在石油鉆采作業(yè)中，篩縫管是一種重要的器材，常用于先期完井或采油防砂。由于地層的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和接觸的砂石粒度各不相同，開采液體粘稠度也存在差異，因而所需篩管的孔縫規(guī)格及形狀也各有不同。武漢法利萊切割系統(tǒng)工程有限公司開發(fā)了一項(xiàng)用于通過激光切割手段制造篩縫管的技術(shù)?？梢造`活地轉(zhuǎn)換為最多樣化“切割模 式”的 CNC 機(jī)床由 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的自動(dòng)化平臺(tái)控制。
位于湖北武漢的武漢法利萊切割系統(tǒng)工程有限公司隸屬于上市公司華工科技旗下的激光板塊子公司，該公司是國內(nèi)大功率激光切割機(jī)、激光焊接機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊企業(yè)之一?！坝捎陂_采石油使用的過濾管道的 制造越來越多地用到激光切割技術(shù)，對于合適的激光切割機(jī)的需求也大幅飆升。”法利萊副總經(jīng)理王征說道。
基于 PC 的集成式控制系統(tǒng)
法利萊的篩縫管激光切割機(jī)控制系統(tǒng)選用了 Beckhoff 基于 PC 的控制平臺(tái)：由一臺(tái)裝有 TwinCAT CNC 自動(dòng)化軟件的工業(yè) PC、分布式 I/O 端子模塊和 EtherCAT 通訊系統(tǒng)構(gòu)成。在驅(qū)動(dòng)方面，他們選用的 是 AX5000 系列 EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器和采用了單電纜技術(shù)(OCT)的 AM8000 系列伺服電機(jī)?！巴ㄓ嵧耆ㄟ^ EtherCAT 實(shí)現(xiàn)，速度快，可靠性好。EtherCAT 采用‘一網(wǎng)到底’的總線結(jié)構(gòu)，簡單、明了?！蓖跽鲝?qiáng)調(diào)并補(bǔ)充道：“電機(jī)采用單電纜技術(shù)，在系統(tǒng)的布線方面確實(shí)給我們帶來了很大的方便，也節(jié)約了成本?！?/FONT>
TwinCAT CNC 以最高 120 米/分鐘的速度控制切割光束，在X 和Y 方向上精確定位。它還控制切割頭的上下浮動(dòng)、篩縫管的旋轉(zhuǎn)和定位、切 割頭的擺動(dòng)、用于在篩縫管長度方向上送料進(jìn)給的送料軸以及用于同步激光束和電子驅(qū)動(dòng)器的等光程軸。
所有控制需求都整合在同一個(gè) PC 平臺(tái)中
篩縫管激光切割機(jī)一共有 7 根伺服軸的控制，這 7 根軸既有插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制的要求，另外也有伺服軸跟隨、獨(dú)立定位的運(yùn)動(dòng)控制要求。使用的 TwinCAT CNC 軟件平臺(tái)涵蓋了 PLC、可視化、插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制和多軸 定位?！耙郧胺ɡR在使用傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的過程中，經(jīng)常會(huì)碰到用于 PLC、運(yùn)動(dòng)控制和 HMI 三種不同的 CPU 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、通訊方面 的煩惱。而且這三種 CPU 上的軟件開發(fā)采用的也是不同的編程平臺(tái)， 往往需要不同的工程師來配合開發(fā)定制的軟件?，F(xiàn)在有了 Beckhoff 控 制平臺(tái)，我們在一臺(tái) PC 上就有了一個(gè)裝有 TwinCAT CNC 軟件的完整 機(jī)器控制系統(tǒng)?！必?fù)責(zé)篩縫管激光切割機(jī)軟件系統(tǒng)開發(fā)的電氣副總工 高昌波興奮的解釋道。
TwinCAT CNC 滿足復(fù)雜需求
篩縫管激光切割機(jī)的工藝要求非常復(fù)雜，因?yàn)獒槍Σ煌牡叵颅h(huán)境、 地質(zhì)情況，不同的篩縫管金屬材料等等，篩管上開的縫隙的要求就各 在石油鉆采作業(yè)中，篩縫管是一種重要的器材，常用于先期完井或采油防砂。由于地層的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和接觸 的砂石粒度各不相同，開采液體粘稠度也存在差異，因而所需篩管的孔縫規(guī)格及形狀也各有不同。武漢法利萊切 割系統(tǒng)工程有限公司開發(fā)了一項(xiàng)用于通過激光切割手段制造篩縫管的技術(shù)?？梢造`活地轉(zhuǎn)換為最多樣化“切割模 式”的 CNC 機(jī)床由 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的自動(dòng)化平臺(tái)控制。金屬加工 | 中國不相同。特殊情況下還需要切割成縱向或螺旋式、圓形、矩形或梯形 縫截面。有時(shí)要求內(nèi)壁縫隙較小，外壁縫隙稍大，并且必須以一定的角度執(zhí)行，這樣才能很好的達(dá)到滲油的效果，同時(shí)又能達(dá)到防砂的目 的。開這種梯形縫的時(shí)候，對擺動(dòng)軸的控制要求就很高了，需要伺服 軸擺動(dòng)到非常合適的角度，而且根據(jù)不同的壁厚，不同的梯坡度，調(diào) 整擺動(dòng)軸不同的角度?！岸?TwinCAT NC PTP 運(yùn)動(dòng)控制功能庫正好提 供了方便的接口，可以隨時(shí)隨地、靈活地修改擺動(dòng)角度參數(shù)。”高昌波解釋道。
在軟件中靈活修改參數(shù)
如果需要切出高質(zhì)量的篩縫管，激光切割工藝參數(shù)的修改、調(diào)整也非 常關(guān)鍵，例如激光器的功率、焦點(diǎn)的位置、脈沖頻率和占空比、切割進(jìn)給速度、輔助氣體壓力等參數(shù)的匹配程度是否合適。這些因素往往 決定了切割的質(zhì)量和篩縫管的整體質(zhì)量?？梢源鎯?chǔ)不同的穿孔模式， 例如連續(xù)穿孔或多級穿孔。此外，在穿孔的過程中必須通過 Z 軸的運(yùn) 動(dòng)控制模式不斷修改穿孔氣壓、激光功率等參數(shù)?！斑@是一個(gè)非常繁 瑣、耐心的工作，對控制系統(tǒng)的開放性、靈活性提出了很高的要求， 這正好迎合了 TwinCAT CNC 系統(tǒng)的特點(diǎn)。”高昌波解釋道?！霸诒陡?中國技術(shù)工程師王蘭立的協(xié)助下，我們現(xiàn)在已經(jīng)研究出了多種靈活的 穿孔模式來適應(yīng)不同的切割要求?！?/FONT>
遠(yuǎn)程維護(hù)讓售后服務(wù)變得簡單、方便
由于 Beckhoff 的 CNC 平臺(tái)基于 PC 與 Windows，只需要將現(xiàn)場控制機(jī) 器的 PC 連接到 Internet 即可進(jìn)行遠(yuǎn)程支持與故障診斷。遠(yuǎn)程下載程 序和修改程序也變得簡單起來。此外：由于所有軟件在一個(gè) CPU 上 運(yùn)行，因此包括 G 代碼、PLC 程序以及 HMI 界面的修改都可以通過Internet 遠(yuǎn)程執(zhí)行。
（轉(zhuǎn)載）
