摘 要: 平头倒角机对输油、输气钢管的两端管壁进行切削，加工出符合焊接坡口要求的管端形状。该设备自动控制系统采用三菱 CC - Link 总线，组成一套钢管平头倒角机自动化控制系统。结合钢管平头倒角机说明基于 CC- Link 总线的高速计数模块“预置”、“一致输出”、“周期脉冲”等功能，在位置显示，速度显示及自动置控制中的应用。
1 前 言
石油输送管道使用的钢管，无论是直缝焊管还是螺旋焊缝钢管，钢管端部都要求加工出一定形状的焊接坡口。平头倒角机可对输油、输气钢管的两端管壁进行切削，加工出符合焊接坡口要求的管端形状。
2 钢管平头倒角机自动控制系统
钢管平头倒角机自动控制系统采用三菱 CC -Link 总线( Control and commuNIcation - link) ; 高速计数模块、变频器矢量控制、HMI 人机界面等通过 CC -link 总线链接，组成一个完整的钢管平头倒角机自动控制系统。
( 1) 钢管平头倒角机自动控制系统由一个 CPU主站模块，一个 CC - Link 总线链接模块，两个智能人机界面从站，6 个变频器远程设备从站，2 个高速计数模块从站和 13 个 I/O 从站组成。
按照钢管平头倒角机主机和辅机配置，电气控制系统由 1 个驱动主站柜及 9 个从站控制电柜( 箱) 组成。其中包括: 横移从站柜、M1 机( 左机) 从站柜、M1机( 左机) 操作站、电柜从站柜、M2 机( 右机) 从站、M2 机( 右机) 操作站、托料装置从站柜、进料端横移车从站箱、出料端横移车从站箱，如图 1 所示。
( 2) CC - Link 总线是一种开放的现场网络总线，列入 IEC61158 国际现场总线系列标准，2009 年3月正式颁布 CC - Link 成为我国国家标准 GB/T19760- 2008《CC - Link 控制与通讯网络规范( 第 1 ～ 4 部分) 》，作为工业自动控制领域广泛应用的一类通信协议，近年来 CC - Link 技术以其开放性、可靠性、稳定性、扩展性和灵活性，在自动化领域得到了广泛使用。CC - Link 总线实现模块之间无缝连接，在 GxDeveloper 编程软件中 CC - Link 总线参数的设置方便、快捷、准确[1]。
( 3) 表 1 给出了钢管平头倒角机自动控制系统中 1 个主站驱动柜，九个从站控制电柜( 箱) 名称、站号、模块名称、模块型号及功能描述。
3 基于 CC - Link 总线的高速计数器模块应用
基于 CC - Link 总线的高速计数器模块，是一种分布式远程设备从站，该模块通过 CC - Link 总线与CPU 进行通讯链接，高速计数模块通过 CPU 进行参数设置，选择高速计数模块各种工作模式。CPU 首次通电时复位 CC - Link 主站模块，同时将 CC - Link网络参数传输到 CC - Link 主站模块的参数存储区，自动刷新网络参数，完成 CC - Link 主站模块初始化，同时软元件数据链接自动开始，实现 CC - Link 远程智能站、远程 I/O 站、远程设备站的网络通讯[2]。
3. 1 应用“预置”功能设置大滑台参考点
平头倒角机大滑台带动倒角机主轴进给，大滑台进给由高速计数模块、变频器、人机界面组成一个半闭环位置控制系统。高速计数模块的 CH1 通道连接线驱动形式的脉冲编码器。大滑台开始寻找参考点，大滑台变频器运行，带动大滑台寻找参考点，当参考点开关接通时高速计数模块的 CH1 通道执行“预置”计数功能[3]。具体过程如下: ①将 HMI“参数页面”储存 的 大 滑 台 参 考 值 D683 中 的 数 据 ( 例 如:100mm) ，写入到 CH1 通道的预置值设置区域 D4148中; ②由参考点 X118D 启动“预置”命令 Y1478，将高速计数模块的当前值存储区域 D4168 设置成 D683中的值; ③“预置”过程完成后由“预置”完成信号X1472 复位高速计数模块的“预置”过程，完成大滑台参考点的寻找，如图 2 所示。
3. 2 应用“一致输出”功能实现大滑台自动位置控制应用“预置”功能完成大滑台寻参后，应用“一致输出”功能进行大滑台自动位置控制。具体过程如下: ①将 HMI“参数页面”储存的大滑台减速位置值和目标位置值分别写入一致输出点 1 设置区域D4151 ( 例如: 190mm ) 和一致输出点 2 设置区域D4154( 例如: 200mm) ; ②由 X1263 启动大滑台自动定位，大滑台在变频器、变频电机带动下中速向目标值运行，当计数器当前值 D4168 与 D4151 中的值一致时( 190mm) ，计数器一致输出点 1 X1465 接通，复位大滑台中速运行，同时置位大滑台慢速继续运行。计数 器 当 前 值 D4168 与 D4154 中 的 值 一 致 时( 200mm) ，计数器一致输出点 2 X146C 接通，大滑台停止运行，完成大滑台自动位置控制[3]，如图3 所示。
以下论述都根据高速计算数模块“预置”、“一致输出”、“周期脉冲”PLC 程序图进行分析，如图4所示。
3. 3 应用“周期脉冲”计数功能实现刀盘转速检测
对于不同规格的钢管，平头倒角机刀盘的转速需控制在一定范围内并对刀盘转速进行检测。高速计数模块通常采集到的是脉冲数量，应用“周期脉冲”计数功能[3]，实现刀盘的实际速度检测。
高速计数模块 CH2 通道，采集刀盘转速检测编码器脉冲。具体过程如下: ①将“周期脉冲”计数功能的控制字( K2，采样周期 200ms) 写入高速计数模块的采样时间/间隔时间设置存储区 D3145 中; ②计数器开始命令 Y1476，接通后执行周期脉冲采样，将前一周期脉冲数存储到存储区 D3142 中，当前周期脉冲数存储到存储区 D3144 中③; 当前周期脉冲数与前一周期脉冲数的差值就是周期脉冲的变化率，周期脉冲变化率就是速度; ④将速度换算成每秒脉冲数( pls/s) ，编码器每转的脉冲数( pls/rad) 固定，计算后得到平头倒角机刀盘的转速数( rad/s) ，再跟机械传动系数运算，就得到了刀盘的实际速度，如图 5 所示。
4 结 语
使用 CC - LINK 总线技术，减少了设备现场施工控制电线、电缆、接线端子的使用数量，使现场安装省时、省力; 设备运行时抗干扰性能较强，设备故障率降低，可靠性增强。两年来通过用户的使用，证明了钢管平头倒角机电气系统运行稳定。
参考文献:
[1] 任玉田，包 杰，喻逸君. 新编机床数控技术[M]. 北京: 北京理工大学出版社，2008.
[2] 齐占庆，王振成. 机床电气控制技术( 第 4 版) [M]. 北京: 机械工业出版社，2009.
[3] 王东明，尹俊德，马 麟. 2008 年中国机械工程学会年会暨甘肃省科学技术年会论文集[M]. 兰州: 甘肃科学技术出版社，2008.
本文作者：陶云辉，杨 军
