螺旋焊管扩径装备智能化的研究与实践

为了提高现有螺旋焊管生产线扩径设备自动化、信息化、智能化水平，联合采用RFID（射频识别技术）、机器人、MES系统及物联网平台等技术，对现有螺旋焊管扩径设备进行了改造。

介绍了焊管生产线扩径工序的自动模式及其相应的运动控制流程，智能化过程中的数据交互，扩径工序的执行过程，及扩径工序模拟图及工艺数据的自动生成、自动测量、自动判定，及判定结果的自动保存等工作过程。实际使用结果表明，对螺旋焊管扩径设备进行的智能化改造提高了钢管的扩径质量和扩径效率，达到了预期的效果。

近年来，我国提出了“中国制造2025”计划，螺旋焊管装备的自动化、智能化技术提升势在必行。目前，螺旋焊管生产线上扩径工序设置和扩径前后钢管直径的测量均为手动操作，现场工作环境差，劳动强度大，设备自动化、信息化程度较低。随着RFID（射频识别技术）技术、机器人应用、MES系统及物联网平台的搭建扩径工序实现智能化装备制造具备了成熟、可靠的技术基础。本研究以螺旋焊管扩径工序为对象，对其进行了智能化装备制造实践，提高了扩径设备的自动化、智能化水平。

1螺旋焊管扩径工序自动化

1.1扩径工序自动模式

螺旋焊管扩径工序自动化是指钢管传输、机器人测量、扩径机充液、扩径、缩回都能实现全程自动化操作。具体过程为：钢管自动输送到测量位置，机器人自动测量，并依据测量结果进行判断，然后自动充液、扩径、缩回，最后自动对中、自动给运管小车传递送管信号，即所有扩径工序的动作均由系统自动完成。

1.2运动控制流程

螺旋焊管扩径系统中设置有校验界面，使用前可用标准样环对设备进行校准，并在使用过程中对测量结果的精度进行验证。生产前，只需通过人机界面设定好所需测量钢管的外径、壁厚、测量点距管端的距离等必要参数，测量系统能够自动调整测量传感器位置，从而满足生产需要，无需人工手动调整，以确保整个测量系统的精度。

2螺旋焊管扩径工序信息化

2.1 MES系统

MES系统作为一套面向分厂级的生产信息化管理系统，为分厂提供了包括数据管理、计划管理、生产调度管理、质量管理、生产过程控制及跟踪管理等模块。作为ERP系统的下层架构，MES系统有效关联了管理层级和现场层级的数据交互。

目前扩径工序钢管加工完成后，岗位人员需要手动录入扩径前周长、扩径后周长、扩径差、椭圆度等工艺数据。

2.2 RFID系统

RFID（射频识别技术）是一种管号自动识别方式，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需在识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。

2.3物联网平台

物联网平台可以安全、有效的存储与利用现有钢管生产工艺及质量数据，并对采集来的生产工艺、生产质量数据进行分析，建立生产工艺分析优化模型，从而指导生产，提高产品质量。螺旋焊管扩径工序信息化时，需采集的生产工艺质量数据有扩径前周长、扩径后周长、扩径差、椭圆度、扩径时间等。

3螺旋焊管扩径工序智能化

3.1扩径工序数据交互

工控机软件获取RFID系统上传管号数据的方式为：工控机接入MES执行网，RFID系统通过访问工控机IP地址的方式向工控机软件推送管号信息。

工控机软件与MES系统数据交互的方式为：工控机接入MES执行网，双方采用第三方数据表，基于Webservice应用程序进行交互访问。

工控机软件与PLC系统数据交互的方式为：基于TCP/IP的以太网接口互联互通，c/s结构，PLC作为Server端，工控机作为Client端。

3.2扩径工序执行过程

3.2.1扩径工序正向执行过程

扩径工序正向执行过程流程如图4所示。正向执行过程包括RFID系统自动识别管号信息与MES系统关联数据、向PLC发送指令自动扩径等。具体执行过程如下：

（1）RFID系统自动识别钢管管号，向扩径工控机发送管号信息。当无法获取管号信息时，报警提示人工判断电子标签是否存在，如果不存在，人工在待加工列表中选择管号或输入管号。（2）工控机接收到管号信息后，从MES系统绑定钢管内部产品号、规格、管线名称等信息。并与扩径标准中合同号匹配，一致则正常自动向下执行，不一致则报警提示人工确认。（3）与扩径标准匹配后，向PLC发送扩径指令，

3.2.2扩径工序反馈执行过程

扩径工序反馈执行过程流程如图5所示。反馈执行过程包括PLC数据上传、数据处理和优化、二次扩径、数据存储及分析等。具体执行过程如下：

PLC系统将扩径数据上传工控机，自动计算优化后数据是否符合扩径标准（工艺数据限值），符合则将扩径工艺数据和模拟图保存至本地工控机数据库、MES系统、物联网平台。自动判断符合标准后，扩径工控机向第三方数据表写入数据，触发MES系统自动读取数据并保存，MES系统获取数据成功后删除第三方数据表记录，等待下次触发。MES记录无需手动录人，当班自动生成打印。

当扩径数据不符合标准，自动判断超上限时发起逆向流程，超下限时向PLC发送指令再次扩径（3）直至扩径数据符合扩径标准结束，将扩径工艺数据和模拟图保存至本地工控机数据库MES系统、物联网平台。

3.3扩径工序数据项

3.3.1扩径工序模拟图及工艺数据

扩径动作完成后，自动生成扩径前、扩径后模拟图及工艺数据，并保存数据及图片。

3.3.2扩径工序的自动测量及判定

扩径过程中，自动测量相关数据，自动判定，生成判定结果报告单，并自动保存。

3.3.3扩径过程中的壁厚变化

对钢管管端壁厚进行测量并生成曲线图，定位管端焊缝位置，进行管端焊缝余高检测。

4结束语

通过对螺旋焊管扩径装备智能化的实践应用，提高了扩径装备自动化、智能化水平，降低了操作人员劳动强度，减少了人为干预，使生产工艺数据更加准确，为产品质量提供了稳定、可靠的技术保障。同时，该系统的应用改变了螺旋焊管扩径工序的工作模式，在行业内具有一定的推广价值。该系统的运行，为螺旋焊管扩径装备的信息化、智能化技术的提升提供了有益的尝试。