线性测量；钢丝绳测量轮、卷簧轮与传感器同轴联动，其连接误差将至最小；由于与被测轧辊软性连接，所以抗震动性能优越。

4.该方案的成型平辊过程PLC控制系统由两级通讯网络组成，一级为ProfiNET网络，实现PLC与I/0口机组之间的数据通信，另一级以工业以太网EtherNet/IP，实现PLC与上位计算机之间的数据交换和通讯，触摸屏及主站设置在中控柜，对成型平辊过程和设备运行进行实时操作、监控。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。