[摘要]本文通過對鋼管自動噴碼系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)分析其工作原理，提出了一種鋼管管端測量算法，特別是詳細說明了計數(shù)模塊FM350M-1和編碼器在此工業(yè)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]管端測量算法、計數(shù)模塊、編碼器、鋼管識別技術(shù)、信息化管理

0前言

傳統(tǒng)鋼管生產(chǎn)廠家對鋼管信息采集往往采用人工紙質(zhì)記錄的形式，不同工位操作員分別對該工位的鋼管生產(chǎn)信息、質(zhì)量信息以及檢驗信息進行手動填寫，逐批記錄往下個工位傳遞，鋼管自動噴碼系統(tǒng)要至少架構(gòu)在鋼管信息管理系統(tǒng)MES層面，否則鋼管識別技術(shù)不能體現(xiàn)出來。這樣鋼管自動噴碼系統(tǒng)的作用不可小視，它的好壞直接影響整個鋼管信息管理系統(tǒng)的作業(yè)效率。

鋼管自動噴碼系統(tǒng)的作用就是把鋼管ID改變了“身份證”的表達方式，代替了紙質(zhì)記錄，方便在鋼管生產(chǎn)和質(zhì)量檢驗工藝流程中實時跟蹤各根鋼管的工作狀態(tài)，將鋼管信息反饋到生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)者手中，進而更加快捷的掌握鋼管生產(chǎn)流，對有缺陷的不合格鋼管進行及時準確分析調(diào)整，更加程度地提高鋼管生產(chǎn)效率，有效保證鋼管生產(chǎn)的一次合格率。

針對螺旋縫埋弧焊（SAWH）生產(chǎn)工藝，鋼管管號識別技術(shù)應(yīng)用了其中最為普通的一種人工識別、手動輸入的方式，利用自動噴碼系統(tǒng)將鋼管相關(guān)的信息納入信息化管理系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)的采集存儲。

FM350-1是用于S7-300/M7-300控制系統(tǒng)中的高速計數(shù)的功能模塊，模塊上有一個計數(shù)通道，可以實現(xiàn)周期計數(shù)、單次計數(shù)、連續(xù)計數(shù)和頻率、轉(zhuǎn)速、周期的測量。它可以連接源型、漏型以及推挽式接口的編碼器。該計數(shù)模塊在鋼管噴碼系統(tǒng)中的作用是將編碼器現(xiàn)場采集到的脈沖信號接入到PLC中，通過控制它的周期連續(xù)時間來中斷復(fù)位進而實現(xiàn)鋼管運動狀態(tài)下所要求管端檢測距離范圍內(nèi)完成噴印動作。這是技術(shù)相當(dāng)關(guān)鍵的一環(huán)，也是涉及其他相關(guān)設(shè)備比較多的過程。編碼器的精準度直接影響整個噴碼系統(tǒng)的誤差大小。所以對編碼器的選型也是值得考慮的。

1自動噴碼系統(tǒng)的設(shè)備組成及功能

1.1硬件設(shè)備組成

自動噴碼系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成有上位機研華工控機PC610L、PLCCPUS7-300312-2DP、高速計數(shù)模塊FM350-1、Profibus網(wǎng)絡(luò)板卡5611、三套集成式噴印控制器和噴頭、油漆和清洗劑泵柜、機架裝置以及測速輪裝置。其中機架裝置是用來固定3個噴頭，并根據(jù)鋼管規(guī)格調(diào)整噴頭位置。測速輪裝置是為了保證噴印質(zhì)量，給噴頭提供速度信號的。它由底座、同步輪、彈簧、編碼器組成。

圖1自動噴碼系統(tǒng)的設(shè)備硬件組成圖

1.2自動噴碼系統(tǒng)的功能亮點

自動噴碼系統(tǒng)功能一大亮點是三個噴頭機架帶有碰撞防護，是將噴頭座安裝在擺動架上，當(dāng)鋼管撞擊噴頭時，擺動架會旋轉(zhuǎn)避讓鋼管，同時觸發(fā)傳感器進行報警提示。

自動噴碼系統(tǒng)功能又一大亮點是數(shù)據(jù)源可以使手動錄入也可以和飛剪崗位通訊完成自動錄入鋼管編號。

1.3自動噴碼系統(tǒng)的通訊連接

自動噴碼系統(tǒng)的通訊分兩部分，其一是上位機工控機PC與PLCS7-300CPU312之間借助ProfibusDP5611網(wǎng)絡(luò)板卡通過S7-300MPI通訊建立起通訊關(guān)系；另一個是上位機工控機PC與集成式噴頭控制器之間通過RS232端口通訊建立的。

2自動噴碼系統(tǒng)的工作原理

2.1自動噴碼系統(tǒng)的工作流程

自動噴碼系統(tǒng)是在預(yù)焊后飛剪崗位將鋼管切割下自動生成一個鋼管編號，按照該鋼管編號在此鋼管首尾兩端指定位置自動噴碼，方便在其他崗位來做標(biāo)識確認。

它分鋼管管首噴碼和管尾噴碼兩部分。其中管首噴碼要找到管首噴碼起始位置。這個位置是鋼管管首到滾輪位置時還需要前進的距離，這和系統(tǒng)界面設(shè)置噴標(biāo)位置有關(guān)。如果噴頭位置和滾輪位置在同一水平線上，噴頭打印系統(tǒng)響應(yīng)足夠快的話，系統(tǒng)界面設(shè)置的噴標(biāo)位置即是鋼管管端到滾輪位置時還需要前進的距離。在實際安裝中一定會有偏差，噴頭打印響應(yīng)也需要一定時間，這樣的話就需要現(xiàn)場靈活調(diào)節(jié)來滿足實際精度。見圖2所示。

圖2自動噴碼系統(tǒng)的管首噴碼工作流程圖

相對管首噴碼來說，管尾噴碼就難點大些。它需要管首記錄一下噴標(biāo)長度A和噴標(biāo)位置B。因為打印檢測限位和滾輪之間的距離C是固定的，這樣滾輪需要前進的距離就可以計算出來。進而找出管尾開始噴碼的位置。如圖3所示。

圖3自動噴碼系統(tǒng)的管尾噴碼工作流程圖

2.2自動噴碼系統(tǒng)的測量算法

自動噴碼系統(tǒng)關(guān)鍵測量算法是應(yīng)用了FM350M-1計數(shù)模塊和米勒編碼器。其中計數(shù)模塊FM350M-1的安裝、對編碼器詳細參數(shù)設(shè)置以及功能CNT_CTL1（FC2）塊調(diào)用等注意事項。

若以滾輪位置為參考點，管首噴碼時噴頭開始噴碼的位置就是管首在滾輪位置需要前進距離即噴碼位置B，管首噴碼結(jié)束位置為（A+B）；若以打印檢測位置為參考點，管尾噴碼時噴頭開始噴碼的位置即是（C-A-B），管尾噴碼結(jié)束位置為（C-B）。

2.3自動噴碼系統(tǒng)的計數(shù)模塊

自動噴碼系統(tǒng)的管首管尾開始噴碼位置找的是否精準關(guān)鍵要看編碼器的精度和與計數(shù)模塊FM350M-1配合程度。在這里特別介紹一下計數(shù)模塊，它的外觀和模擬量輸入模塊基本一致，也有自身的量程卡。它在STEP7硬件組態(tài)里需要設(shè)置編碼器參數(shù)，這個必須和實際編碼器相匹配。在這里值得一提的是，需要安裝計數(shù)模塊固定安裝包FM-ConfigPackage_V102。安裝成功后才可以進行參數(shù)配置。如圖4所示。

圖4計數(shù)模塊的硬件組態(tài)屬性圖

如圖5所示，在這里我們根據(jù)選擇的MEYLE編碼器FINS58,MY029CH5..30V，在計數(shù)模塊Encoder里信號類型里勾選“24Vincremental”，信號估值勾選“single”，計數(shù)方向“normal”，其他默認即可。

圖5編碼器的參數(shù)設(shè)置圖

圖6FM350-1計數(shù)模式選擇圖

計數(shù)模式一般分三種：連續(xù)計數(shù)、單次計數(shù)、循環(huán)計數(shù)。連續(xù)計數(shù)是從當(dāng)前計數(shù)值開始，當(dāng)是增計數(shù)時如果計數(shù)值到達上限，再一次計數(shù)脈沖到達，將跳轉(zhuǎn)到下限。然后從此位置開始不丟失任何脈沖的連續(xù)計數(shù)。單次計數(shù)當(dāng)門打開時，F(xiàn)M350-1從裝載值開始計數(shù)，在計數(shù)極限停止。循環(huán)計數(shù)是當(dāng)門開時，在裝載值和計數(shù)極限之間的范圍開始計數(shù)。31位計數(shù)模式應(yīng)用計數(shù)上限最高設(shè)置到+2417483647，下限最低設(shè)置到-2417483648。32位計數(shù)模式應(yīng)用計數(shù)上限最高設(shè)置到+4294967295，下限最低設(shè)置到0。計數(shù)模塊的門控制功能可以使用硬件門（HWgate）和軟件門（SWgate）控制FM350-1的計數(shù)過程，包含開始和停止計數(shù)。在這里我們選擇32位計數(shù)模式、帶軟件門的連續(xù)計數(shù)方式為例，如圖6所示。

2.4自動噴碼系統(tǒng)的工作原理

圖7自動噴碼系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖

如圖7所示，不難看出：上位機工控機PC是通訊中心，它不僅與S7-300CPU通訊，而且連接著三套集成式噴印控制器，進而控制3套噴頭的同步噴印。

圖8自動噴碼系統(tǒng)軟件界面

3結(jié)論

最近幾年來，自動噴碼系統(tǒng)在螺旋埋弧焊管機組中應(yīng)用也處于不斷發(fā)展?fàn)顟B(tài)，技術(shù)方面也是不斷改進完善。它的應(yīng)用不止是減少了操作崗位人員的工作量，方便了鋼管識別，更重要是提高了作業(yè)效率，提高了自動化水平。

鋼管自動噴碼系統(tǒng)本身也會有缺點。比如在噴頭裝置與控制器部分，氣管和油漆、清洗劑管路的日常維護保養(yǎng)這個環(huán)節(jié)很是薄弱，但也很關(guān)鍵。這塊設(shè)備比較分散，不集中，這樣會造成管路很長，油漆會中途凝固可能會堵塞管路。鋼管生產(chǎn)的不飽滿性也會加重維護保養(yǎng)任務(wù)。噴頭、控制器、油漆、清洗劑、連接管路等設(shè)備的集成也會是今后發(fā)展的一個方向。