西门子PLC在钢管测量系统中的应用

张雪瑞吴亮

(天津钢管集团股份有限公司天津市300301)

摘要：自改革开放四十年来我国的经济实力、军事实力、政治地位都得到了很大的提高，制造业、医疗行业、餐饮、建筑等各行各业都在这些年里取得了不同程度的发展和进步，同时为我国酝酿了良好的政治、文化、法律的环境氛围，这才使得我国各行各业兴盛发展、国家基础建设越来越完善，许多工程的建设、各类机械设备的生产制造都离不开钢管产品，因此也对钢管生产企业对与产品的生产效率和质量都有了更高的要求，钢管生产企业进一步加强对生产过程中的测量工作也是必不可少的，本文从天津钢管集团股份有限公司精装线中测量系统的基本职能和作用着手，并根据工位顺序对测量系统当中测长、称重、打标等不同环节的工作原理方式进行阐述，并参照实际工作状况对西门子PLC在钢管测量系统中的应用情况进行简单的分析探究。

关键词：钢管；测量系统；西门子PLC

引言：各类机械制造企业的生产和发展都离不开钢管产品的使用，随着市场竞争的日渐激烈，想要更好地提升自身的竞争力就必须做好对产品质量的控制，钢管生产过程中的测量系统是生产线当中的一部分，测量系统能够对钢管进行长度、质量的精确测量，进一步能够根据钢管的自身数据来进行成本的核算和质量的控制。同时测量系统对生产出的钢管进行钢种、钢级、管号等基本信息信息的标注，以便于钢管的区分和销售，钢管的各类信息也能够归纳汇总到系统当中便于查询和管理。

一、西门子PLC简介

西门子PLC由德国SIMENS公司研发生产，最早诞生于上世纪50年代末，经过工业生产中的实践应用和技术的不断发展创新，西门子PLC也在不断地更新换代，从先前的C3、S3到后续的S5、S7系列，其不断地更新完善使得该设备得到了世界各国的广泛认可，被冶金、化工、印刷等产业应用到生产线当中来提高生产的质量和效率。当前S7系列的PLC相比先前的版本具备了更小的体积、更快的速度、更加标准的执行规范和更加快速的网络通信能力，综合能力的大大提高也使得其在冶金企业当中得到重视[1]。

按照不同的标准可对PLC进行不同的分类，若按照控制规模可将其分为小型机、中型机以及大型机；按照控制的性能来对其进行分类则有低档机、中档机和高档机之分；就结构而言又有1.整体式结构。整体式结构PLC包括了中央处理器模块、电源、内存条和I/O模块，这些组件构成一个单元整体，也就是一台PLC设备。2.组合式。组合式PLC其整体结构由不同的单元模块构成，中央处理器模块、输入输出模块等等，各个模块较为独立功能单一，但模块的种类却多种多样。3.叠装式。叠装式PLC可以说是上述两种结构模式的综合，其同时具备了整体式结构紧凑、体积较小、安装简单以及组合式结构搭配灵活的特点，集二者优势于一身，使得整体配置灵活体积小，在功能上却仍旧强大。

二、钢管测量工位介绍

钢管测量系统包括测量、程中、打标、喷表这四个工位，这四个不同的位置能够同时作业，通过移钢机来实现钢管在各个工位之间的移动，下面就对这四个工位进行简单介绍。

（一）测长

测长工位实现测量长度这一功能是通过工位上布置的光传感器，沿着钢管的朝向安装24对传感器来组成列，在左边安置0号传感器，待钢管到达测量区域之后使其做轴向运动，运动过程中钢管的右端会触发传感器列当中的某一个传感器，当触发的这一刻编码器则进行归零操作并执行计数。当钢管将0号传感器触发后，编码器便停止计数并得到钢管运动的距离L1，此时传感器列当中的传感器同0号传感器之间的距离已知为L0，利用L0和L1两个数值进行做差，L0-L1便得出了所测钢管的长度[2]。

（二）称重

钢管测量系统当中的各个环节具有连续性，需要测量的钢管在经过了测长工位进行长度的测量之后便来到了称重的工位，该工位上具备带有支撑的称重梁，同时，称重梁的下方安置有四个压阻式的传感器用于产品质量信息和传感器电阻信息的转换，传感器通过变化后的电阻输出新的电信号，信号经过放大和称重仪表的程序处理后对数据进行转换，最后从显示屏幕当中显示钢管的质量信息。

（三）打标

打标这一工位环节在称重环节之后，该环节的组件构成为打标头、控制器支架和升降机。当处于测量系统的钢管到达该工位并被传感器感知到之后，打标头便会自动下降到系统统一设定好的高度，接着打标针便执行打印标记的动作，该动作完成后打标头恢复到原来位置，完成本次打标操作[3]。

（四)喷标

该工位有坦克链来为需要进行喷标的钢管提供支持，坦克链为钢管提供轴向力使其做轴向运动，喷标机则在上方随时待命，当钢管被输送到此位置时喷标机下降，位于其上部的压轮限制住钢管，接着喷标控制器则根据所得信号进行喷头开合的控制，最终喷绘出图形或者字符。

三、测量系统硬件及软件应用

西门子PLC作为当今世界PLC行业中的佼佼者，其设备的模块化设计以及PROFIBUS的总线方式为钢管测量系统的硬件结构应用提供了相当大的便利。测量系统的结构图如图1所示。图示结构的核心部分是SIMENSPLC的主站，主站又附属了两个从站。PLC当中的主站I/O为测量系统的测长和移钢机提供服务，FM350在测量系统中作为编码器计数的高速计数模块；从站1和2的I/O点则分别为测量系统当中的打标工位和喷标工位提供支持。此外，主站与两个从站之间的连接都采用了PROFIBUS专用线。因打标机和喷标机分别处于钢管两侧的缘故，使其之间有十五到二十m的间隔，而SIMENSPLC一个主站附带两个从站的结构设计能够大大减少线缆的长度，使得测量系统各个工位之间的结构的到进一步的优化[4]。

图（1）测量系统结构图

钢管测量系统的PLC控制流程包括总体流程以及自动操作流程，在自动流程当中除了前面提到的测长、称重等工序流程还有色环工位作为日后备用，在此五个工位环节都有对应的子程序，在SIMENS编程软件当中叫FC，采用模块化的编程模式能够大大便利后续工位的调整。在该测量系统当中，工位的动作都执行完毕后与上位机进行数据交换，紧接着启动移钢机，为下一个工作循环做准备。

四、结束语

综上所述，随着国家生产发展建设活动的大步向前以及我国市场经济的繁荣昌盛，前者对钢管企业提出了数量上的要求，市场竞争则对钢管生产企业提出了质量和效率上的要求，这些都需要钢管生产企业做好对产品质量的控制和测量，西门子PLC的应用使得钢管测量系统在检测精确度和生产安装成本的节约上都取得了较好的效果，进一步促进了钢管生产企业的稳定发展。

参考文献：

[1]李方园.西门子PLC的工程应用第8讲工业以太网模块在西门子PLC系统中的应用[J].自动化博览,2016(9):58-60.

[2]罗仕佳.西门子PLC在高炉上料自动控制系统中的应用[J].中国高新技术企业,2016(4):43-44.

[3]郑国军,金儒衡.西门子PLC与ABB变频器在软起动器改造系统中的应用[J].电气技术,2016,17(8):119-121.

[4]杨天永.西门子PLC在工厂应用中的问题及处置建议分析[J].电子世界,2017(5):115-116.