項目背景：

　　近年來，隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩鄶U大，特別是中國及亞洲石油天然氣資源開發(fā)的步伐加快，油氣管線對優(yōu)質(zhì)、新型焊管需求日益提升。揚州亞聯(lián)鋼管有限公司投資的JCOE大口徑直縫雙面埋弧焊管生產(chǎn)線，是目前中國自動化水平最高，在國際同行業(yè)中居于領先地位的一條生產(chǎn)線?？蓾M足國內(nèi)外重點輸油、輸氣管線工程對大口徑、大壁厚直縫埋弧焊接鋼管的需求。相關資料顯示，采用JCOE直縫埋弧焊成型工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品在國際上具備高端競爭力，發(fā)達國家業(yè)已成熟應用，但在中國正處于加快發(fā)展階段，目前國內(nèi)僅少數(shù)企業(yè)具備生產(chǎn)能力。據(jù)透露，該產(chǎn)品在開工建設和設備安裝階段，中東、北美等眾多大型油氣項目就紛紛與亞聯(lián)達成了合作意向。該生產(chǎn)線批量生產(chǎn)后，年產(chǎn)能可達20萬噸。3年后年產(chǎn)值可達30億元。

效益分析：

　　圖爾克公司負責整條生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)和MES管理系統(tǒng)。項目建成后將為生產(chǎn)廠家節(jié)約大量人力成本，實現(xiàn)部分工段的無人值守。另外MES管理系統(tǒng)將為整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)管理提供優(yōu)質(zhì)的管理服務。使整個生產(chǎn)過程清晰透明，產(chǎn)品信息簡單易查。

項目目標與原則：

　　對于亞聯(lián)鋼管這個項目，公司給予了高度的重視，委派專人擔任這個項目的項目經(jīng)理。并協(xié)調(diào)各個職能部門，通力合作，力求把亞聯(lián)項目做成行業(yè)精品。成功打造一條鋼管自動化生產(chǎn)線。

工藝簡介：

　　JCOE大口徑直縫埋弧焊，是將一定厚度的鋼板經(jīng)過一些列工藝，鋼板探傷銑邊預彎成型預焊內(nèi)焊外焊超聲波管探一次X光檢測擴經(jīng);內(nèi)外磨水壓二次超聲波探傷管端拍片二次X光檢測較直整圓倒棱稱重測長等一些列工藝制成。

項目規(guī)劃實施與應用：

1、 項目設計階段：熟悉生產(chǎn)工藝，根據(jù)工藝確立設計思想，確定控制對象，明確現(xiàn)場電機數(shù)量，種類，功率大小，繪制原理圖。精度要求比較高的地方，如擴徑機入口輥道等，均采用變頻器控制設計，另外小車行走電機也采用變頻器控制，保證了控制精度。

2、 元器件選型。電器元件選型均采用進口品牌，如，PLC和變頻器都選用西門子品牌，低壓元器件如，空開、斷路器、接觸器采用施奈德品牌等。這些國際大品牌具有使用壽命長、易于維護、操作簡單等特點。做到了從源頭保證工程質(zhì)量。

3、 元器件采購。

4、 制作盤柜，編寫程序。

5、 現(xiàn)場安裝、調(diào)試。

特點：

1、整個控制系統(tǒng)分為4個大區(qū)，分別設計一套S7-400PLC，使整個系統(tǒng)簡約化。

2、低壓柜到輥道電機中間設置輥道開關箱，內(nèi)裝施奈德GV2開關。此設計節(jié)省了低壓柜內(nèi)的空間，使控制層次化分明，同時減少了電機線纜的長度。從而節(jié)約成本。

3、整個控制檢測系統(tǒng)采用大量多種型號圖爾克傳感器，圖爾克傳感器具有精度高、安裝接線簡單、結(jié)實耐用等特點。保證了整個控制系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性。

4、采用操作臺控制的方案，設計40臺操作臺，分布于把整個生產(chǎn)車間，每個操作臺控制1~2臺小車和就近的輥道，及旋轉(zhuǎn)輥等設備。此設計避免了小型操作箱過于分散的缺點，使控制更加集中方便，減少了操作人員。

5、小車自動實現(xiàn)卸料、倒料、供料，其中供料請求優(yōu)先級最高，卸料次之，倒料優(yōu)先級最低。

6、鋼管測長是整個工程的一大亮點，也是一個難點。是實現(xiàn)整個系統(tǒng)自動化運行的基礎。經(jīng)過設計人員的多次反復試驗，最終開發(fā)出一套簡單實用的鋼管測長系統(tǒng)。不僅大大提高了鋼管測長的精度，而且節(jié)約了成本。

例如G01-05 G06-10輥道

　　該段輥道負責將2#-4小車送來的鋼管送入SX3,4升降旋轉(zhuǎn)輥并準確對中。

　　該斷輥道放置3個有料傳感器，2個測長傳感器(TS600-M3)。 有料傳感器位置：G03，G05\06中間，G08。測長傳感器位置：G03,G08。輥道G06-G10為變頻控制，行進速度可預先設定。升降旋轉(zhuǎn)輥為手動操作。G10輥道終點處安裝超極限保護開關，防止管坯超限輸送。

鋼管測長原理：

L=2(b-a) 其中：

　　L=鋼管總長度L

　　a=1#傳感器距離G02 G03輥道中心線(鋼管對中后的中央位置)距離

　　b=鋼管沿G01—>G10方向移動時測長傳感器測量得到的移動距離

鋼管定位原理：

　　鋼管移動到G08  2#測長傳感器檢測到有料后輥道變頻器降低行進速度并開始記量前進的距離，當長度為0.5L + a時停止輥道。

　　a=2#傳感器距離G08 G09輥道中心線(鋼管對中后的中央位置)距離 L=鋼管長

MES系統(tǒng)：

　　為了解決生產(chǎn)過程中的信息孤島，通過建立在計劃層和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間的MES執(zhí)行系統(tǒng)，主要負責車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。通過MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺上集成生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設備故障分析、網(wǎng)絡報表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和通過網(wǎng)絡聯(lián)接可以同時為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務。系統(tǒng)通過強調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)實施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實時化的 ERP/MES/SFC信息體系。

系統(tǒng)功能框架

　　MES系統(tǒng)構(gòu)建在ERP系統(tǒng)和基礎自動化系統(tǒng)之間，用于生產(chǎn)計劃的實施、生產(chǎn)過程的跟蹤、生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)的匹配等功能。

目前MES系統(tǒng)僅限于上圖中藍色區(qū)域中生產(chǎn)過程管理部份，功能包含如下幾個部分：

1) 基礎生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集（SCADA）

2) 物料識別跟蹤（條碼打印、條碼識別）

3) 生產(chǎn)工藝過程控制及數(shù)據(jù)采集（工藝過程數(shù)據(jù)采集、工藝參數(shù)匹配）

4) 生產(chǎn)過程跟蹤（生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)效率執(zhí)行統(tǒng)計跟蹤）

5) 外部系統(tǒng)接口（合同、原料、成品、自動化設備）

MES系統(tǒng)包含如下幾個功能模塊：

a) 生產(chǎn)計劃接口：同ERP系統(tǒng)中的生產(chǎn)計劃子系統(tǒng)相關聯(lián)，能夠?qū)肷a(chǎn)計劃并轉(zhuǎn)換后應用于生產(chǎn)過程。

b) 原料系統(tǒng)接口：可導入原料信息，用于匹配生產(chǎn)計劃。

c) 生產(chǎn)計劃、工藝質(zhì)量接口：用于現(xiàn)場生產(chǎn)隊列控制、工藝過程指導。

d) 成品數(shù)據(jù)接口：將成品數(shù)據(jù)綁定后回傳給發(fā)貨系統(tǒng)。

e) 條碼管理：根據(jù)生產(chǎn)計劃單生成原料條碼和鋼管條碼，并可以對條碼規(guī)則進行設置、校驗、調(diào)整。

f) 生產(chǎn)過程條碼識別：通過現(xiàn)場客戶端對生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品條碼進行識別，并檢索工藝相關數(shù)據(jù)、參數(shù)，指導工藝操作。

g) 生產(chǎn)過程監(jiān)控：對生產(chǎn)過程中的設備運行狀態(tài)、效率進行監(jiān)控，統(tǒng)計分析設備表現(xiàn)性。

h) 生產(chǎn)過程控制：通過對加工原料條碼的識別，現(xiàn)場客戶端同工藝設備（超聲波探傷、X光檢測、內(nèi)外焊、機械輸送系統(tǒng)、水壓檢測等）建立通訊連鎖，參與工藝過程控制，以滿足MES系統(tǒng)對工藝數(shù)據(jù)的跟蹤、校驗、工藝指導。

i) 工藝數(shù)據(jù)采集：現(xiàn)場客戶端在同工藝設備建立通訊的基礎上，將采集工藝設備的工藝過程參數(shù)，并同加工原料條碼數(shù)據(jù)綁定。

j) 工藝過程數(shù)據(jù)存儲：現(xiàn)場所有的采集數(shù)據(jù)按照生產(chǎn)設備數(shù)據(jù)、工藝檢測數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、入庫數(shù)據(jù)協(xié)同標示號存儲到數(shù)據(jù)庫中。

k) 工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、檢測結(jié)果統(tǒng)計分析管理所需的數(shù)據(jù)報表。

系統(tǒng)流程

1． MES系統(tǒng)從ERP系統(tǒng)獲得合同數(shù)據(jù)并分解提交采購部、工藝部、生產(chǎn)部。

2． MES系統(tǒng)將采購原料信息匹配后提交原料庫管理，并預先配置原料庫存位置，以便管理員收貨。

3． 生產(chǎn)部和工藝管理部根據(jù)MES系統(tǒng)下發(fā)的任務生成相應的工藝卡和生產(chǎn)任務，下發(fā)到系統(tǒng)中執(zhí)行。

4． 板材上線：現(xiàn)場操作站通過操作員手動選擇生產(chǎn)計劃清單，并對比上線鋼板是否滿足計劃要求，通過無線終端掃描并自動創(chuàng)建鋼管號，打印條碼標簽，操作員將標簽粘貼在鋼板指定位置。

5． 超聲波探傷（板探、管探）：輸送設備到達檢測設備前，操作站自動（手動）掃描條碼，將識別出的鋼管號自動查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標準和技術參數(shù)，將參數(shù)傳遞給超聲波檢測設備，并建立同檢測設備的連鎖，記錄檢測設備的檢測結(jié)果。設備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊列。

6． 內(nèi)焊、外焊：輸送設備到達焊接設備前，操作站自動（手動）掃描條碼，將識別出的鋼管號自動查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標準和技術參數(shù)，將參數(shù)傳遞給焊接設備，并建立同檢測設備的連鎖，記錄檢測設備的過程數(shù)據(jù)（電壓、電流、焊點溫度等）。設備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊列。

7． X 光檢測：輸送設備到達X光檢測設備前，操作站自動（手動）掃描條碼，將識別出的鋼管號自動查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標準和技術參數(shù)，將參數(shù)傳遞給X光檢測設備，并建立同檢測設備的連鎖，記錄檢測設備的過程數(shù)據(jù)（電壓、電流、焊點溫度等）。設備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊列。

8． 水壓測試：輸送設備到達水壓測試設備前，操作站自動（手動）掃描條碼，將識別出的鋼管號自動查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標準和技術參數(shù)，將參數(shù)傳遞給水壓檢測設備，并建立同檢測設備的連鎖，記錄檢測設備的過程數(shù)據(jù)（壓力值、時間、保壓時間等）。設備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊列。

9． 稱重測長：輸送設備到達稱重測長設備前，操作站自動（手動）掃描條碼，將識別出的鋼管號，將參數(shù)傳遞給稱重檢測設備，并建立同檢測設備的連鎖，記錄檢測設備的過程數(shù)據(jù)（管長、重量等）。設備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊列。

10． MES系統(tǒng)根據(jù)合同配置信息自動判斷合同要求鋼管所要進行的工藝檢驗環(huán)節(jié)，自動對鋼管的輸送進行控制調(diào)度。

11． MES系統(tǒng)在鋼管在車間的流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)中，通過條碼的識別判斷，對每一步工藝進行判斷、記錄，嚴格按照工藝標準進行質(zhì)量控制。

12． 系統(tǒng)發(fā)貨通過無線手持終端進行發(fā)貨單匹配。