摘要：針對鉆桿生產(chǎn)線中物料輸送的特點(diǎn)和難點(diǎn)，設(shè)計了基于PLC的自動輸送系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的組成、工作流程。調(diào)試表明，該系統(tǒng)能夠滿足搬運(yùn)物料的設(shè)計目的，對提高生產(chǎn)效率具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：石油鉆桿；PLC；物料輸送

引言

鉆桿是進(jìn)行地球物理勘探及開采石油廣泛采用的重要工具。作為石油鉆柱的主要組成部分，鉆桿主要起傳遞扭矩、輸送泥漿以及鉆進(jìn)作用。江蘇曙光華陽鉆具有限公司從1994年生產(chǎn)石油鉆桿以來，專業(yè)生產(chǎn)API、DS-1以及NS-1的E75到S135鋼級，外徑從2 3/8″到6 5/8″的系列石油鉆桿。鉆桿一般由 9 米左右的無縫鋼管，兩端摩擦焊接工具接頭組成，其生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜。如圖1所示。

圖1鉆桿焊接生產(chǎn)工藝流程圖

鉆桿生產(chǎn)線分為四個作業(yè)區(qū)：焊前加工、摩擦焊接、焊縫熱處理、無損檢測及輔助，各區(qū)獨(dú)立完成功能，各區(qū)之間建立緩沖區(qū)儲存上道工序的半成品，通過傳感器建立互鎖關(guān)系，將四個作業(yè)區(qū)連成自動化生產(chǎn)線。

生產(chǎn)線輸送的物料是工具接頭和鉆桿管體。工具接頭是按固定規(guī)則排列在定制料筐內(nèi)，由搬運(yùn)機(jī)器人為摩擦焊機(jī)供料。鉆桿管體則依靠抓管機(jī)在廠內(nèi)倒運(yùn)，進(jìn)入生產(chǎn)線后以斜臺架傳送為主，鏈條傳送為輔，配合擋料器、撥料器、翻料器、平托機(jī)構(gòu)等完成管體在各工序的流動。

1. 機(jī)械結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)線上的斜臺架適用于鉆桿不需要精確定位的場合，主要為上下工序提供緩沖區(qū)。翻料器給斜臺架上的鉆桿提供初始動能后依靠管體自身的勢能滾動前進(jìn)，V 型鏈條和步進(jìn)梁依靠電機(jī)提供動力，擋料器、撥料器、翻料器依靠壓縮空氣帶動汽缸運(yùn)動。

V 型鏈條用于在移動中需要精確定位的場合，主要為配合機(jī)床和中頻感應(yīng)線圈自動化生產(chǎn)使用，選用重載型物料輸送鏈條，鏈條節(jié)距 250mm，在鏈條的鏈板上連接 V 型塊，用于支撐和固定鉆桿。為增大鉆桿與 V 型塊之間的摩擦力，防止發(fā)生軸向滑動，鏈條的一側(cè)曾加聚氨酯塊。

步進(jìn)梁有兩處，分別設(shè)在端部鏈條和焊縫熱處理鏈條前，用于鉆桿從斜臺架到鏈條之間的搬送銜接。步進(jìn)梁前分別設(shè)有管端齊頭裝置和焊縫齊頭裝置，管端齊頭裝置是以鉆桿端面為基準(zhǔn)對齊，便于數(shù)控機(jī)床對定位后的鉆桿進(jìn)行自動加工。焊縫齊頭裝置是以摩擦焊后的鉆桿焊縫為基準(zhǔn)對齊，便于數(shù)控機(jī)床和加熱線圈對焊縫進(jìn)行自動加工。機(jī)械機(jī)構(gòu)如圖2 所示：

圖2 機(jī)械機(jī)構(gòu)示意圖

2. 電氣控制

根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場特點(diǎn)及工藝控制要求，采用可編程控制器進(jìn)行生產(chǎn)線的自動化控制。根據(jù)工藝區(qū)塊進(jìn)行控制區(qū)塊的劃分，各功能區(qū)能夠獨(dú)立工作，區(qū)塊之間采用 I/O 信號和以太網(wǎng)通訊進(jìn)行互鎖控制和數(shù)據(jù)傳遞。各控制區(qū)塊均采用三菱 Q02H 型 PLC（Programmable Logic Controller）作為控制平臺，利用MELSECNET/H 網(wǎng)組成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行信息交換和動作控制。采用CC-LINGK 技術(shù)，同時處理控制和信息數(shù)據(jù)，通過簡單的總線將傳感器、操作按鈕及執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號等連接成設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)，簡化了現(xiàn)場布線，提高了效率。

焊前加工控制區(qū)指原管輸入臺架到焊前緩沖區(qū)，主要控制設(shè)備有原管輸入輥道、搬送臺架裝置、端面齊頭裝置、端部鏈條、1 號機(jī)床、1 號臺車、2 號機(jī)床、2 號臺車，與摩擦焊機(jī)的上料裝置形成互鎖關(guān)系，該區(qū)域電氣控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電氣控制結(jié)構(gòu)圖

摩擦焊接區(qū)域利用焊機(jī)的 PLC 作為主控 PLC，協(xié)調(diào)控制工業(yè)機(jī)器人、料筐轉(zhuǎn)臺、接頭緩沖臺架、管體上下料裝置，同時利用焊機(jī)的工控機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)記錄、參數(shù)設(shè)定、報警信息顯示等工作。

焊縫熱處理區(qū)設(shè)備眾多、工藝復(fù)雜，它直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和整個生產(chǎn)線的效率，是自動化控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。該區(qū)域需要控制的設(shè)備有搬送裝置、焊縫齊頭裝置、退火裝置、3 號機(jī)床、3 號臺車、4 號機(jī)床、4 號臺車、淬火裝置、回火裝置、鏈條搬送裝置等。為了滿足生產(chǎn)信息的管理和追蹤，在該控制區(qū)域搭建了鉆桿焊后質(zhì)量管理軟件。

無損檢測及輔助區(qū)包括磁粉探傷設(shè)備、超聲波探傷設(shè)備、成品搬送臺架三部分。該區(qū)域以成品搬送臺架為主 PLC，控制鉆桿在該區(qū)域內(nèi)的移動、稱重、測長、噴標(biāo)，協(xié)調(diào)磁粉探傷裝置和超聲波探傷裝置工作。

3.結(jié)論

本文通過對鉆桿生產(chǎn)線傳統(tǒng)的物料輸送系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，在輔助時間大大縮短的情況下，為整條生產(chǎn)線高效運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。調(diào)試表明，該系統(tǒng)能夠滿足搬運(yùn)物料的設(shè)計目的，對提高生產(chǎn)效率具有較高的應(yīng)用價值。

4.參考文獻(xiàn)

［1］李建強(qiáng).石油鉆桿自動化生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用研究［D］. 華北電力大學(xué)，2011

[2] 王欣. 搬運(yùn)機(jī)器人在鉆桿生產(chǎn)線物料輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]工業(yè)儀表與自動化裝置，2014.6

5.作者簡介

王欣（1975- ）男，講師，主要從事機(jī)電一體化教學(xué)和研究工作。