一种热扩生产工艺智能控制系统.pdf

本发明公开了一种热扩生产工艺智能控制系统，该系统包括安装在上位机中的热扩生产工艺数据处理器，所述上位机与PLC下位机对应连接，所述热扩生产工艺数据处理器根据生产条件计算出生产工艺参数，然后将生产工艺参数发送至所述PLC下位机，所述PLC下位机与热扩生产控制元件对应连接。本发明一种热扩生产工艺智能控制系统可以避免可能发生的质量事故，提高热扩工艺技术生产水平。

1.  一种热扩生产工艺智能控制系统，其特征在于：该系统包括安 装在上位机中的热扩生产工艺数据处理器，所述上位机与PLC下位机 对应连接，所述热扩生产工艺数据处理器根据生产条件计算出生产工 艺参数，然后将生产工艺参数发送至所述PLC下位机，所述PLC下位 机与热扩生产控制元件对应连接。

2.  根据权利要求1所述的一种热扩生产工艺智能控制系统，其特 征在于：所述热扩生产工艺数据处理器包括主界面模块，在所述主界 面模块中选择其它模块进行运行，与主界面模块对应连接的基本情况 输入模块，所述基本情况输入模块用于输入原料、成品名义几何尺寸、 材质、数量和检查标准，与主界面模块对应连接的实测数据输入模块， 所述实测数据输入模块用于将原料管实测数据输入保存到质量数据 库中，与主界面模块对应连接的工具管理模块，所述工具管理模块主 要用于输入、保存全部芯棒和线圈几何尺寸数据到工具库，并且可以 统计列出工具的使用时间、修复情况和生产数量，帮助操作者对工具 质量作出评定；
所述基本情况输入模块、实测数据输入模块和工具管理模块均与 质量预测模块对应连接，所述质量预测模块用于从原料几何尺寸计算 成品几何尺寸，还调取质量历史数据，并根据当前原料实测数据预测 推算出成品的几何尺寸波动范围，与标准要求进行比较，如果质量预 测不合格则需要重新选择原料或工具，调取工具库中芯棒和线圈数据 进行自动分析，选择合适的工具，确定合适的加热温度和推管速度， 所述质量预测模块与复杂计算模块对应连接，所述复杂计算模块根据 质量预测模块提供的各种数据，进行复杂的数据计算处理，然后将数 据计算处理的结果发送至质量预测模块；
所述主界面模块还与设备运行监控模块和动态曲线监测模块对 应连接，所述设备运行监控模块和动态曲线监测模块还均与PLC下位 机对应连接，设备运行监控模块把设备运行控制权交给PLC下位机， 将设备监测点的运转情况显示发送至主界面模块进行显示，推管工作 结束或设备发生故障时，发出声光提示信号，故障点位置和时间都会 被系统保存，推管的数量也会被记录，所述动态曲线监测模块与设备 运行监控模块同时运行，接收PLC下位机的设备监测点的运转情况， 并在主界面模块中以时间为单位，用不同颜色绘曲线，不同颜色的曲 线代表温度、速度、电流、推管力、耗能，动态曲线监测模块帮助操 作者对曲线进行分析判断。

3.  根据权利要求2所述的一种热扩生产工艺智能控制系统，其特 征在于：所述成品名义几何尺寸包括外径、壁厚、长度，原料管实测 数据包括外径、壁厚、长度。

4.  根据权利要求2所述的一种热扩生产工艺智能控制系统，其特 征在于：所述复杂计算模进行的复杂的数据计算处理包括变径区单元 受力计算、周纪华金属高温变形抗力计算、壁厚变化规律迭代计算、 成品外径计算、利用历史数据回归曲线预测成品外径、壁厚偏差计算、 通过积分计算出推管力、对设备能力的校核。

5.  根据权利要求2所述的一种热扩生产工艺智能控制系统，其特 征在于：所述设备监测点的运转情况包括电机运行状态及转数值、油 泵压力值、加热温度值、推管速度值、可控硅水冷系统运行状态及水 温值、线圈水冷系统运行状态及水温值、推板与钢管行进位置。

6.  根据权利要求1所述的一种热扩生产工艺智能控制系统，其特 征在于：所述热扩生产控制元件包括变频器、电磁继电器、检温元件、 编码器、限位开关。

一种热扩生产工艺智能控制系统
技术领域
本发明属于软件控制与管理技术领域，涉及一种热扩生产工艺智 能控制系统。
背景技术
热扩大口径无缝钢管是高附加值冶金产品，随着国民经济的高速 发展，热扩无缝管市场需求越来越大。其主要用途为锅炉制造、电站 建设、机械加工及建筑钢构、石油天然气输送、化工行业和压缩天然 气等行业，外径大于400毫米的大口径无缝钢管消耗量约占无缝钢管 的表观消费总量的4-5％。热扩设备为上世纪50年代德国发明，80年 代中期以弯头推制机的机型由日本传入中国。至97年在中国得到改 造完善取得知识产权，并定名为二步液压推进式扩管机，采用液压油 缸顶管加中频感应线圈加热技术，全部采用人工操作，手动方式控制 加热温度和推管速度。热扩比热轧工艺简单落后、设备投资少上马快， 国内现有几百条生产线。由于热扩工艺理论研究较少，热扩壁厚难以 控制，如针对成品壁厚采用估算法进行计算，就是扩径一道次按壁厚 比例减壁0.2-1.5毫米，与实际偏差较大，存在热扩产品质量不稳定 等技术难题。因此，我国热扩钢管技术急待提高与进步。
目前，德国研制出了Carta工艺系统，实现了中小口径无缝钢管 热轧生产工序中工艺参数自动设计和过程自动控制，可以实现更小的 壁厚与直径偏差，减少材料损失，并且有自动化程度高、劳动强度低 和产品质量稳定等优点。但是在热扩工艺技术智能控制方面还没有人 做过这样的尝试。
发明内容
本发明专利所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明 专利提供一种热扩生产工艺智能控制系统(HESPS)，软件安装在PC上 位机中，通过网络与可编程控制器PLC形成双向通讯连接，PLC再与 变频器、电磁继电器、检温元件、编码器、限位开关等元件形成输入 输出连接，达到智能控制热扩设备的目的。
本发明通过下述方案实现：
一种热扩生产工艺智能控制系统，该系统包括安装在上位机中的 热扩生产工艺数据处理器，所述上位机与PLC下位机对应连接，所述 热扩生产工艺数据处理器根据生产条件计算出生产工艺参数，然后将 生产工艺参数发送至所述PLC下位机，所述PLC下位机与热扩生产控 制元件对应连接。
所述热扩生产工艺数据处理器包括主界面模块，在所述主界面模 块中选择其它模块进行运行，与主界面模块对应连接的基本情况输入 模块，所述基本情况输入模块用于输入原料、成品名义几何尺寸、材 质、数量和检查标准，与主界面模块对应连接的实测数据输入模块， 所述实测数据输入模块用于将原料管实测数据输入保存到质量数据 库中，与主界面模块对应连接的工具管理模块，所述工具管理模块主 要用于输入、保存全部芯棒和线圈几何尺寸数据到工具库，并且可以 统计列出工具的使用时间、修复情况和生产数量，帮助操作者对工具 质量作出评定；
所述基本情况输入模块、实测数据输入模块和工具管理模块均与 质量预测模块对应连接，所述质量预测模块用于从原料几何尺寸计算 成品几何尺寸，还调取质量历史数据，并根据当前原料实测数据预测 推算出成品的几何尺寸波动范围，与标准要求进行比较，如果质量预 测不合格则需要重新选择原料或工具，调取工具库中芯棒和线圈数据 进行自动分析，选择合适的工具，确定合适的加热温度和推管速度， 所述质量预测模块与复杂计算模块对应连接，所述复杂计算模块根据 质量预测模块提供的各种数据，进行复杂的数据计算处理，然后将数 据计算处理的结果发送至质量预测模块；
所述主界面模块还与设备运行监控模块和动态曲线监测模块对 应连接，所述设备运行监控模块和动态曲线监测模块还均与PLC下位 机对应连接，设备运行监控模块把设备运行控制权交给PLC下位机， 将设备监测点的运转情况显示发送至主界面模块进行显示，推管工作 结束或设备发生故障时，发出声光提示信号，故障点位置和时间都会 被系统保存，推管的数量也会被记录，所述动态曲线监测模块与设备 运行监控模块同时运行，接收PLC下位机的设备监测点的运转情况， 并在主界面模块中以时间为单位，用不同颜色绘曲线，不同颜色的曲 线代表温度、速度、电流、推管力、耗能，动态曲线监测模块帮助操 作者对曲线进行分析判断。
所述成品名义几何尺寸包括外径、壁厚、长度，原料管实测数据 包括外径、壁厚、长度。
所述复杂计算模进行的复杂的数据计算处理包括变径区单元受力 计算、周纪华金属高温变形抗力计算、壁厚变化规律迭代计算、成品 外径计算、利用历史数据回归曲线预测成品外径、壁厚偏差计算、通 过积分计算出推管力、对设备能力的校核。
所述设备监测点的运转情况包括电机运行状态及转数值、油泵压 力值、加热温度值、推管速度值、可控硅水冷系统运行状态及水温值、 线圈水冷系统运行状态及水温值、推板与钢管行进位置。
所述热扩生产控制元件包括变频器、电磁继电器、检温元件、编 码器、限位开关。
本发明的有益效果为：
1.本发明蕴含着生产单位多年的专业经验和专业的技术诀窍，安 装在上位机中的热扩生产工艺数据处理器，通过网络与可编程控制器 PLC形成双向通讯连接，PLC再与变频器、电磁继电器、检温元件、 编码器、限位开关等元件形成输入输出连接，达到智能控制热扩设备 的目的，这是一个为热扩车间带来更好的经济性、可靠性和未来保障 的组合。
2.本发明热扩生产工艺数据处理器通过预分析，能够提前对热扩 的结果进行质量判断，避免可能发生的质量事故，提高热扩工艺技术 生产水平。
附图说明
图1为本发明热扩生产工艺数据处理器结构框图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明优化的实施方式进一步说明：
一种热扩生产工艺智能控制系统，该系统包括安装在上位机中的 热扩生产工艺数据处理器，所述上位机与PLC下位机对应连接，所述 热扩生产工艺数据处理器根据生产条件计算出生产工艺参数，然后将 生产工艺参数发送至所述PLC下位机，所述PLC下位机与热扩生产控 制元件对应连接。
热扩生产工艺数据处理器按模块化设计，每一种功能模块都拥有 自己的界面和内容计算功能，其界面能够与用户交互信息。
所述热扩生产工艺数据处理器包括主界面模块，在所述主界面模 块中选择其它模块进行运行，与主界面模块对应连接的基本情况输入 模块，所述基本情况输入模块用于输入原料、成品名义几何尺寸、材 质、数量和检查标准，与主界面模块对应连接的实测数据输入模块， 所述实测数据输入模块用于将原料管实测数据输入保存到质量数据 库中，与主界面模块对应连接的工具管理模块，所述工具管理模块主 要用于输入、保存全部芯棒和线圈几何尺寸数据到工具库，并且可以 统计列出工具的使用时间、修复情况和生产数量，帮助操作者对工具 质量作出评定；
所述基本情况输入模块、实测数据输入模块和工具管理模块均与 质量预测模块对应连接，所述质量预测模块用于从原料几何尺寸计算 成品几何尺寸，还调取质量历史数据，并根据当前原料实测数据预测 推算出成品的几何尺寸波动范围，与标准要求进行比较，如果质量预 测不合格则需要重新选择原料或工具，调取工具库中芯棒和线圈数据 进行自动分析，选择合适的工具，确定合适的加热温度和推管速度， 所述质量预测模块与复杂计算模块对应连接，所述复杂计算模块根据 质量预测模块提供的各种数据，进行复杂的数据计算处理，然后将数 据计算处理的结果发送至质量预测模块；
所述主界面模块还与设备运行监控模块和动态曲线监测模块对 应连接，所述设备运行监控模块和动态曲线监测模块还均与PLC下位 机对应连接，设备运行监控模块把设备运行控制权交给PLC下位机， 将设备监测点的运转情况显示发送至主界面模块进行显示，推管工作 结束或设备发生故障时，发出声光提示信号，故障点位置和时间都会 被系统保存，推管的数量也会被记录，所述动态曲线监测模块与设备 运行监控模块同时运行，接收PLC下位机的设备监测点的运转情况， 并在主界面模块中以时间为单位，用不同颜色绘曲线，不同颜色的曲 线代表温度、速度、电流、推管力、耗能，动态曲线监测模块帮助操 作者对曲线进行分析判断。
所述成品名义几何尺寸包括外径、壁厚、长度，原料管实测数据 包括外径、壁厚、长度。
所述复杂计算模进行的复杂的数据计算处理包括变径区单元受力 计算、周纪华金属高温变形抗力计算、壁厚变化规律迭代计算、成品 外径计算、利用历史数据回归曲线预测成品外径、壁厚偏差计算、通 过积分计算出推管力、对设备能力的校核。
所述设备监测点的运转情况包括电机运行状态及转数值、油泵压 力值、加热温度值、推管速度值、可控硅水冷系统运行状态及水温值、 线圈水冷系统运行状态及水温值、推板与钢管行进位置。
所述热扩生产控制元件包括变频器、电磁继电器、检温元件、编码器、 限位开关。变频器的作用是：通过油泵转速编码器和推管速度模块将 数值传给PLC下位机的输入端，通过PLC下位机输出端发出控制信号， 使变频器改变频率对油泵组电机调速，控制油缸行进速度达到设定值， 所以变频器的作用是通过控制油泵电机转数达到控制推管速度的目 的，另外还有节能效果。
当启动本系统时，PLC下位机首先控制可控硅中频柜工作，感应 线圈通电对原料钢管加热，通过红外测温感应器将加热温度实时反馈 给PLC下位机和上位机；当温度达到设定值时，PLC下位机控制变频 器使油泵工作，再控制电磁换向阀正向导通使液压缸前进，当到达前 限位开关时，信号反馈给PLC下位机，PLC下位机首先通过换向阀停 止液压缸工作，然后通过变频器对油泵电机降速节电，控制可控硅中 频柜降压节电，最后控制电磁换向阀反向导通使液压缸后退，当到达 后限位开关时，信号反馈给PLC下位机，PLC下位机通过换向阀停止 液压缸工作。当由操作人员或上位机自动判定液压油缸需要再次前进 时，按前述过程重新启动。
在可控硅中频柜启动前，PLC下位机首先启动可控硅冷却水循环 泵和感应线圈冷却水循环泵启动，工作一段时间后，水温传感器将温 度实时传到下位机和上位机，当水温达到40度时，PLC下位机控制 风机启动给水降温。
电流检测模块和电压检测模块将实时数值反馈给PLC下位机和 上位机，由软件分析电能消耗，为节能降耗提供依据，出现异常情况 能及时报警。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解， 对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替 代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精 神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。