[摘要]本文通過對鋼管自動噴碼系統硬件組成結構分析其工作原理，提出了一種鋼管管端測量算法，特別是詳細說明了計數模塊FM350M-1和編碼器在此工業自動化領域中的應用。

[關鍵詞]管端測量算法、計數模塊、編碼器、鋼管識別技術、信息化管理

0前言

傳統鋼管生產廠家對鋼管信息采集往往采用人工紙質記錄的形式，不同工位操作員分別對該工位的鋼管生產信息、質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，鋼管自動噴碼系統要至少架構在鋼管信息管理系統MES層面，否則鋼管識別技術不能體現出來。這樣鋼管自動噴碼系統的作用不可小視，它的好壞直接影響整個鋼管信息管理系統的作業效率。

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

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

FM350-1是用于S7-300/M7-300控制系統中的高速計數的功能模塊，模塊上有一個計數通道，可以實現周期計數、單次計數、連續計數和頻率、轉速、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。該計數模塊在鋼管噴碼系統中的作用是將編碼器現場采集到的脈沖信號接入到PLC中，通過控制它的周期連續時間來中斷復位進而實現鋼管運動狀態下所要求管端檢測距離范圍內完成噴印動作。這是技術相當關鍵的一環，也是涉及其他相關設備比較多的過程。編碼器的精準度直接影響整個噴碼系統的誤差大小。所以對編碼器的選型也是值得考慮的。

1自動噴碼系統的設備組成及功能

1.1硬件設備組成

自動噴碼系統的硬件設備組成有上位機研華工控機PC610L、PLCCPUS7-300312-2DP、高速計數模塊FM350-1、Profibus網絡板卡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，并根據鋼管規格調整噴頭位置。測速輪裝置是為了保證噴印質量，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自動噴碼系統的設備硬件組成圖

1.2自動噴碼系統的功能亮點

自動噴碼系統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，當鋼管撞擊噴頭時，擺動架會旋轉避讓鋼管，同時觸發傳感器進行報警提示。

自動噴碼系統功能又一大亮點是數據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自動噴碼系統的通訊連接

自動噴碼系統的通訊分兩部分，其一是上位機工控機PC與PLCS7-300CPU312之間借助ProfibusDP5611網絡板卡通過S7-300MPI通訊建立起通訊關系；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自動噴碼系統的工作原理

2.1自動噴碼系統的工作流程

自動噴碼系統是在預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，這和系統界面設置噴標位置有關。如果噴頭位置和滾輪位置在同一水平線上，噴頭打印系統響應足夠快的話，系統界面設置的噴標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，噴頭打印響應也需要一定時間，這樣的話就需要現場靈活調節來滿足實際精度。見圖2所示。

圖2自動噴碼系統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長度A和噴標位置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自動噴碼系統的管尾噴碼工作流程圖

2.2自動噴碼系統的測量算法

自動噴碼系統關鍵測量算法是應用了FM350M-1計數模塊和米勒編碼器。其中計數模塊FM350M-1的安裝、對編碼器詳細參數設置以及功能CNT_CTL1（FC2）塊調用等注意事項。

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），管尾噴碼結束位置為（C-B）。

2.3自動噴碼系統的計數模塊

自動噴碼系統的管首管尾開始噴碼位置找的是否精準關鍵要看編碼器的精度和與計數模塊FM350M-1配合程度。在這里特別介紹一下計數模塊，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硬件組態里需要設置編碼器參數，這個必須和實際編碼器相匹配。在這里值得一提的是，需要安裝計數模塊固定安裝包FM-ConfigPackage_V102。安裝成功后才可以進行參數配置。如圖4所示。

圖4計數模塊的硬件組態屬性圖

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

圖5編碼器的參數設置圖

圖6FM350-1計數模式選擇圖

計數模式一般分三種：連續計數、單次計數、循環計數。連續計數是從當前計數值開始，當是增計數時如果計數值到達上限，再一次計數脈沖到達，將跳轉到下限。然后從此位置開始不丟失任何脈沖的連續計數。單次計數當門打開時，FM350-1從裝載值開始計數，在計數極限停止。循環計數是當門開時，在裝載值和計數極限之間的范圍開始計數。31位計數模式應用計數上限最高設置到+2417483647，下限最低設置到-2417483648。32位計數模式應用計數上限最高設置到+4294967295，下限最低設置到0。計數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的計數過程，包含開始和停止計數。在這里我們選擇32位計數模式、帶軟件門的連續計數方式為例，如圖6所示。

2.4自動噴碼系統的工作原理

圖7自動噴碼系統的設備結構原理圖

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自動噴碼系統軟件界面

3結論

最近幾年來，自動噴碼系統在螺旋埋弧焊管機組中應用也處于不斷發展狀態，技術方面也是不斷改進完善。它的應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效率，提高了自動化水平。

鋼管自動噴碼系統本身也會有缺點。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這個環節很是薄弱，但也很關鍵。這塊設備比較分散，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。鋼管生產的不飽滿性也會加重維護保養任務。噴頭、控制器、油漆、清洗劑、連接管路等設備的集成也會是今后發展的一個方向。