韩冬斌 顾爱群
辽阳石油钢管制造有限公司 邮编111000
摘要：该系统采用PLC控制，用WINCC设计称重测长监控显示，实现了与PLC、称重仪表的连接。称重、测长在一个工位同时完成，大大缩短了检测时间，经现场运行表明，该系统性能稳定，功能完善，操作方便，满足了生产的实际需要。
Summary:The system is controlled by PLC and designed with WINCC to monitor and display the length of weighing instrument. The connection with PLC and weighing instrument is realized. The weighing and measuring length are completed in one station at the same time, which shortens the measuring time greatly. The field operation shows that the system has stable performance, perfect function, convenient operation and meets the practical needs of production.
关键字：钢管；称重；测长；WINCC； PLC.
Keywords：Steel Pipe; weighing; measuring length
1 引言
重量长度是钢管主要规格之一，快速准确的称重、测长系统是实现产品标志的重要环节。以往成品钢管测量长度完全由人工拉拽卷尺测量，由于人工测量存在一定的误差，在进行测量长度时操作人员需频繁进出钢管滚动运行区域，易发生夹伤和挤伤事故，存在较大安全隐患。
原称重授料器降落时，管心运动轨迹与称体垂面V型槽不重合，造成钢管落到称体上时，对称体有一个水平切向力，造成称体移位影响称重精度并减少设备的使用寿命。见图（1-1）
本文设计对制管分厂成品岗位称重测长设备进行设计改造，实现自动称重测长功能，测得的重量长度数据实时监测、存储并与MES进行数据交换传输。
通过对称重设备改造，可实现钢管平稳落到称体上保证精度。
接管器1-1图
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2称重测长工作原理
2.1称重装置
为保障钢管落到称体上平稳，并考虑测长设备的安装场地和简化控制，将原称重授料器的基础上增加一组对称V型架升降装置（见图2-1），称体两侧授V型架升降装置使用同步分配器液压缸。
2.1.1性能特点:
（1）钢管的冲击力作用于原有的接料装置上，对垂直升降取料装置的冲击相对较小。
（2）由于垂直升降取料装置的V型架与称台的V型架处于同一中心上，称台只受垂直方向的力，此设计可大大消除由于钢管的滚动对称台的冲击，提高了称重的稳定性和精度。
V型架升降装置图2-1
2.2测长装置
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由两个对称的行走机构组成。行走机构由直线滑轨、反光档板、同步带、伺服电机组成（见图2-2）。两侧激光测距传感器位置开关的直线距离为L，在测长过程中，钢管放置于称重机构中部，两边的测长反光档板开始向前移动，根据伺服电机的力矩反馈停止移动，同时激光传感器开始检测反光档板所走过的距离L1、L2，然后用两侧直线距离L减去两边滑块所走过的距离即得到钢管的实际长度。
钢管长度 ＝ L－L1－L2
L=两端激光传感器原点距离
L1=左侧激光传感器检测到反光档板行走的距离
L2=右侧激光传感器检测到反光档板行走的距离
2.2.1结构特点:
（1）传动部分采用标准直线滑轨（见图2-3），运行重复定位精度0.01mm。
（2）行走驱动采用伺服力矩反馈控制。
（3）采用两端固定激光测距其结构简单无需移动电缆，低故障率,测量精度高。
激光测距行走机构图2-2
滑台图2-3
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2.3工作流程
钢管称重测长操作方式分为手动、半自动和自动。手动操作单步动作；半自动方式功能是主机可单循环工作；自动方式是主机能和前后关联设备一起自动运行。
自动方式：从钢管进料拨管开始，V型架升起接管，延时5秒V型架落下放管开始称重，称重的同事两端测长挡板启动前进，到位减速，靠紧钢管管端后停止激光测长启动测量长度，测量完成后自动计算出钢管长度，测长挡板自动返回原始位置，钢管拨出，等待下一根钢管拨入。
2.4 PLC自动控制流程
图2-4
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3、系统设计
3.1硬件设计
钢管自动称重测长控制系统分别由研华工控机、交换机、S7-200可编程控制器、伺服驱动器、伺服电机、激光测距传感器、等各检测开关组成。
图3-1
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激光测距传感器采用德国卡萨提公司的FBM400-PT100-30-485X，该器件的性能如下表3，有业界最高的长距离检测精度。
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3.2软件设计
MI人机界面：在20寸液晶显示器上运行的西门子WINCC组态画面；组态系统计算机有两个网络接口，一个与柜内的PLC连接通讯，另一个与MES系统连接，另外通过串口与称重设备通讯。
称重测长数据结果能上传到控制系统进行保存、分析、打印，并传输到MES系统中（直接导入MES系统成品报表），钢管数据的随机打印。预留数据通讯接口；称重、测长、条形码打印等可在人机界面上操作，可以进行设备校准。系统上电开机时，如有开关未回中位或被按下，则蜂鸣器间断响声。系统上电大约30秒时，自检成功后，蜂鸣器响1.5秒后进入正常流程。
1）工作界面
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该画面当前钢管信息里前部分为物料编号，可以在参数中设置；后部分为管号输入，需要在钢管测量长度前输入，全自动测长时，测量结束后，检测完成显示绿色背景，表示测量完成，数据存储传输到MES系统中，钢管信息全部显示后，可按下按钮直接打印标签。
中间设备栏中红色表示钢管检测传感器有效，灰色表示钢管检测传感器无效，绿色表示其他设备无动作。
2）参数界面
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参数界面功能：
选择独立测长、联动称重测长。
可测长精度效验。
输入钢管各个相关数据，可对钢管进行理论重量计算。
3）数据存储
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可进入钢管测量报告，查看所有钢管测量结果。
4、设计创新点
4.1系统具有以下特点：
1）工作过程实现全自动化，只要进管拨料器上有管即可进行全自动化工作；
2）系统运行稳定，操作简单，功能完善，具有与MES系统数据交互传输功能，保证数据采集和传送的准确性；
3）自动生成钢管参数数据库，可提供随时查询或打印；
4）具有良好的安全保护性能，设备在上电后具有自检测报警功能，能判断操作按键是否在零位。进出管区、称重测长区有互锁设计，避免钢管误操作伤人。
5）测长采用固定激光测距传感器，测距行走机构无电缆连接，故障率低、测量精准。
6）称重、测长可在一个工位同时完成，大大缩短了测量时间，提高了生产率。
5、结论
本文采用西门子S7-200系列PLC控制完成，以太网方式传输。WINCC组态计算机显示人机界面，经现场运行表明该系统稳定可靠，其测长范围为8-12米检测周期，每根钢管30-15秒，测长精度12米时，正负误差2mm以内，满足生产需求。
6、参考文献
【1】主编：于成波 传感器与自动检测技术 2005
【2】主编：廖常初 S7-300/400PLC应用教程 2008
作者简介：
姓名：韩冬斌 出生：1986.1.2 性别：男 籍贯：辽宁省盖州市 学历：本科 职称：电气工程师
姓名：顾爱群 出生：1970.3.12 性别：男 籍贯：辽宁省辽阳市 学历：本科 职称：电气工程师