直缝焊管自动超声探伤系统设计范文

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《华侨大学学报》2016年第二期

摘要：

针对直缝焊管生产中传统应用手工探伤效率低、故障率高等问题，利用超声无损探伤精度高、速度快的优点，构建以可编程控制器（PLC）为核心的直缝焊管自动超声探伤系统．提出该系统的工艺参数和系统机械构成，设计系统的PLC控制硬件、PLC程序流程及PLC控制程序．系统的操作监控硬件选用台达触摸屏，给出基于Windows系统触摸屏编程软件设计的人机操作监控画面．运行结果显示：该系统结构稳定、可靠．

关键词：

直缝焊管；超声探伤；可编程控制器；触摸屏直缝焊管

JCOE成形过程包含板边预弯、管坯JCO成形和管坯机械扩径3个主要成形工序［1－6］．为保障焊管生产质量，加工工序中一个重要的环节是对焊管进行无损检测．传统焊管检测采用操作人员现场手持式探伤仪检测方式，效率低，精度差，故障率较高．超声波无损检测因其检测精度高、速度快等优点在工业领域中得到了广泛的应用［7］．本文应用可编程控制器（PLC）作为控制核心，将超声无损检测技术应用于直缝焊管生产中，设计直缝焊管自动超声探伤系统．

1系统原理

直缝焊管自动探伤工艺流程如下：上料→进料→压料→探伤→打标→松料→出料分选．根据工艺流程设计的系统机械结构简图，如图1所示．直缝焊管超声探伤采用水浸脉冲反射法，即利用超声纵波探头产生的纵波倾斜射入水和焊管界面产生横波探测管内缺陷。

2系统控制硬件设计

2．1系统控制硬件组成系统控制硬件结构，如图2所示．直缝焊管自动超声探伤系统控制采用西门子S7－200（CPU226）型PLC为控制核心，扩展1个32输入／32输出EM223模块、2个16输入EM221数字量模块和1个EM231模拟量输入模块完成系统控制［11－12］．焊管运输小车采用西门子VF1型变频器调速，系统操作监控采用台达触摸屏．

2．2PLC硬件信号分配根据焊管自动超声探伤系统的控制设计要求，对PLC的I／O口进行信号分配，设计的PLC输入信号和输出信号接线图，分别如图3，4所示．

3系统PLC软件设计

3．1PLC控制流程PLC程序采用西门子PLC编程软件STEP7－Micro／WINV4．0SP8编制．程序编程为结构化编程模式［13－16］，分为主程序、运管小车速度子程序、手动子程序、自动子程序、自动复位子程序、手动复位子程序、系统总停子程序、运管小车编码器脉冲高速计数子程序等，有自动、手动、单动控制功能．PLC主程序流程，如图5所示．

3．2PLC程序实现根据直缝焊管超声探伤工艺及控制流程，编写PLC控制程序，相应的控制子程序如图6所示．运管小车速度控制子程序（图6（a））中，VD300寄存器中数据单位为小车每分钟圈数，VD320寄存器中数据单位为m•min－1，电流频率为60Hz时，小车最大速度为10m•min－1．小车行走距离计算PLC控制程序（图6（b））中，将编码器脉冲高速计数器HSC0当前值转换为实数，计数脉冲数乘以VD500寄存器中的脉冲当量；然后，取整数转存VD508寄存器，VD508存储的数据即为小车行走的距离．超声探头自动下降控制PLC程序（图6（c））中，小车当前行走距离VD508寄存器的数据和第一到第七组超声探头探管区域设定值寄存器VD0～VD24中的数据进行比较，达到设定值时，探头下降．程序中，PLC内部寄存器M16．0～M16．6为选择探头下降的中间继电器，寄存器M22．0～M22．6对应第一组到第七组探头下降气缸电磁阀PLC控制输出Q0．4，Q0．6，Q1．0，Q1．2，Q1．4，Q1．6，Q2．0．

4系统操作监控界面设计

直缝焊管自动超声探伤系统操作监控硬件采用台达公司的DOP－B系列触摸屏，应用基于Windows系统编程软件ScreenEdit设计触摸屏操作监控界面［17－20］．触摸屏显示画面由系统主画面、监控报警画面、参数设置画面等组成．设计的部分触摸屏操作监控画面，如图7所示。

5结论

1）针对直缝焊管传统人工探伤效率低、精度差等缺点，构建以西门子PLC为控制核心的直缝焊管自动超声探伤系统．应用西门子S7－200PLC的高速计数与比较功能实现超声探头的自动下降和运管小车定位控制，检测速度快，精确度较高．系统调试中高速计数脉冲当量的选定与超声探头安装位置、小车的速度、编码器的参数相关．2）触摸屏具有人机交互、灵活的优点，减少了操作台上的开关数量，使操作更加人性化．通过触摸屏可实时显示自动超声探伤系统参数，修改系统参数便捷，系统柔性较好．设计的触摸屏监控画面具有超声波伤波、失波等报警功能，确保了直缝焊管检测中的安全，避免了人工操作错误和生产故障的产生．3）自动超声探伤系统设计方案简洁，系统控制硬件结构简单，成本较低，配合操作监控触摸屏，使工作效率得到提高，系统具有控制稳定、可靠高的特点，具有良好的实际应用性．

作者：周平 单位：江西工程学院 机电工程学院