項(xiàng)目背景：

　　近年來，隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩鄶U(kuò)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(duì)優(yōu)質(zhì)、新型焊管需求日益提升。揚(yáng)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(dòng)化水平最高，在國際同行業(yè)中居于領(lǐng)先地位的一條生產(chǎn)線?？蓾M足國內(nèi)外重點(diǎn)輸油、輸氣管線工程對(duì)大口徑、大壁厚直縫埋弧焊接鋼管的需求。相關(guān)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(dá)國家業(yè)已成熟應(yīng)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(shè)和設(shè)備安裝階段，中東、北美等眾多大型油氣項(xiàng)目就紛紛與亞聯(lián)達(dá)成了合作意向。該生產(chǎn)線批量生產(chǎn)后，年產(chǎn)能可達(dá)20萬噸。3年后年產(chǎn)值可達(dá)30億元。

效益分析：

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

項(xiàng)目目標(biāo)與原則：

　　對(duì)于亞聯(lián)鋼管這個(gè)項(xiàng)目，公司給予了高度的重視，委派專人擔(dān)任這個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理。并協(xié)調(diào)各個(gè)職能部門，通力合作，力求把亞聯(lián)項(xiàng)目做成行業(yè)精品。成功打造一條鋼管自動(dòng)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(yù)彎成型預(yù)焊內(nèi)焊外焊超聲波管探一次X光檢測擴(kuò)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(xiàng)目規(guī)劃實(shí)施與應(yīng)用：

1、 項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段：熟悉生產(chǎn)工藝，根據(jù)工藝確立設(shè)計(jì)思想，確定控制對(duì)象，明確現(xiàn)場電機(jī)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(kuò)徑機(jī)入口輥道等，均采用變頻器控制設(shè)計(jì)，另外小車行走電機(jī)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(jìn)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(hù)、操作簡單等特點(diǎn)。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(diǎn)：

1、整個(gè)控制系統(tǒng)分為4個(gè)大區(qū)，分別設(shè)計(jì)一套S7-400PLC，使整個(gè)系統(tǒng)簡約化。

2、低壓柜到輥道電機(jī)中間設(shè)置輥道開關(guān)箱，內(nèi)裝施奈德GV2開關(guān)。此設(shè)計(jì)節(jié)省了低壓柜內(nèi)的空間，使控制層次化分明，同時(shí)減少了電機(jī)線纜的長度。從而節(jié)約成本。

3、整個(gè)控制檢測系統(tǒng)采用大量多種型號(hào)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(shí)耐用等特點(diǎn)。保證了整個(gè)控制系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性。

4、采用操作臺(tái)控制的方案，設(shè)計(jì)40臺(tái)操作臺(tái)，分布于把整個(gè)生產(chǎn)車間，每個(gè)操作臺(tái)控制1~2臺(tái)小車和就近的輥道，及旋轉(zhuǎn)輥等設(shè)備。此設(shè)計(jì)避免了小型操作箱過于分散的缺點(diǎn)，使控制更加集中方便，減少了操作人員。

5、小車自動(dòng)實(shí)現(xiàn)卸料、倒料、供料，其中供料請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)最高，卸料次之，倒料優(yōu)先級(jí)最低。

6、鋼管測長是整個(gè)工程的一大亮點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的基礎(chǔ)。經(jīng)過設(shè)計(jì)人員的多次反復(fù)試驗(yàn)，最終開發(fā)出一套簡單實(shí)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(fù)責(zé)將2#-4小車送來的鋼管送入SX3,4升降旋轉(zhuǎn)輥并準(zhǔn)確對(duì)中。

　　該斷輥道放置3個(gè)有料傳感器，2個(gè)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(jìn)速度可預(yù)先設(shè)定。升降旋轉(zhuǎn)輥為手動(dòng)操作。G10輥道終點(diǎn)處安裝超極限保護(hù)開關(guān)，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(duì)中后的中央位置)距離

　　b=鋼管沿G01—>G10方向移動(dòng)時(shí)測長傳感器測量得到的移動(dòng)距離

鋼管定位原理：

　　鋼管移動(dòng)到G08  2#測長傳感器檢測到有料后輥道變頻器降低行進(jìn)速度并開始記量前進(jìn)的距離，當(dāng)長度為0.5L + a時(shí)停止輥道。

　　a=2#傳感器距離G08 G09輥道中心線(鋼管對(duì)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(jì)劃層和現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)之間的MES執(zhí)行系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)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(luò)平臺(tái)上集成生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時(shí)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(wù)。系統(tǒng)通過強(qiáng)調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時(shí)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(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)之間，用于生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)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(lán)色區(qū)域中生產(chǎn)過程管理部份，功能包含如下幾個(gè)部分：

1) 基礎(chǔ)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集（SCADA）

2) 物料識(shí)別跟蹤（條碼打印、條碼識(shí)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(jì)劃、生產(chǎn)效率執(zhí)行統(tǒng)計(jì)跟蹤）

5) 外部系統(tǒng)接口（合同、原料、成品、自動(dòng)化設(shè)備）

MES系統(tǒng)包含如下幾個(gè)功能模塊：

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

b) 原料系統(tǒng)接口：可導(dǎo)入原料信息，用于匹配生產(chǎn)計(jì)劃。

c) 生產(chǎn)計(jì)劃、工藝質(zhì)量接口：用于現(xiàn)場生產(chǎn)隊(duì)列控制、工藝過程指導(dǎo)。

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(jì)劃單生成原料條碼和鋼管條碼，并可以對(duì)條碼規(guī)則進(jìn)行設(shè)置、校驗(yàn)、調(diào)整。

f) 生產(chǎn)過程條碼識(shí)別：通過現(xiàn)場客戶端對(duì)生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品條碼進(jìn)行識(shí)別，并檢索工藝相關(guān)數(shù)據(jù)、參數(shù)，指導(dǎo)工藝操作。

g) 生產(chǎn)過程監(jiān)控：對(duì)生產(chǎn)過程中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、效率進(jìn)行監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)分析設(shè)備表現(xiàn)性。

h) 生產(chǎn)過程控制：通過對(duì)加工原料條碼的識(shí)別，現(xiàn)場客戶端同工藝設(shè)備（超聲波探傷、X光檢測、內(nèi)外焊、機(jī)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(duì)工藝數(shù)據(jù)的跟蹤、校驗(yàn)、工藝指導(dǎo)。

i) 工藝數(shù)據(jù)采集：現(xiàn)場客戶端在同工藝設(shè)備建立通訊的基礎(chǔ)上，將采集工藝設(shè)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(chǔ)：現(xiàn)場所有的采集數(shù)據(jù)按照生產(chǎn)設(shè)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(biāo)示號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。

k) 工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析管理所需的數(shù)據(jù)報(bào)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(yù)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(wù)生成相應(yīng)的工藝卡和生產(chǎn)任務(wù)，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(dòng)選擇生產(chǎn)計(jì)劃清單，并對(duì)比上線鋼板是否滿足計(jì)劃要求，通過無線終端掃描并自動(dòng)創(chuàng)建鋼管號(hào)，打印條碼標(biāo)簽，操作員將標(biāo)簽粘貼在鋼板指定位置。

5． 超聲波探傷（板探、管探）：輸送設(shè)備到達(dá)檢測設(shè)備前，操作站自動(dòng)（手動(dòng)）掃描條碼，將識(shí)別出的鋼管號(hào)自動(dòng)查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)，將參數(shù)傳遞給超聲波檢測設(shè)備，并建立同檢測設(shè)備的連鎖，記錄檢測設(shè)備的檢測結(jié)果。設(shè)備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊(duì)列。

6． 內(nèi)焊、外焊：輸送設(shè)備到達(dá)焊接設(shè)備前，操作站自動(dòng)（手動(dòng)）掃描條碼，將識(shí)別出的鋼管號(hào)自動(dòng)查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)，將參數(shù)傳遞給焊接設(shè)備，并建立同檢測設(shè)備的連鎖，記錄檢測設(shè)備的過程數(shù)據(jù)（電壓、電流、焊點(diǎn)溫度等）。設(shè)備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊(duì)列。

7． X 光檢測：輸送設(shè)備到達(dá)X光檢測設(shè)備前，操作站自動(dòng)（手動(dòng)）掃描條碼，將識(shí)別出的鋼管號(hào)自動(dòng)查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)，將參數(shù)傳遞給X光檢測設(shè)備，并建立同檢測設(shè)備的連鎖，記錄檢測設(shè)備的過程數(shù)據(jù)（電壓、電流、焊點(diǎn)溫度等）。設(shè)備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊(duì)列。

8． 水壓測試：輸送設(shè)備到達(dá)水壓測試設(shè)備前，操作站自動(dòng)（手動(dòng)）掃描條碼，將識(shí)別出的鋼管號(hào)自動(dòng)查詢出該鋼管所要執(zhí)行檢測的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)，將參數(shù)傳遞給水壓檢測設(shè)備，并建立同檢測設(shè)備的連鎖，記錄檢測設(shè)備的過程數(shù)據(jù)（壓力值、時(shí)間、保壓時(shí)間等）。設(shè)備檢測完畢后，現(xiàn)場客戶端自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)隊(duì)列。

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

10． MES系統(tǒng)根據(jù)合同配置信息自動(dòng)判斷合同要求鋼管所要進(jìn)行的工藝檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，自動(dòng)對(duì)鋼管的輸送進(jìn)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(shí)別判斷，對(duì)每一步工藝進(jìn)行判斷、記錄，嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制。

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