厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)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(chǎn)線的電氣控制裝置，包括控制柜，現(xiàn)場操作箱，上位機；其中，控制柜安裝在厚壁鋼管生產(chǎn)線周圍，放置于同一聯(lián)體柜中，分別為PLC柜、變頻柜、溫控柜、總開關(guān)柜；該上位機通過以太網(wǎng)電纜與PLC柜內(nèi)的CPU模塊實現(xiàn)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(xiàn)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(guān)柜通過硬接線與各控制柜連接。本實用新型采用可編程控制器系統(tǒng)控制，采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)保證控制過程，利于信息共享，減少電纜的鋪設(shè)，降低故障率，使用集中控制增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性，便于系統(tǒng)維護。
【專利說明】厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電氣控制領(lǐng)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(chǎn)線的電氣控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]厚壁鋼管熱處理控制系統(tǒng)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(diào)整金屬介質(zhì)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(gòu)-感應(yīng)加熱-淬火加熱-出卸料機構(gòu)-油水槽淬火機構(gòu)-控水提升機構(gòu)-收料機構(gòu)。
[0004]厚壁鋼管通過上料機構(gòu)被傳動系統(tǒng)帶動，移動進入感應(yīng)加熱系統(tǒng)，經(jīng)感應(yīng)加熱系統(tǒng)加熱至設(shè)定溫度，隨后進入淬火加熱系統(tǒng)加熱到淬火溫度，出爐后經(jīng)出卸料機構(gòu)把鋼管移動到油水槽淬火機構(gòu)，由淬火液冷卻，冷卻到設(shè)定時間后，由控水提升機構(gòu)把鋼管提升(提升過程中鋼管內(nèi)淬火液流出)至收料機構(gòu)。
[0005]目前國內(nèi)厚壁鋼管熱處理行業(yè)普遍采用傳統(tǒng)的繼電控制，使用較為經(jīng)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(tǒng)較為簡單。系統(tǒng)傳動控制為單電機拉動厚壁鋼管傳動，淬火爐內(nèi)有多塊料時，經(jīng)常出現(xiàn)撞料的情況，影響處理質(zhì)量，降低了生產(chǎn)效率，溫度控制為儀表獨立控制，與系統(tǒng)集成度較低，出爐部分由單電機控制，由人工調(diào)節(jié)出爐速度，完成處理過程。
[0006]傳統(tǒng)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(tǒng)的信息傳輸方式穩(wěn)定性差，故障節(jié)點多，控制設(shè)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(chǎn)過程中產(chǎn)品單一，擴展性不好，不同規(guī)格的鋼管需不同生產(chǎn)線，增加了成本。大量電纜的敷設(shè)增加了成本及維護費用。
[0007]有鑒于上述現(xiàn)有的厚壁鋼管熱處理控制系統(tǒng)存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)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(shè)一種新型的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)，能夠改進一般現(xiàn)有的厚壁鋼管熱處理控制系統(tǒng)，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)過反復(fù)試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本實用新型。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型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(chǎn)線的電氣控制裝置。
[0009]本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題另外還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本實用新型提出的一種厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置，包括控制柜，現(xiàn)場操作箱，上位機；其中，控制柜安裝在厚壁鋼管生產(chǎn)線周圍，放置于同一聯(lián)體柜中，分別為PLC柜、變頻柜、溫控柜、總開關(guān)柜；該上位機通過以太網(wǎng)電纜與PLC柜內(nèi)的CPU模塊實現(xiàn)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(xiàn)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(guān)柜通過硬接線與各控制柜連接。
[0010]本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0011]前述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)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(wǎng)、PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)及RS485網(wǎng)絡(luò)。
[0012]前述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)的一臺變頻器的輸入端通過PR0FIBUS-DP電纜與PLC柜內(nèi)的CPU模塊連接。
[0014]前述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的第一變頻柜內(nèi)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(chǎn)線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的溫控柜內(nèi)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(chǎn)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(nèi)的一臺溫控儀表的輸入端通過RS485電纜與PLC柜內(nèi)的CPU模塊連接。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本實用新型一種厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置以進口電氣元件為基礎(chǔ)，將整套設(shè)備由原傳統(tǒng)設(shè)備的繼電控制改為可編程控制器系統(tǒng)控制，采用PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)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(xiàn)場信號送至上位機，減少電纜的鋪設(shè)，降低故障率，使用集中控制增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性，便于系統(tǒng)維護，減少生產(chǎn)成本。
[0018]上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、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是本實用新型較佳實施例的設(shè)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(guān)柜10:上料操作箱
[0026]11:卸料操作箱12:聯(lián)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(diào)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(wǎng)電纜
[0033]25:PR0FIBUS-DP 電纜 26:RS485 電纜

【具體實施方式】
[0034]為更進一步闡述本實用新型為達成預(yù)定實用新型目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置其【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。
[0035]請參閱圖1，本實用新型一種厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置，包括八臺控制柜，兩臺現(xiàn)場操作箱，一臺上位機I。其中，八臺控制柜放置于同一聯(lián)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(guān)柜9.該上位機I通過以太網(wǎng)電纜24與PLC柜2內(nèi)的CPU模塊15實現(xiàn)通信，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控、數(shù)據(jù)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(xiàn)場所有輥道電機的啟動、停止和反轉(zhuǎn)。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(xiàn)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(guān)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(xiàn)相應(yīng)功能。在自動控制模式下，用戶根據(jù)不同厚壁鋼管的長度壁厚設(shè)定生產(chǎn)線的工藝參數(shù)，如加熱溫度、棍道速度等參數(shù)，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(shè)定好的工藝參數(shù)保存至上位機，生產(chǎn)相同規(guī)格的厚壁鋼管時直接調(diào)用即可。
[0037]較佳的，該PLC柜2內(nèi)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(xiàn)場檢測開關(guān)、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(shè)備的邏輯控制提供可靠保障，提供以太網(wǎng)、PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)、RS485網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字量輸入信號有按鈕的控制信號、開關(guān)的反饋信號，熱繼電器的過載信號等，數(shù)字量輸出信號有指示燈信號、現(xiàn)場電磁閥信號等。
[0038]較佳的，第一變頻柜3、第二變頻柜4內(nèi)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(nèi)的一臺變頻器16的輸入端與PLC柜2內(nèi)的CPU模塊15采用PR0FIBUS-DP電纜25連接，實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)接收到相應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)場超過50米，應(yīng)設(shè)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(nèi)安裝有兩個溫控儀表17(如導(dǎo)電SR93系列)和兩個調(diào)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(nèi)的一個溫控儀表17的輸入端通過RS485電纜26與PLC柜2內(nèi)的CPU模塊15連接，實現(xiàn)PLC柜及各溫控柜的串接，確保PLC柜2發(fā)送的設(shè)定溫度信號能傳送至各溫控柜。同時各溫控柜內(nèi)的溫控儀表17采用硬接線與現(xiàn)場熱電偶22連接，分別接受現(xiàn)場熱電偶22的反饋溫度信號和通過RS485網(wǎng)絡(luò)接收到的PLC柜2的設(shè)定溫度信號，實現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制，其輸出端與調(diào)功器18連接；該調(diào)功器18接受溫控儀表17輸出的模擬量信號(4-20MA)，并根據(jù)該信號控制現(xiàn)場各區(qū)加熱管23的加熱功率。
[0040]較佳的，前述的總開關(guān)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(lián)體柜12中，安裝在厚壁鋼管生產(chǎn)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(gòu)周圍，卸料操作箱11放置在卸料機構(gòu)周圍，所述電纜可埋設(shè)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(xiàn)場操作箱設(shè)置為就地模式，點動上料操作箱10、卸料操作箱11上相應(yīng)功能的按鈕后PLC柜2內(nèi)會接收到相應(yīng)信號，并根據(jù)處理后的信號經(jīng)由PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)控制各個變頻器16的狀態(tài)，從而分別控制現(xiàn)場相應(yīng)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(shè)定好的溫度信號經(jīng)由以太網(wǎng)傳送至PLC柜2，并經(jīng)由PLC柜2處理后通過RS485網(wǎng)絡(luò)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(diào)功器18，從而分別控制現(xiàn)場相應(yīng)區(qū)域的加熱管23 ;如果現(xiàn)場操作箱設(shè)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(jù)不同厚壁鋼管的長度壁厚在上位機I的操作臺上設(shè)定生產(chǎn)線的工藝系數(shù)，輸入加熱溫度、輥道速度等參數(shù)，并將相應(yīng)的參數(shù)信號經(jīng)以太網(wǎng)傳送至PLC柜2，根據(jù)處理后的信號PLC柜2分別經(jīng)由PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)、RS485網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)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(jù)上位機I操作臺上設(shè)定好的或保存在上位機I內(nèi)的生產(chǎn)工藝系數(shù)，只需在畫面上點動自動啟動按鈕后，各控制裝置會根據(jù)相應(yīng)的工藝參數(shù)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(jù)所述的技術(shù)方案，本實用新型以進口電氣元件為基礎(chǔ)，將整套設(shè)備由原傳統(tǒng)設(shè)備的繼電控制改為可編程控制器系統(tǒng)控制，采用PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)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(xiàn)場信號送至上位機1，減少電纜的鋪設(shè)，降低故障率，使用集中控制增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性，便于系統(tǒng)維護,減少生產(chǎn)成本。
[0045]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型做任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置，其特征在于包括控制柜，現(xiàn)場操作箱，上位機； 其中，控制柜安裝在厚壁鋼管生產(chǎn)線周圍，放置于同一聯(lián)體柜中，分別為PLC柜、變頻柜、溫控柜、總開關(guān)柜；該上位機通過以太網(wǎng)電纜與PLC柜內(nèi)的CPU模塊實現(xiàn)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(xiàn)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(guān)柜通過硬接線與各控制柜連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)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(wǎng)、PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)及 RS485 網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)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(nèi)的一臺變頻器的輸入端通過PROFIBUS-DP電纜與PLC柜內(nèi)的CPU模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的第一變頻柜內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)線的電氣控制裝置，其特征在于其中所述的溫控柜內(nèi)安裝有溫控儀表，上述溫控儀表通過RS485電纜串接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的厚壁鋼管熱處理生產(chǎn)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(nèi)的一臺溫控儀表的輸入端通過RS485電纜與PLC柜內(nèi)的CPU模塊連接。
【文檔編號】C21D11/00GK204111832SQ201420562812
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)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