УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРУБ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения длины и скорости изделий в трубном производстве.
Известно устройство для измерения длины движущегося проката, содержащее n фотодатчиков, счетчик числа сработавших фотодатчиков, вычислительный блок, источник плоского параллельного светового пучка, конденсор, с установленным в его фокусе фотоэлементом, образующими оптическую связанную систему, компаратор, два блока слежения-хранения, два аналогово-цифровых преобразователя, блок логики и блок индикации (А.С. СССР №1610238, кл. G01В 7/04, опубл. 30.11.90, бюл. №44).
Недостатком известного устройства является относительно невысокая точность определения длины и скорости движения разрезаемого полосового проката.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения длины труб, содержащее стеллаж, роликовый рольганг с роликами, оснащенными наружными витками, измерительную систему грубого отсчета в виде базовых датчиков, расположенных вдоль рольганга и измерительную систему точного отсчета положения переднего конца. Устройство снабжено направляющими, выполненными с двусторонним уклоном. Обе измерительные системы выполнены на фотодатчиках, элементы которых расположены по обе стороны рольганга, а оптические оси в каждой паре ориентированы параллельно осям его роликов, с входной по ходу поперечного перемещения трубы стороны рольганга элементы фотодатчиков расположены над плоскостью стеллажа, а на выходной стороне рольганга перпендикулярно его оси установлены направляющие. Счетно-решающий блок в совокупности с системами фотодатчиков для грубого и точного отсчета образует
измерительную часть устройства. Счетно-решающий блок содержит триггер, элементы И и ИЛИ, счетчик импульсов, преобразователи кодов, сумматор, узел интерполяции, счетчик, генератор импульсов, два регистра, вычислительный узел и элемент задержки. (А.с. СССР №446731, G01B 5/02, опубл. 30.11.1978, бюл. №44; А.с. СССР №1224559, G01B 7/04, опубл. 15.04.1986, бюл. №14).
Недостатком указанного устройства является высокая длительность и сложность настройки, низкая точность измерения и применимость только при рассортировке мерных (нарезанных) труб.
Технической задачей создания полезной модели является получение заданной длины труб и определение скорости ее движения непосредственно в потоке трубопрофилеэлектросварочного стана (ТПЭСА), повышение точности определения длины труб и простота настройки устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для автоматического измерения длины и скорости движения труб, содержащем измерительную систему, выполненную на фотодатчиках, и счетно-решающую систему, согласно полезной модели, счетно-решающая система содержит блок преобразования сигналов, предназначенный для совместной обработки сигналов, поступающих от фотоприемников обоих фотодатчиков и инвертирования сигнала от первого фотоприемника в определенные моменты времени, блок сравнения со счетчиком, предназначенный для осуществления счета временных импульсов во время движения переднего конца трубы от первого фотодатчика до второго, генератор временных импульсов, предназначенный для формирования импульсов времени одинаковой длительности, блок вычисления скорости, предназначенный для обработки сигналов времени прохождения передним концом трубы расстояния между фотодатчиками и вычисления средней скорости движения трубы, блок вычисления интервалов времени, предназначенный для осуществления счета временных импульсов, поступающих из генератора и вычисления интервалов времени, соответствующих прохождению всей отрезанной части трубы мимо второго фотоприемника,
блок вычисления длины и выдачи результатов, предназначенный для расчетного определения длины отрезанной части трубы и для отображения результатов расчета технологическому персоналу, при этом выход второго фотоприемника соединен с первым входом блока преобразования сигналов, выход первого фотоприемника связан со вторым входом блока преобразования сигналов, выход которого соединен с первым входом блока сравнения со счетчиком, второй вход которого связан с выходом генератора временных импульсов, а выход блока сравнения со счетчиком связан с входом блока вычисления скорости, первый вход блока вычисления интервалов времени также связан с выходом генератора временных импульсов, второй вход блока вычисления интервалов времени соединен с первым выходом блока вычисления скорости, а второй выход блока вычисления скорости и выход блока вычисления интервалов времени связаны соответственно с первым и вторым входом блока вычисления длины и выдачи результатов.
Технический результат, который может быть достигнут от использования предлагаемой полезной модели заключается в том, что введение в счетно-решающую систему блока преобразования сигналов, блока сравнения со счетчиком, генератора временных импульсов, блока вычисления скорости, блока вычисления интервалов времени, блока вычисления длины и выдачи результатов позволило повысить точность измерения длины и скорости движения труб в потоке ТПЭСА, обеспечить контроль измеряемых параметров и осуществить скоординированное автоматическое управляющее воздействие на. Разработанные блоки счетно-решающей системы, заложенные в основу функционирования устройства, легко настраиваемы, позволяют оперативно обрабатывать информацию и управлять процессом изготовления труб мерной длины. Работа устройства обеспечивает полное соблюдение требований технологии по производству труб и сокращает время технологического цикла.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
В счетно-решающей системе введенные электронные блоки предназначены для:
- блок преобразования сигналов - инвертирует сигнал от первого фотоприемника: при наличии светового сигнала на нем - до нулевого уровня (сигнала нет), при отсутствии светового сигнала на нем - до уровня логической единицы (сигнал есть). Второй фотоприемник включает (при наличии сигнала) или выключает (при отсутствии сигнала) выходной каскад блока преобразования сигналов;
- блок сравнения со счетчиком - осуществляет счет временных импульсов во время движения переднего конца трубы от первого фотодатчика до второго и вычисляет время, за которое передний конец трубы проходит фиксированное расстояние между фотодатчиками; это время необходимо для вычисления скорости движения трубы;
- генератор временных импульсов - формирует электрические сигналы определенной частоты в виде серии последовательно идущих импульсов одинаковой длительности. Частота сигнала выбирается в зависимости от установленного базового расстояния между фотодатчиками и должна быть такой, чтобы базовое расстояние было кратным длительности одного импульса;
- блок вычисления скорости - обрабатывает сигналы времени прохождения передним концом трубы расстояния между фотодатчиками и вычисляет среднюю скорость движения трубы. Количество импульсов за время счета (при одинаковой их длительности) может служить мерой скорости, так как время (счета) между перекрытиями световых потоков обратно пропорционально скорости движения трубы (при фиксированном базовом расстоянии (l) между фотодатчиками);
- блок вычисления интервалов времени - осуществляет счет временных импульсов, поступающих из генератора, и определяет интервалы времени, соответствующие прохождению всей отрезанной части трубы мимо второго фотодатчика;
- блок вычисления длины и выдачи результатов - определяет длину отрезанной части трубы и отображает результаты расчета технологическому персоналу.
На фиг.1 представлена функциональная блок-схема устройства для автоматического измерения длины и скорости движения труб.
Устройство содержит измерительную систему 1, выполненную на фотодатчиках 2, 3 со светодиодными излучателями 4, 5 и счетно-решающую систему 6, содержащую блок преобразования сигналов 7, блок сравнения со счетчиком 8, генератор временных импульсов 9, блок вычисления скорости 10, блок вычисления интервалов времени 11, блок вычисления длины и выдачи результатов 12. Устройство реализуется в потоке ТПЭСА, где приняты следующие обозначения: 13 - «отрезанная» труба, 14 - рольганг, 15 - основной массив бесконечной трубы, 16 - летучий отрезной станок.
Измерительная система 1 содержит фотодатчики, включающие фотоприемники 2, 3 и установленные напротив них светодиодные излучатели 4, 5, расположенные по ходу движения трубы 13 последовательно на базовом расстоянии (l) друг от друга. Оптические оси фотоприемников 2, 3 и светодиодных излучателей 4, 5 перпендикулярны направлению движения трубы 13.
Измерительная система 1 подключена к счетно-решающей системе 6 через выход второго фотоприемника 3, соединенного с первым входом блока преобразования сигналов 7, и выход первого фотоприемника 2, который связан со вторым входом блока преобразования сигналов 7, выход которого соединен с первым входом блока сравнения со счетчиком 8, второй вход которого связан с выходом генератора временных импульсов 9. Выход блока сравнения со счетчиком 8 связан с входом блока вычисления скорости 10. Первый вход блока вычисления интервалов времени 11 также связан с выходом генератора временных импульсов 9. Второй вход блока вычисления интервалов времени 11 соединен с первым выходом блока вычисления скорости 10, а второй выход последнего и выход блока вычисления интервалов времени 11 связаны соответственно с первым и вторым входами блока вычисления длины и выдачи результатов 12.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии (до очередного реза) световые потоки оптических излучателей перекрыты
основным массивом «бесконечной» трубы 15. Фотоприемники 2, 3 находятся в нулевом состоянии. Сигнал от фотоприемника 2 инвертируется электронной схемой блока преобразования сигналов 7 до уровня логической единицы, но через выходной каскад на управляющий вход блока сравнения со счетчиком 8 не поступает, так как выходной каскад блока преобразования сигналов 7 «закрыт» сигналом фотоприемника 3. Блоки электронной схемы счетно-решающей системы находятся в состоянии ожидания.
Счетно-решающая система 6 находится в состоянии ожидания и после очередного реза, когда «отрезанная» труба 13, получив ускорение от роликов отводящего рольганга 14 и отделившись от основного массива «бесконечной» трубы 15, последовательно пересекает задним концом оптические оси фотоприемников 2, 3.
В момент пересечения задним концом «отрезанной» трубы 13 оптической оси фотоприемника 2 фотоприемник 2 переходит в состояние логической единицы. Сигнал с фотоприемника 2 в блоке преобразования сигналов 7 инвертируется до нулевого уровня, но через выходной каскад на управляющий вход блока сравнения со счетчиком 8 не поступает, так как выходной каскад блока преобразования «закрыт» сигналом фотоприемника 3. В момент пересечения задним концом «отрезанной» трубы 13 оптической оси фотоприемника 3 световые потоки оптического излучателя 5 не перекрыты трубой 13. Фотоприемники 2, 3 находятся в единичном состоянии (на их выходах имеется уровень логической единицы). Сигналы с фотоприемников 2, 3 поступают на входы блока преобразования сигналов 7. Сигнал с фотоприемника 2 в блоке преобразования сигналов инвертируется до нулевого уровня и через выходной каскад блока, открытый по сигналу с фотоприемника 3, поступает на управляющий вход блока сравнения со счетчиком 8. Так как на вход блока сравнения со счетчиком 8 поступает сигнал нулевого уровня, счетчик блока 7 находится в состоянии ожидания. Счет импульсов, поступающих из генератора временных импульсов не ведется.
Счетно-решающая система 6 переходит в состояние счета, когда головная часть основного массива «бесконечной» трубы 15 последовательно пересекает оптические оси фотоприемников 2, 3.
В момент пересечения передним концом трубы 15 оптической оси фотоприемника 2 световой поток, идущий к фотоприемнику 2, перекрывается трубой 15. Фотоприемник 2 переходит в нулевое состояние. Так как световой поток к фотоприемнику 3 трубой не перекрыт и фотоприемник 3 находится в единичном состоянии, - выходной каскад электронной схемы блока преобразования сигнала 7 открыт. Сигнал от фотоприемника 2 инвертируется в блоке преобразования сигнала 7 до уровня логической единицы, поступает на управляющий вход блока сравнения со счетчиком 8 и запускает отсчет сигналов, поступающих из генератора временных импульсов 9.
В момент пересечения передним концом трубы 15 оптической оси фотоприемника 3 световой поток, идущий к фотоприемнику 3, перекрывается трубой 15. Фотодатчик 3 переходит в нулевое состояние. Выходной каскад электронной схемы блока преобразования сигнала 7 закрывается, счет импульсов, поступающих из генератора временных импульсов 9 за время (счета) между перекрытиями световых потоков в блок сравнения со счетчиком 8, прекращается. Сигнал с данными счета передается на блок вычисления скорости 10, в котором данные обрабатываются, вычисляется скорость движения основного массива «бесконечной» трубы 15 и передается в блок вычисления длины и выдачи результатов 12.
В блоке вычисления скорости 10 в момент поступления с блока сравнения со счетчиком 8 сигнала (с данными счета) формируется сигнал (в виде одиночного импульса), запускающий отсчет сигналов, поступающих в блок вычисления интервалов времени 11 с генератора временных импульсов 9. В момент поступления другого сигнала с блока вычисления скорости 10, когда начинается счет импульсов для вычисления скорости, счет импульсов в блоке вычисления интервалов времени прекращается, счетчик переходит в состояние ожидания. При одинаковой длительности импульсов, поступающих с
генератора временных импульсов 9, их количество за время счета пропорционально времени между перекрытиями светового потока от светодиодного излучателя 5 к фотоприемнику 3. Информация о времени передается в блок вычисления длины и выдачи результатов 12, где информация обрабатывается в режиме реального времени путем вычисления произведения скорости движения трубы на время ее движения. Блок 12 вычисления длины и выдачи результатов обеспечивает отображение состояния технологического процесса по измеряемым параметрам сварных труб.
i
i
i
Методика определения длины и скорости движения труб заключается в следующем. Принимается, что скорость движения основного массива «бесконечной» трубы 15 меняется во времени, но во время (t) прохождения головной частью трубы участка между фотоприемниками 2, 3 остается постоянной. При известной длине участка (l) скорость движения трубы (V) определяется из соотношения: V=l/t.
i
i
cp
i
Длина трубы L вычисляется по формуле: L=V*ΔT, где
i=1, 2, 3... - порядковый номер измерения;
cp
i
i+1
V=(V+V)/2 - средняя скорость движения («i-той») трубы между двумя последовательными измерениями (мм/с);
i
ΔT- интервал времени между двумя последовательными измерениями (с).
у
На фиг.2 представлены данные, полученные в процессе контроля скорости движения и длины труб с применением устройства для автоматического измерения длины и скорости движения труб при производстве сварных труб Д 20×2,5 мм ГОСТ 3262-75 на ТПЭСА 20-76 в цехе изготовления труб и электродов (ЦПТЭ). Трубы производили длиной 10300 мм с установленными в ЦПТЭ требованиями на предельные отклонения по длине +150 мм.
Графики изменения скорости движения и длины труб получены после обработки данных одной серии измерений.
Из фиг.2а видно, что фактическая скорость «прокатки» труб, измеренная при помощи устройства для автоматического измерения длины и скорости
движения труб, составила 1053-1150 мм/с (рекомендуемая скорость «прокатки» по технологической инструкции ТИ 107-СП.ТЭ-35-06 - до 1667 мм/с). Пульсации скорости составили в среднем 0,06-0,09%, в отдельных (редких) случаях скорость изменялась на 0,6%. Резкое изменение скорости на графике связано с контролируемым изменением скорости «прокатки» сварщиком с операторского пульта.
Из фиг.2б видно, что средняя длина труб серии практически не изменялась и составляла ~10300 мм. Отклонения по длине труб составляли (±) 40-50 мм (от средней длины).
Таким образом, в результате использования предлагаемой полезной модели проведено измерение длины и скорости движения сварных труб в потоке ТПЭСА 20-76 с погрешностью, не превышающей 0,3%. Контроль измеряемых параметров позволяет в конечном итоге повысить точность измерения длины и скорости движения труб в потоке ТПЭСА, осуществлять управление процессом изготовления сварных труб мерной длины и обеспечивает надежность работы устройства.
Предлагаемое устройство для автоматического измерения длины и скорости движения труб промышленно применимо, может быть использовано и адаптировано для эффективного управления работой ТПЭСА с оперативным предоставлением информации технологическому персоналу и функционирует режиме реального времени.