[摘要]本文通過對鋼管自動噴碼系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)分析其工作原理，提出了一種鋼管管端測量算法，特別是詳細(xì)說明了計(jì)數(shù)模塊FM350M-1和編碼器在此工業(yè)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]管端測量算法、計(jì)數(shù)模塊、編碼器、鋼管識別技術(shù)、信息化管理

0前言

傳統(tǒng)鋼管生產(chǎn)廠家對鋼管信息采集往往采用人工紙質(zhì)記錄的形式，不同工位操作員分別對該工位的鋼管生產(chǎn)信息、質(zhì)量信息以及檢驗(yàn)信息進(jìn)行手動填寫，逐批記錄往下個工位傳遞，鋼管自動噴碼系統(tǒng)要至少架構(gòu)在鋼管信息管理系統(tǒng)MES層面，否則鋼管識別技術(shù)不能體現(xiàn)出來。這樣鋼管自動噴碼系統(tǒng)的作用不可小視，它的好壞直接影響整個鋼管信息管理系統(tǒng)的作業(yè)效率。

鋼管自動噴碼系統(tǒng)的作用就是把鋼管ID改變了“身份證”的表達(dá)方式，代替了紙質(zhì)記錄，方便在鋼管生產(chǎn)和質(zhì)量檢驗(yàn)工藝流程中實(shí)時跟蹤各根鋼管的工作狀態(tài)，將鋼管信息反饋到生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)者手中，進(jìn)而更加快捷的掌握鋼管生產(chǎn)流，對有缺陷的不合格鋼管進(jìn)行及時準(zhǔn)確分析調(diào)整，更加程度地提高鋼管生產(chǎn)效率，有效保證鋼管生產(chǎn)的一次合格率。

針對螺旋縫埋弧焊（SAWH）生產(chǎn)工藝，鋼管管號識別技術(shù)應(yīng)用了其中最為普通的一種人工識別、手動輸入的方式，利用自動噴碼系統(tǒng)將鋼管相關(guān)的信息納入信息化管理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集存儲。

FM350-1是用于S7-300/M7-300控制系統(tǒng)中的高速計(jì)數(shù)的功能模塊，模塊上有一個計(jì)數(shù)通道，可以實(shí)現(xiàn)周期計(jì)數(shù)、單次計(jì)數(shù)、連續(xù)計(jì)數(shù)和頻率、轉(zhuǎn)速、周期的測量。它可以連接源型、漏型以及推挽式接口的編碼器。該計(jì)數(shù)模塊在鋼管噴碼系統(tǒng)中的作用是將編碼器現(xiàn)場采集到的脈沖信號接入到PLC中，通過控制它的周期連續(xù)時間來中斷復(fù)位進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼管運(yùn)動狀態(tài)下所要求管端檢測距離范圍內(nèi)完成噴印動作。這是技術(shù)相當(dāng)關(guān)鍵的一環(huán)，也是涉及其他相關(guān)設(shè)備比較多的過程。編碼器的精準(zhǔn)度直接影響整個噴碼系統(tǒng)的誤差大小。所以對編碼器的選型也是值得考慮的。

1自動噴碼系統(tǒng)的設(shè)備組成及功能

1.1硬件設(shè)備組成

自動噴碼系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成有上位機(jī)研華工控機(jī)PC610L、PLCCPUS7-300312-2DP、高速計(jì)數(shù)模塊FM350-1、Profibus網(wǎng)絡(luò)板卡5611、三套集成式噴印控制器和噴頭、油漆和清洗劑泵柜、機(jī)架裝置以及測速輪裝置。其中機(jī)架裝置是用來固定3個噴頭，并根據(jù)鋼管規(guī)格調(diào)整噴頭位置。測速輪裝置是為了保證噴印質(zhì)量，給噴頭提供速度信號的。它由底座、同步輪、彈簧、編碼器組成。

圖1自動噴碼系統(tǒng)的設(shè)備硬件組成圖

1.2自動噴碼系統(tǒng)的功能亮點(diǎn)

自動噴碼系統(tǒng)功能一大亮點(diǎn)是三個噴頭機(jī)架帶有碰撞防護(hù)，是將噴頭座安裝在擺動架上，當(dāng)鋼管撞擊噴頭時，擺動架會旋轉(zhuǎn)避讓鋼管，同時觸發(fā)傳感器進(jìn)行報(bào)警提示。

自動噴碼系統(tǒng)功能又一大亮點(diǎn)是數(shù)據(jù)源可以使手動錄入也可以和飛剪崗位通訊完成自動錄入鋼管編號。

1.3自動噴碼系統(tǒng)的通訊連接

自動噴碼系統(tǒng)的通訊分兩部分，其一是上位機(jī)工控機(jī)PC與PLCS7-300CPU312之間借助ProfibusDP5611網(wǎng)絡(luò)板卡通過S7-300MPI通訊建立起通訊關(guān)系；另一個是上位機(jī)工控機(jī)PC與集成式噴頭控制器之間通過RS232端口通訊建立的。

2自動噴碼系統(tǒng)的工作原理

2.1自動噴碼系統(tǒng)的工作流程

自動噴碼系統(tǒng)是在預(yù)焊后飛剪崗位將鋼管切割下自動生成一個鋼管編號，按照該鋼管編號在此鋼管首尾兩端指定位置自動噴碼，方便在其他崗位來做標(biāo)識確認(rèn)。

它分鋼管管首噴碼和管尾噴碼兩部分。其中管首噴碼要找到管首噴碼起始位置。這個位置是鋼管管首到滾輪位置時還需要前進(jìn)的距離，這和系統(tǒng)界面設(shè)置噴標(biāo)位置有關(guān)。如果噴頭位置和滾輪位置在同一水平線上，噴頭打印系統(tǒng)響應(yīng)足夠快的話，系統(tǒng)界面設(shè)置的噴標(biāo)位置即是鋼管管端到滾輪位置時還需要前進(jìn)的距離。在實(shí)際安裝中一定會有偏差，噴頭打印響應(yīng)也需要一定時間，這樣的話就需要現(xiàn)場靈活調(diào)節(jié)來滿足實(shí)際精度。見圖2所示。

圖2自動噴碼系統(tǒng)的管首噴碼工作流程圖

相對管首噴碼來說，管尾噴碼就難點(diǎn)大些。它需要管首記錄一下噴標(biāo)長度A和噴標(biāo)位置B。因?yàn)榇蛴z測限位和滾輪之間的距離C是固定的，這樣滾輪需要前進(jìn)的距離就可以計(jì)算出來。進(jìn)而找出管尾開始噴碼的位置。如圖3所示。

圖3自動噴碼系統(tǒng)的管尾噴碼工作流程圖

2.2自動噴碼系統(tǒng)的測量算法

自動噴碼系統(tǒng)關(guān)鍵測量算法是應(yīng)用了FM350M-1計(jì)數(shù)模塊和米勒編碼器。其中計(jì)數(shù)模塊FM350M-1的安裝、對編碼器詳細(xì)參數(shù)設(shè)置以及功能CNT_CTL1（FC2）塊調(diào)用等注意事項(xiàng)。

若以滾輪位置為參考點(diǎn)，管首噴碼時噴頭開始噴碼的位置就是管首在滾輪位置需要前進(jìn)距離即噴碼位置B，管首噴碼結(jié)束位置為（A+B）；若以打印檢測位置為參考點(diǎn)，管尾噴碼時噴頭開始噴碼的位置即是（C-A-B），管尾噴碼結(jié)束位置為（C-B）。

2.3自動噴碼系統(tǒng)的計(jì)數(shù)模塊

自動噴碼系統(tǒng)的管首管尾開始噴碼位置找的是否精準(zhǔn)關(guān)鍵要看編碼器的精度和與計(jì)數(shù)模塊FM350M-1配合程度。在這里特別介紹一下計(jì)數(shù)模塊，它的外觀和模擬量輸入模塊基本一致，也有自身的量程卡。它在STEP7硬件組態(tài)里需要設(shè)置編碼器參數(shù)，這個必須和實(shí)際編碼器相匹配。在這里值得一提的是，需要安裝計(jì)數(shù)模塊固定安裝包FM-ConfigPackage_V102。安裝成功后才可以進(jìn)行參數(shù)配置。如圖4所示。

圖4計(jì)數(shù)模塊的硬件組態(tài)屬性圖

如圖5所示，在這里我們根據(jù)選擇的MEYLE編碼器FINS58,MY029CH5..30V，在計(jì)數(shù)模塊Encoder里信號類型里勾選“24Vincremental”，信號估值勾選“single”，計(jì)數(shù)方向“normal”，其他默認(rèn)即可。

圖5編碼器的參數(shù)設(shè)置圖

圖6FM350-1計(jì)數(shù)模式選擇圖

計(jì)數(shù)模式一般分三種：連續(xù)計(jì)數(shù)、單次計(jì)數(shù)、循環(huán)計(jì)數(shù)。連續(xù)計(jì)數(shù)是從當(dāng)前計(jì)數(shù)值開始，當(dāng)是增計(jì)數(shù)時如果計(jì)數(shù)值到達(dá)上限，再一次計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)，將跳轉(zhuǎn)到下限。然后從此位置開始不丟失任何脈沖的連續(xù)計(jì)數(shù)。單次計(jì)數(shù)當(dāng)門打開時，F(xiàn)M350-1從裝載值開始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)極限停止。循環(huán)計(jì)數(shù)是當(dāng)門開時，在裝載值和計(jì)數(shù)極限之間的范圍開始計(jì)數(shù)。31位計(jì)數(shù)模式應(yīng)用計(jì)數(shù)上限最高設(shè)置到+2417483647，下限最低設(shè)置到-2417483648。32位計(jì)數(shù)模式應(yīng)用計(jì)數(shù)上限最高設(shè)置到+4294967295，下限最低設(shè)置到0。計(jì)數(shù)模塊的門控制功能可以使用硬件門（HWgate）和軟件門（SWgate）控制FM350-1的計(jì)數(shù)過程，包含開始和停止計(jì)數(shù)。在這里我們選擇32位計(jì)數(shù)模式、帶軟件門的連續(xù)計(jì)數(shù)方式為例，如圖6所示。

2.4自動噴碼系統(tǒng)的工作原理

圖7自動噴碼系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖

如圖7所示，不難看出：上位機(jī)工控機(jī)PC是通訊中心，它不僅與S7-300CPU通訊，而且連接著三套集成式噴印控制器，進(jìn)而控制3套噴頭的同步噴印。

圖8自動噴碼系統(tǒng)軟件界面

3結(jié)論

最近幾年來，自動噴碼系統(tǒng)在螺旋埋弧焊管機(jī)組中應(yīng)用也處于不斷發(fā)展?fàn)顟B(tài)，技術(shù)方面也是不斷改進(jìn)完善。它的應(yīng)用不止是減少了操作崗位人員的工作量，方便了鋼管識別，更重要是提高了作業(yè)效率，提高了自動化水平。

鋼管自動噴碼系統(tǒng)本身也會有缺點(diǎn)。比如在噴頭裝置與控制器部分，氣管和油漆、清洗劑管路的日常維護(hù)保養(yǎng)這個環(huán)節(jié)很是薄弱，但也很關(guān)鍵。這塊設(shè)備比較分散，不集中，這樣會造成管路很長，油漆會中途凝固可能會堵塞管路。鋼管生產(chǎn)的不飽滿性也會加重維護(hù)保養(yǎng)任務(wù)。噴頭、控制器、油漆、清洗劑、連接管路等設(shè)備的集成也會是今后發(fā)展的一個方向。