鉆桿生產線管體進料控制的改進及應用

楊勇平，黃勝偉，李 真

（中國石油渤海裝備鉆井裝備公司，河北滄州 062658）

1 存在的問題及現狀分析

渤海能克鉆桿有限公司是一家生產銷售API 標準全系列鉆桿的專業制造廠家。公司的鉆桿制造采用一條由日本引進的自動化生產線，生產線包括鉆具接頭加工線和鉆桿摩擦壓接線。鉆具接頭加工線負責鉆具接頭加工，鉆桿摩擦壓接線任務是把加工好的鉆具接頭與管體進行焊接，最終得到鉆桿產品。鉆桿摩擦壓接線的管體進料裝置由國內制作，其設備由進料臺架、外翻料器、室外輸送輥道、內翻料器、室內輸送輥道和操作臺組成，其進料控制采用傳統的普通繼電接觸器進行控制，需要專人手動控制操作，操作繁瑣，設備在使用中出現控制系統故障率高，維修成本加大，生產效率低的問題。經過分析，主要原因是繼電器接觸器控制系統中的各種中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器、交流接觸器較多，各工位的動作、控制繁簡不同，各自需要保護周密，因此電氣控制線路也相應復雜。由于觸點多、繼電器動作頻繁，造成電器故障多、維修量大。

2 改進方案

為解決上述技術問題，所采取的技術方案是：一種用于管體運送的自動控制裝置?？紤]到PLC 作為一種新興的、典型的順序控制系統，具有靈活的系統配置，穩定的過程控制，方便的接口電路，快捷的編程方式，維護方便等諸多優越性，采用PLC 取代繼電接觸器控制，在室外進料臺架和室內料臺及輥道合適的位置上安裝7 個接觸式接近開關NS0～NS6 和1 個行程開關LS1，并利用PLC 控制柜實現管體運送的自動控制，見圖1 和圖2。

其特征在于包括主回路和控制回路，380 V 交流電源依次經主開關S1、主接觸器K1 和電機開關S3 接輥道電機M1 的電源輸入端，輥道電機M2～M9 的電源輸入端分別經電機開關S4～S11 接主接觸器K1 與電機開關S3 之間的主線路，380 V 交流電源中的一相和接地端經開關S2 接24 V 直流電源的輸入端，主接觸器K2、電磁閥KD1 和電磁閥KD2 分別經繼電器J1～J3接開關S2 與24 V 直流電源之間的支線路，PLC 控制柜的電源輸入端接開關S2 與24 V 直流電源之間的支線路；無接觸式接近 開 關NS0～NS6 和行程開關LS1 分別并聯在24 V 直流電源的輸出端?？紤]到公司備品備件的一致性、通用性，選用三菱公司的Q 系列PLC。圖3 是方案的平面布置示意圖。

圖1 主回路原理

圖2 控制回路原理

自動控制裝置有手動、自動兩種控制方式，在發生危險等緊急情況下，不管處于何種控制方式均可操作PLC 控制柜的控制面板上的急停按鈕，斷開控制回路，讓設備運轉停止，來保證所述裝置運行的安全性。其中手動控制內容有：輥道運轉、輥道停止、外翻料器升、外翻料器降、內翻料器升、內翻料器降。自動控制方式下運行PLC 程序，根據無接觸式接近開關NS0～NS6 和1個行程開關LS1 的感應信號，自動控制輥道運轉、停止，外翻料器升、降，內翻料器升、降，料滿10 min 自動停動作，實現管體由室外進料臺架至室內料臺的自動運送。

運行方式選擇“自動”的條件是：內、外翻料器必須在下降位（原點位），急停按鈕不能被按下。當運行方式選擇“自動”后，輸送輥道開始運轉，無接觸式接近開關NS1 檢測到有料，同時無接觸式接近開關NS0 和NS2 未檢測到室外進料臺架有料，外翻料器撥桿上升3.6 s 后，將第一根管體放到輥道上，外翻料器撥桿下降，隨著管體在輥道上的前進，管體離開無接觸式接近開關NS0 和NS2，此時，由于后續管體在室外進料臺架上移動，無接觸式接近開關NS1 檢測到有料，外翻料器撥桿上升再次翻料，第一根管體經過無接觸式接近開關NS3，當運行至無接觸式接近開關NS5 或行程開關LS1 時，使之感應到有管體時，內翻料器上升，將管體送出，輥道一直在運轉，后續管體在輥道上被運送，此時，如果無接觸式接近開關NS3 感應到有管體時，輥道立即停轉，防止管體在輥道上前進，當內翻料器下降時，內翻料器與管體碰撞；當第一根管體經過無接觸式接近開關NS6 時，無接觸式接近開關NS6 感應到有管體通過后，內翻料器下降，當無接觸式接近開關NS4 感應到內翻料器下降到位后，可進行下次翻料。如此連續運行，將后續管體連續不斷的運送到室內料臺上。

圖3 方案的平面布置

當無接觸式接近開關NS6 一直感應到有管體時，表示室內料臺料滿，內翻料器停止翻料，輥道停止運轉，經過10 min 后，自動運行方式自動停止。

3 改進效果

在現場近1年的使用中，管體進料自動控制裝置安全高效，操作、控制簡便，設備故障率接近于零，極大的減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。此外，自動控制裝置結構簡單，制造成本較低，具有較好的推廣和使用前景。