厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置制造方法
【專利摘要】一種厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，包括控制柜，現場操作箱，上位機；其中，控制柜安裝在厚壁鋼管生產線周圍，放置于同一聯體柜中，分別為PLC柜、變頻柜、溫控柜、總開關柜；該上位機通過以太網電纜與PLC柜內的CPU模塊實現通信，其操作臺上的按鈕通過硬接線的方式連接至PLC柜的輸入端；該PLC柜通過PROFIBUS-DP電纜與變頻柜串接，通過RS485電纜與溫控柜串接；現場操作箱分別為上料操作箱、卸料操作箱，分別通過硬接線連接至PLC柜；該總開關柜通過硬接線與各控制柜連接。本發(fā)明采用可編程控制器系統控制，采用PROFIBUS-DP網絡和以太網保證控制過程，利于信息共享，減少電纜的鋪設，降低故障率，使用集中控制增加了系統的穩(wěn)定性、靈活性，便于系統維護。
【專利說明】厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣控制領域，主要涉及一種石油勘探用鉆頭管套(厚壁鋼管)的熱處理生產線的電氣控制裝置。

【背景技術】
[0002]厚壁鋼管熱處理控制系統是對厚壁鋼管進行熱處理的控制裝置，在處理過程中對厚壁鋼管進行加熱及冷卻，調整金屬介質的物理特性，在石油勘探熱處理行業(yè)發(fā)揮重要作用。其主要工藝過程是:
[0003]上料機構-感應加熱-淬火加熱-出卸料機構-油水槽淬火機構-控水提升機構-收料機構。
[0004]厚壁鋼管通過上料機構被傳動系統帶動，移動進入感應加熱系統，經感應加熱系統加熱至設定溫度，隨后進入淬火加熱系統加熱到淬火溫度，出爐后經出卸料機構把鋼管移動到油水槽淬火機構，由淬火液冷卻，冷卻到設定時間后，由控水提升機構把鋼管提升(提升過程中鋼管內淬火液流出)至收料機構。
[0005]目前國內厚壁鋼管熱處理行業(yè)普遍采用傳統的繼電控制，使用較為經濟的儀表控制爐溫，并且厚壁鋼管傳動控制也為單個普通電機控制，系統較為簡單。系統傳動控制為單電機拉動厚壁鋼管傳動，淬火爐內有多塊料時，經常出現撞料的情況，影響處理質量，降低了生產效率，溫度控制為儀表獨立控制，與系統集成度較低，出爐部分由單電機控制，由人工調節(jié)出爐速度，完成處理過程。
[0006]傳統的電路控制方式在運行中缺少穩(wěn)定性，故障率較高，靈活性差，傳統的信息傳輸方式穩(wěn)定性差，故障節(jié)點多，控制設備較為簡單，需要過多的操作人員，增加了人力成本，單一的傳動控制使厚壁鋼管在生產過程中產品單一，擴展性不好，不同規(guī)格的鋼管需不同生產線，增加了成本。大量電纜的敷設增加了成本及維護費用。
[0007]有鑒于上述現有的厚壁鋼管熱處理控制系統存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制系統，能夠改進一般現有的厚壁鋼管熱處理控制系統，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經過反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種操作、維護方便、成本較低、通用性較好的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置。
[0009]本發(fā)明的目的及解決其技術問題另外還采用以下技術方案來實現。依據本發(fā)明提出的一種厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，包括控制柜，現場操作箱，上位機；其中，控制柜安裝在厚壁鋼管生產線周圍，放置于同一聯體柜中，分別為PLC柜、變頻柜、溫控柜、總開關柜；該上位機通過以太網電纜與PLC柜內的CPU模塊實現通信，其操作臺上的按鈕通過硬接線的方式連接至PLC柜的輸入端；該？1^(:柜通過PROFIBUS-DP電纜與變頻柜串接，通過RS485電纜與溫控柜串接；現場操作箱分別為上料操作箱10、卸料操作箱11，分別通過硬接線連接至PLC柜；該總開關柜通過硬接線與各控制柜連接。
[0010]本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
[0011]前述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其中所述的PLC柜采用西門子300系列PLC315-2DP/PN中央處理器(CPU)模塊，提供以太網、PR0FIBUS-DP網絡及RS485網絡。
[0012]前述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其中所述的變頻柜采用西門子MM440系列變頻器，上述變頻器通過PR0FIBUS-DP電纜串接。
[0013]前述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其中所述的變頻柜有兩臺，分別為第一變頻柜、第二變頻柜，其中第一變頻柜內的一臺變頻器的輸入端通過PR0FIBUS-DP電纜與PLC柜內的CPU模塊連接。
[0014]前述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其中所述的第一變頻柜內的每個變頻器只控制I臺配有編碼器的變頻電機，第二變頻柜的每個變頻器控制I臺以上的變頻電機。
[0015]前述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其中所述的溫控柜內安裝有溫控儀表，上述溫控儀表通過RS485電纜串接。
[0016]前述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的溫控柜有四臺，分別為第一溫控柜、第二溫控柜、第三溫控柜、第四溫控柜，所述四臺溫控柜串接，其中該第一溫控柜內的一臺溫控儀表的輸入端通過RS485電纜與PLC柜內的CPU模塊連接。
[0017]本發(fā)明與現有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術方案，本發(fā)明一種厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置以進口電氣元件為基礎，將整套設備由原傳統設備的繼電控制改為可編程控制器系統控制，采用PR0FIBUS-DP網絡和以太網保證控制過程，利于信息共享，形成硬冗余能夠更及時、準確、安全的將現場信號送至上位機，減少電纜的鋪設，降低故障率，使用集中控制增加了系統的穩(wěn)定性、靈活性，便于系統維護，減少生產成本。
[0018]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明較佳實施例的設備連接示意圖。
[0020]【主要符號說明】
[0021]1:上位機2:PLC 柜
[0022]3:第一變頻柜4:第二變頻柜
[0023]5:第一溫控柜5:第二溫控柜
[0024]7:第三溫控柜8:第四溫控柜
[0025]9:總開關柜10:上料操作箱
[0026]11:卸料操作箱12:聯體柜
[0027]13:工控機14:顯示器
[0028]15:CPU模塊16:變頻器
[0029]17:溫控儀表18:調功器
[0030]19:斷路器20:配有編碼器的變頻電機
[0031]21:變頻電機22:熱電偶
[0032]23:加熱管24:以太網電纜
[0033]25:PR0FIBUS-DP 電纜26:RS485 電纜

【具體實施方式】
[0034]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發(fā)明提出的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置其【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
[0035]請參閱圖1，本發(fā)明一種厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，包括八臺控制柜，兩臺現場操作箱，一臺上位機I。其中，八臺控制柜放置于同一聯體柜12中，依次為PLC柜2、第一變頻柜3、第二變頻柜4、第一溫控柜5、第二溫控柜6，第三溫控柜7、第四溫控柜8、總開關柜9.該上位機I通過以太網電纜24與PLC柜2內的CPU模塊15實現通信，實現對現場設備的監(jiān)控、數據記錄、歷史查詢、報警查詢；其操作臺上的按鈕通過硬接線的方式連接至PLC柜2，可手動控制現場所有輥道電機的啟動、停止和反轉。該PLC柜2通過PR0FIBUS-DP電纜25與第一變頻柜3、第二變頻柜4串接，并通過RS485電纜26與第一溫控柜5、第二溫控柜6、第三溫控柜7、第四溫控柜8串接。兩臺現場操作箱分別為上料操作箱10、卸料操作箱11，分別通過硬接線連接至PLC柜2。所述的總開關柜9通過硬接線與各控制柜連接。
[0036]較佳的，該上位機I (采用研華工控機13和三星顯示器14)具有手動控制、自動控制兩種模式。在手動控制模式下，用戶在上位機I操作臺上點動按鈕即可實現相應功能。在自動控制模式下，用戶根據不同厚壁鋼管的長度壁厚設定生產線的工藝參數，如加熱溫度、棍道速度等參數，在上位機I畫面上點動自動啟動按鈕，全線自動啟動，無需人工作業(yè)。用戶還可將設定好的工藝參數保存至上位機，生產相同規(guī)格的厚壁鋼管時直接調用即可。
[0037]較佳的，該PLC柜2內包括兩臺AC380變AC220變壓器(2KVA)，用于為交流控制回路和直流電源提供穩(wěn)定的交流電；兩臺AC220邊DC24直流電源(5A)，用于為直流控制回路、現場檢測開關、PLC提供穩(wěn)定的直流電源；一臺西門子300系列PLC315-2DP/PN CPU模塊15，為設備的邏輯控制提供可靠保障，提供以太網、PR0FIBUS-DP網絡、RS485網絡，數字量輸入信號有按鈕的控制信號、開關的反饋信號，熱繼電器的過載信號等，數字量輸出信號有指示燈信號、現場電磁閥信號等。
[0038]較佳的，第一變頻柜3、第二變頻柜4內各安裝有6臺西門子MM440系列變頻器
16。上述變頻器16采用PR0FIBUS-DP電纜25進行串接，其中距離PLC柜2較近的第一變頻柜3內的一臺變頻器16的輸入端與PLC柜2內的CPU模塊15采用PR0FIBUS-DP電纜25連接，實現PLC柜2、第一變頻柜3、第二變頻柜4的串接，確保每臺變頻器16均能通過PR0FIBUS-DP網絡接收到相應的啟停信號及速度信號。其中，第一變頻柜3控制出爐輥道，由于出爐輥道需要精準控制和定位，該第一變頻3內的每臺變頻器16控制一臺配有編碼器的變頻電機20。該第二變頻柜4內的變頻器采用一拖多控制，每臺變頻器16輸出至I臺以上的變頻電機21。同時，由于第一變頻柜3、第二變頻柜4距離現場超過50米，應設計增加變頻器16輸出電抗器，延長變頻器16的有效傳輸距離。
[0039]較佳的，各溫控柜內安裝有兩個溫控儀表17(如導電SR93系列)和兩個調功器18(如杰頓JS3K系列)。上述的溫控儀表17采用RS485電纜26進行串接，其中距離PLC柜2較近的第一溫控柜5內的一個溫控儀表17的輸入端通過RS485電纜26與PLC柜2內的CPU模塊15連接，實現PLC柜及各溫控柜的串接，確保PLC柜2發(fā)送的設定溫度信號能傳送至各溫控柜。同時各溫控柜內的溫控儀表17采用硬接線與現場熱電偶22連接，分別接受現場熱電偶22的反饋溫度信號和通過RS485網絡接收到的PLC柜2的設定溫度信號，實現溫度的閉環(huán)控制，其輸出端與調功器18連接；該調功器18接受溫控儀表17輸出的模擬量信號(4-20MA)，并根據該信號控制現場各區(qū)加熱管23的加熱功率。
[0040]較佳的，前述的總開關柜9安裝有斷路器19 (如上海人民1200A框架斷路器)，通過安裝在各個柜子上的母線橫梁把母排電源送至各個控制柜。
[0041]實際作業(yè)中，八臺控制柜放置于同一聯體柜12中，安裝在厚壁鋼管生產線周圍，上位機11放置在PLC柜2周圍，上料操作箱10放置于上料機構周圍，卸料操作箱11放置在卸料機構周圍，所述電纜可埋設在電纜溝中。該電氣控制裝置可分別采用手動控制、自動控制兩種模式。
[0042]在手動控制模式下，如果現場操作箱設置為就地模式，點動上料操作箱10、卸料操作箱11上相應功能的按鈕后PLC柜2內會接收到相應信號，并根據處理后的信號經由PR0FIBUS-DP網絡控制各個變頻器16的狀態(tài)，從而分別控制現場相應區(qū)域的配有編碼器的變頻電機20、變頻電機21，同時上位機I上設定好的溫度信號經由以太網傳送至PLC柜2，并經由PLC柜2處理后通過RS485網絡控制各個溫控儀表17，各個溫控儀表17輸出模擬量信號至調功器18，從而分別控制現場相應區(qū)域的加熱管23 ;如果現場操作箱設置為遠程模式，此時上料操作箱10、卸料操作箱11上的按鈕將不起作用，作業(yè)人員可根據不同厚壁鋼管的長度壁厚在上位機I的操作臺上設定生產線的工藝系數，輸入加熱溫度、輥道速度等參數，并將相應的參數信號經以太網傳送至PLC柜2，根據處理后的信號PLC柜2分別經由PR0FIBUS-DP網絡、RS485網絡控制各個變頻器16、溫控儀表17的狀態(tài)，從而精準地控制現場各區(qū)的配有編碼器的變頻電機20、變頻電機21、加熱管23，高效地完成厚壁鋼管的熱處理作業(yè)。
[0043]在自動控制模式下，根據上位機I操作臺上設定好的或保存在上位機I內的生產工藝系數，只需在畫面上點動自動啟動按鈕后，各控制裝置會根據相應的工藝參數全線自行啟動，無需人工操作，高效的完成厚壁鋼管的熱處理作業(yè)。
[0044]綜上所述，依據所述的技術方案，本發(fā)明以進口電氣元件為基礎，將整套設備由原傳統設備的繼電控制改為可編程控制器系統控制，采用PR0FIBUS-DP網絡和以太網保證控制過程，利于信息共享，形成硬冗余能夠更及時、準確、安全的將現場信號送至上位機1，減少電纜的鋪設，降低故障率，使用集中控制增加了系統的穩(wěn)定性、靈活性，便于系統維護，減少生產成本。
[0045]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于包括控制柜，現場操作箱，上位機； 其中，控制柜安裝在厚壁鋼管生產線周圍，放置于同一聯體柜中，分別為PLC柜、變頻柜、溫控柜、總開關柜；該上位機通過以太網電纜與PLC柜內的CPU模塊實現通信，其操作臺上的按鈕通過硬接線的方式連接至PLC柜；該？1^(:柜通過PROFIBUS-DP電纜與變頻柜串接，通過RS485電纜與溫控柜串接；現場操作箱分別為上料操作箱10、卸料操作箱11，分別通過硬接線連接至PLC柜；該總開關柜通過硬接線與各控制柜連接。
2.根據權利要求1所述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的PLC柜采用西門子300系列PLC315-2DP/PN中央處理器(CPU)模塊，提供以太網、PROFIBUS-DP 網絡及 RS485 網絡。
3.根據權利要求1所述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的變頻柜采用西門子MM440系列變頻器，上述變頻器通過PROFIBUS-DP電纜串接。
4.根據權利要求3所述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的變頻柜有兩臺，分別為第一變頻柜、第二變頻柜，其中第一變頻柜內的一臺變頻器的輸入端通過PROFIBUS-DP電纜與PLC柜內的CPU模塊連接。
5.根據權利要求4所述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的第一變頻柜內的每個變頻器只控制I臺配有編碼器的變頻電機，第二變頻柜的每個變頻器控制I臺以上的變頻電機。
6.根據權利要求1所述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的溫控柜內安裝有溫控儀表，上述溫控儀表通過RS485電纜串接。
7.根據權利要求6所述的厚壁鋼管熱處理生產線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的溫控柜有四臺，分別為第一溫控柜、第二溫控柜、第三溫控柜、第四溫控柜，所述四臺溫控柜串接，其中該第一溫控柜內的一臺溫控儀表的輸入端通過RS485電纜與PLC柜內的CPU模塊連接。
【文檔編號】C21D9/08GK104263903SQ201410507431
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權日:2014年9月28日
【發(fā)明者】姚長瑩, 張磊 申請人:洛陽新思路電氣股份有限公司