不銹鋼焊管生產中卷板對接焊縫跟蹤系統的開發

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不銹鋼焊管生產中卷板對接焊縫跟蹤系統的開發

不銹鋼焊管生產中卷板對接焊縫跟蹤系統的開發

來源:310S大口徑耐高溫焊接管 ? 發布:2020-10-06 10:29:51 ? 類別:不銹鋼焊管

 浙江至德鋼業有限公司為了實時顯示不銹鋼焊管生產時卷板對接焊縫的位置信息,設計并制作了焊縫跟蹤系統。該系統不但可以完成板卷信息的讀取和生產狀況的存儲,更重要的是通過捕捉換卷動作獲取卷板對接焊縫的初始位置和通過編碼器獲得生產線速度,從而實時獲取焊縫的位置信息。生產線速度的計算采用漸消記憶算法,充分地反應了編碼器讀數的實時性,更準確地顯示了生產線速度。實際使用效果良好,有較強的應用價值。在不銹鋼焊管生產中,卷板對接焊縫的位置確定對生產線各崗位有一定的影響,各個崗位要在卷板對接焊縫到來之前完成相應的操作,如銑邊崗位要退刀盤,高頻崗位要抬內毛刺刀,在線探傷崗位要抬探頭,飛鋸崗位要根據實際情況進行手動切管或延遲切管等操作。


 浙江至德鋼業有限公司有限公司不銹鋼焊管分公司主機線設計和施工中,考慮到此問題,決定制作二級管理系統,實時跟蹤焊縫信息。該項目由韓國米爾泰克公司負責,但因編碼器和攝像頭存在問題,導致生產線速度的測量與卷板對接焊縫到來時刻的檢測都不準確,從而使原有的焊縫跟蹤無法正常使用。由于成型機架的遮擋,若沒有焊縫跟蹤系統,很難及時準確地找到焊縫位置?,F場的解決辦法是當銑邊操作者發現焊縫后,立即隨焊縫行走,直到高頻崗位操作者對焊縫位置準確定位。飛鋸崗位也同樣存在類似問題。所以,有必要開發一個切實可靠的焊縫跟蹤系統,降低操作者的勞動強度,實時顯示出操作者所關心的焊縫位置。


一、卷板對接焊縫跟蹤系統簡介


 不銹鋼焊管焊縫跟蹤系統是MES制造執行系統的1個子系統,實時準確地反映出每個板卷的焊縫位置,就可以確定每根鋼管在板卷中的位置,不但豐富了生產線管理信息,而且為以后實現優化切割打下基礎。


1. 卷板對接焊縫跟蹤系統原理


 卷板對接焊縫位置如圖所示,焊縫實時跟蹤由兩個條件來確定,一是焊縫的起始位置,二是焊縫的行走速度或行走距離。通過數據庫參數讀取來捕捉飛鋸崗位發現橫焊縫,并在噴碼控制軟件執行換卷操作時(飛鋸是鋼管下線崗位,鋼管生產記錄中需包含卷號等信息,所以每次橫焊縫到來時,必須在控制軟件中執行更改卷號操作,以便做好生產記錄),立刻根據理論計算的板長來推算下一焊縫距飛鋸崗位的距離,再由編碼器實時計算出鋼板移動的距離,從而準確計算焊縫位置。


 板卷理論長度通過密度公式來計算。


 L=M/ρha


 式中:L—板卷長度,m;


       M—板卷質量,kg;


       ρ—鋼密度,kg/m3;


       h—板厚,m;


       a—板寬,m。


   式(1)中,M,h和a是已知的板卷信息,ρ為常量。實際計算帶鋼長度一般為200m左右。焊縫位置的相對參考點是飛鋸崗位,實時位置按公式(2)計算。


  S=L-v線t,(2)


   式中: S—焊縫距飛鋸崗位的距離,m;


           v線—生產線速度,m/s;


           t—飛鋸崗位換卷后經過的時間,s。


     通過編碼器完成v線的計算,這是實現焊縫跟蹤的關鍵。


  2. 焊縫跟蹤系統結構



   不銹鋼焊管焊縫跟蹤系統的硬件結構需要PC機2臺,編碼器trd-gk1000和相關的控制卡PCI 8133及固定支架1套。軟件采用VB語言,數據庫采用SQL SEVER 2005。一臺PC機用于飛鋸崗位,在噴管號信息控制的同時保存換卷信息,另一臺實時捕捉飛鋸崗位換卷信息,連接編碼器的控制板,編寫與編碼器通訊的軟件,實時讀取板卷的移動距離,計算生產線速度。焊縫跟蹤系統結構數據流如圖所示。軟件8133reader是根據P8133Manual操作手冊編寫,用于讀取編碼器的旋轉圈數。Coup ling軟件一方面與8133reader通過注冊表讀寫來通信,另一方面執行SQL中查詢語句,捕捉飛鋸噴碼軟件換卷信息,同時做出焊縫跟蹤界面,供操作者觀察焊縫位置。


二、編碼器控制軟件的編寫


 1. 編碼器的軟件結構


  編碼器的軟件采用二級結構,一層只用于通過PCI 8133卡讀取編碼器旋轉圈數,另一層用于相關的計算和顯示。這兩個軟件在同一電腦中,通信方式采用方便可靠的注冊表讀寫。8133reader向指定的注冊表路徑實時寫入編碼器轉數,Coup ling軟件在指定注冊表路徑中讀取這個轉數,通過計算再把速度和橫焊縫的位置實時顯示出來。這樣的軟件結構便于制作與調試,通信方式靈活,速度滿足要求,數據保存方便。注冊表保存的數據長度為64位,經過計算正常生產10年不會產生溢出。


  2. 8133 reader軟件編寫


  PCI 8133卡通過控制板可讀取編碼器的信息,同時通過針腳與PC機通信,但與PC機的通信需要自己編寫控制程序接受PC I 8133的讀數。通過調用PC I 8133的庫函數,可以直接讀取PCI 8133的讀數。8133 reader軟件界面如圖所示。在執行了相關的設置語句之后,調用My.Computer.Registry.GetValue 用于讀取注冊表保存的參數,找到上次主機線生產結束時編碼器的讀數,從而找到焊縫之前位置。這樣保證了焊縫跟蹤系統的連續性,不受生產線啟停的影響。W_8133_Read_Cnt 用于讀取編碼器讀數,但這個函數的參數返回值只支持int32型,通過if語句判斷溢出變號,30 000正向溢出和-30 000負向溢出,超過這個數值把之前的數據保存,用于再次計數,最后通過T_Cnt1文本框顯示。8133 reader程序為小伺服程序,設定開機即運行,自動縮小到任務欄中,僅用于向注冊表寫入轉數,不用于操作者觀察。


 3. Coup ling軟件的編寫


  Coup ling軟件用于通過注冊表與8133 reader通信,來獲取生產線速度,同時還通過捕捉飛鋸換卷信息來確定下一橫焊縫的位置,由這兩個變量確定橫焊縫的實時位置,最后連接數據庫做出相應板卷信息的顯示和信息的保存。Coup ling軟件的部分界面如圖所示,黃色色帶代表板卷,其中的紅色方框是板卷號,紅條即為焊縫,下面的白點代表各個崗位,崗位名稱下面的文本框表示下個焊縫離本崗位的距離。程序中設定如果焊縫距離某崗位在3米之內,則白點變成紅點,并給操作者報警提示。到各崗位的距離根據焊縫的初始位置與實時讀取注冊表中的編碼器讀數計算而來。該軟件的其他功能還包括從服務器的數據庫中讀取正在工作的板卷信息,供操作者查看,以及生產線速度和出管長度的計算與顯示。


三、生產線速度的計算


 生產線速度的計算是不銹鋼焊管焊縫跟蹤系統研發的重要部分之一,實時顯示出生產線速度可以方便操作者驗證焊縫跟蹤系統是否準確。生產線速度的更新不能太快和太慢,太快不利于觀察,太慢則不能實時反映線速度的變化。


 1. 生產線速度的計算精度


 生產線速度根據編碼器讀數計算而得到。編碼器直徑為200mm,實際編碼器的計數采用A/B相方式,每轉1圈編碼器的讀數為4000,這樣編碼器精度為(200π/4 000)mm,約為0.16mm。


 2. 生產線速度的計算方法


  編碼器讀數是時變的,如果對所有觀測數據都加同樣的權,則新觀測數據的作用就有可能被先前觀測數據所削弱,使跟蹤時變參數的實時估計失效。為了反映參數的時變性,應強調當前觀察數據對平均值計算的影響作用,削弱先前觀測數據的影響。采用最小二乘法的漸消記憶算法,既可以突出速度的變化,又可以體現出數據的真實性。根據公式(3)把參數按p指數衰減,p為遺忘因子。J=ρNi=1 pN-1·ε2(i)。(3)實際被觀測的參數是一階離散的,引入加權平均后,需計算各個參數的位權與該參數相乘,即分子部分,還要計算各個位權和(系數和),即分母部分。


四、結語


 本軟件實際使用效果良好,相關板卷信息的顯示準確,不銹鋼焊管焊縫跟蹤定位基本準確。生產線速度的計算與飛鋸切管根數和時間計算出的平均速度比較,誤差基本為零,可以驗證速度計算的正確性。當然,速度的計算也可以采用其他方法,如編碼器連接到變頻器,可以更方便測量和顯示速度,但針對我廠的現有狀況,利用現有設備,比較準確地顯示對接板焊縫位置,還是很有意義的。


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