CN114425561B - 一种无缝钢管逐支跟踪生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无缝钢管逐支跟踪生产系统，包括服务器、交换机、读码模块、机器人，各读码模块、各机器人、各生产设备PLC通过以太网与交换机连接，交换机与服务器连接，服务器设置有多个逻辑工位，逻辑工位与生产实际物理工位对应，服务器控制机器人在非热轧区采用贴码和/或喷码的方式来逐支跟踪管材的标识，服务器在热轧区接收读码模块读取的标识，将其与逻辑工位对应保存，服务器接收热轧区的生产设备PLC根据物理工位切换发送的信号，并对应的进行逻辑工位切换，从而逐支跟踪管材标识，在热轧区管材遵循单线传输和先进先出的原则。本发明通过倍尺长度优化与逐支跟踪系统的信息交互与融合提高成材率、提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体地说，涉及一种无缝钢管逐支跟踪生产系统。
背景技术
无缝钢管加工工艺复杂，至少涉及长尺坯锯切、环形炉、穿孔机、轧机、定径机、冷床、管排锯切、矫直机、吹吸灰、探伤机、测长称重机、打包机等相关设备，通常各设备由不同厂家提供，各设备有其独立的PLC控制工作，并各设备的PLC与生产执行系统(生产执行系统)连接，由生产执行系统进行各设备之间的流程化控制，并实时获取相关生产信息等。一根长尺坯在经过各设备加工期间，物料运动路径多变，且又涉及一根长尺坯变为多根定尺坯，定尺坯经轧制为钢管后，钢管又锯切为多根钢管的工艺过程。
目前对于钢管的逐支跟踪情况是，在每支长尺坯的端部手写或喷印炉台号、炉回顺序号、坯料流号及材质，但钢管生产仍按炉组织生产。虽然轧制过程自动化程度高，从长尺坯进环形炉开始到下冷床，是单线输送，但后续生产流程离线工序多，标识易磨损，且生产流程多个工位存在频繁上下线，全流程难以实现逐支跟踪。
目前客户对质量要求越来越高，按批次跟踪已不能满足用户的要求，客户要求无缝钢管要能够逐支追溯生产信息。而且钢管产品性能出现问题后，无法精确追溯到对应炉号的哪一根，不利于原因分析及持续改进，物料逐支跟踪是实现钢管逐支质量溯源和生产精细化管控的基础，传统生产方式已经无法满足高端用户对单支管的生产信息全流程跟踪的要求，无法达到全流程可追溯性。而截止目前，有以下几点原因导致还没有能够实现钢管逐支全流程跟踪：
(1)环形炉是高温区，对于常规的贴标签、喷码等方式来标记管材都不适用，且环形炉内同时具有多根定尺坯，在没有标识的情况下，难以将定尺坯与前后流程之间进行对应标识。
(2)1、2号冷床也是高温区，也不能用常规标识方法来标记管材，冷床是步进梁式齿条结构，在没有标识的情况下，难以将无缝钢管与前后流程之间进行对应标识。
(3)管材在多个设备之间输送，涉及频繁上下线，管材异常下线情况多。
(4)管材在生产过程中不停滚动，钢管相互摩擦以及生产过程外表污渍导致识别难度大。
而且，由于未实现钢管逐支全流程跟踪，也导致对于倍尺管切割为定尺管过程中，由于相关参数不能与钢管逐支对应，也使得切割的定尺管具有一定的误差。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种无缝钢管逐支跟踪生产系统，包括逐支跟踪生产服务器、交换机、读码模块、机器人，
其中，各读码模块、各机器人、各生产设备的PLC都通过以太网与交换机连接，所述交换机与所述逐支跟踪生产服务器连接，各生产设备的PLC还通过以太网与生产执行系统连接，
逐支跟踪生产服务器中设置有多个逻辑工位，所述多个逻辑工位与生产实际的物理工位相对应，每个逻辑工位在服务器中都具有用于存储相关生产信息的存储空间，所述逐支跟踪生产服务器接收读码模块读取的标识，并将其与逻辑工位对应保存，所述逐支跟踪生产服务器接收各生产设备的PLC根据物理工位切换发送的信号，并对应的进行逻辑工位切换，从而逐支跟踪管材的标识，其中，在热轧区的管材遵循单线传输和先进先出的原则，所述逐支跟踪生产服务器还控制机器人在非热轧区采用贴码和/或喷码的方式来逐支跟踪管材的标识，
在管排锯区，采用以下公式1优化切割定尺，
L是子管的长度；
Nx是每支母管锯切为子管的数量；
Lb是管排锯区的母管长度；
Lq是管排锯区常温状态下需要切除母管头尾的长度；
其中，Lb＝Lhb*(1-α*ΔX) (2)
Lhb是定径机出口的激光测速仪对时间积分获得的热态母管长度；
α是母管的热膨胀系数；
ΔX是定径机出口至管排锯区的变化温度，
其中，Lq＝kx*(Sn-3)*Zm y*Dz(1-α*ΔX)/1000 (3)
Kx是孔型系数，其取值范围是0.65-0.75；
Sn是参与轧制机架数，且Sn大于3；
Zm是母管的平均张力系数；
y是张力叠加系数，取值范围是0.65-0.67；
Dz是相邻机架之间的距离。
可选地，非热轧区的逐支跟踪设备包括长尺坯读码模块、定尺坯标识机器人，
其中，长尺坯读码模块用于读取长尺坯的标识并发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器从生产执行系统获取该标识的原始坯料信息并与所述标识对应保存；
管坯区PLC用于将长尺坯依次锯切为多段定尺坯的信号发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器在长尺坯的标识的基础上依次产生第一更新标识，并保存到各定尺坯的逻辑工位上；
定尺坯标识机器人用于当定尺坯传输到定尺坯标识机器人工位，接收逐支跟踪生产服务器发送的所述第一更新标识，并在定尺坯的端面进行贴码标识。
可选地，热轧区的逐支跟踪设备包括定尺坯读码模块，定尺坯读码模块用于识别环形炉入炉定尺坯端面的第一更新标识号并发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该定尺坯的第一更新标识存储到与定尺坯的位置对应的逻辑工位上，并且，环形炉区PLC还将定尺坯随环形炉转动的位置反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器对应切换逻辑工位；
环形炉区PLC还用于通过判断接近开关的动作确定拨料钩完成向链床拨料，从而使得逐支跟踪生产服务器对应切换逻辑工位至链床处，所述链床用于将从环形炉输出的定尺坯传输至穿孔机；
穿孔机区PLC用于根据推坯机的位置、检测元件信号、穿孔机的咬钢信号来判断定尺坯是否到达穿孔机本体。
可选地，轧机区的与物理工位对应的逻辑工位按照工序的排列包括毛管横移车、毛管上料回转臂、轧机入口、轧机本体、轧机出口辊道，
其中，毛管横移车用于将穿孔机输出的毛管移送至轧机区，轧机区PLC用于将毛管的位置反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该毛管的第一更新标识存储到与毛管的位置对应的逻辑工位上；
定径机区PLC将轧机输出的荒管的位置反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该荒管的第一更新标识存储到与荒管的位置对应的逻辑工位上。
可选地，冷床是步进梁式齿条结构，冷床齿条的每个步进位置对应系统中一个逻辑工位，冷床区PLC根据齿条步进的步距确定定径机输出的母管在冷床的位置，冷床区PLC将母管的位置发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将逻辑工位对应切换。
可选地，非热轧区的逐支跟踪设备包括冷床标识机器人，冷床标识机器人采用喷条形码来标识母管，并使得条形码与第一更新标识对应。
可选地，非热轧区的逐支跟踪设备包括排锯入口读码模块、锯后标识机器人，
当母管移送到管排锯床工位，排锯入口读码模块读取管材表面条形码的信息，将所述第一更新标识传送给逐支跟踪生产服务器；
管排锯区PLC将锯切完成信号发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器在第一更新标识的基础上自动生成第二更新标识，逐支跟踪生产服务器将第二更新标识依次发送给锯后标识机器人，锯后标识机器人将第二更新标识以标签的形式依次贴在由母管锯切而成的子管的内表面。
可选地，非热轧区的逐支跟踪设备还包括对子管进行精整的精整区域的标识跟踪，精整区域包括至少两条生产线，每条生产线包括矫直、吹吸灰、探伤、人工检查、测长称重、自动打包工序的设备。
可选地，热轧区的逐支跟踪设备包括车牌识别模块，设置在热锯床工位，用于识别管坯运输车上的车牌号码，所述管坯运输车用于运输热长尺坯，所述车牌号码与热送的长尺坯的标识对应。
可选地，读码模块采用机器视觉结合深度学习的方式识别标识。
本发明的无缝钢管逐支跟踪生产系统具有以下有益效果：
(1)本发明采用机器人标识、视觉识别以及软件跟踪相结合的方法，实现无缝钢管连轧生产线的物料逐支跟踪，实现自管坯上料的冷坯或热坯开始至成品钢管下线为止的生产全流程的物料逐支跟踪，保证物料逐支跟踪的及时性、准确性和完整性。为实现产品质量管理和全线生产统计管理的智能化提供数据支持。
(2)通过设置逻辑工位与物理工位的对应关系，使得能够根据物理工位的变换来切换逻辑工位，通过与逻辑工位对应存储的标识号来全流程逐支跟踪物料信息，高效的对与物料标识号相对应的原料状态、关键工艺和成品检测等数据进行采集。
(3)在管排锯区，实时对应掌握每一根管材的生产信息，由此使得通过公式1计算获得的常温状态下母管长度准确无误，实时掌握逐支管材的切除头尾的长度的调整参数，使得计算得到的切割定尺数据更加的准确和合理。由此通过倍尺长度优化与逐支跟踪系统的信息交互与融合提高成材率、提高生产效率。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的无缝钢管逐支跟踪生产系统的构成示意图；
图2是表示本发明实施例的读码的流程示意图；
图3是表示本发明实施例的贴码和喷码的流程示意图；
图4是表示本发明实施例的逻辑工位切换的流程示意图；
图5是表示本发明实施例的与逐支跟踪生产服务器之间信息传输的示意图；
图6是表示本发明实施例的标识对应存储的信息示意图；
图7是表示本发明实施例的检测元件的布置示意图；
图8是表示本发明实施例的管坯区的工艺流程示意图；
图9是表示本发明实施例的热轧区的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
坯料在生产过程中的状态变化情况如下：
长尺坯，原始圆棒坯料；
定尺坯，长尺坯经过锯切形成的定长的坯料；
毛管，定尺坯经穿孔机加工通孔后形成的管料；
荒管，轧机出口出来的称为荒管；
母管，从定径机出口出来后的管材；
子管，母管经过管排锯床锯切而成的管材。
本实施例的无缝钢管逐支跟踪生产系统包括逐支跟踪生产服务器、交换机、检测元件以及定尺坯标识机器人、冷床标识机器人、锯后标识机器人、补标机器人、挂牌机器人，长尺坯读码模块、定尺坯读码模块、车牌读码模块、排锯入口读码模块、矫直前下线读码模块、精整读码模块。各生产设备的PLC分别与对应设备的例如位置开关、仪表、变频器等连接，用以控制对应的设备，各生产设备的PLC通过工业以太网与生产执行系统连接，所述生产执行系统是控制整个无缝钢管的各生产设备的系统，在此省略其描述。各生产设备的PLC、检测元件、各机器人和各读码模块都通过交换机与所述逐支跟踪生产服务器连接。各检测元件用以探测是否有物料进入工位，读码模块用于读取物料上的标识，机器人则根据读码模块读取的标识进行相应的动作。还可以包括测厚仪、表面检测设备以及其他设备，也都是通过工业以太网与生产执行系统连接。
其中各生产设备的PLC包括管坯区PLC、环形炉区PLC、穿孔机区PLC、轧机区PLC、定径机区PLC、冷床区PLC、管排锯区PLC、矫直机区PLC、吹吸灰区PLC、探伤机区PLC、测长称重区PLC。
其中，环形炉区PLC、穿孔机区PLC、轧机区PLC、定径机区PLC、冷床区PLC属于热轧区工艺设备，如图1中虚线框，在该区的坯料温度较高，无法采用贴码的方式来标识坯料。矫直机区PLC、吹吸灰区PLC、探伤机区PLC、测长称重区PLC属于精整区工艺设备，如图1中细实线框，在该区可以通过贴码或喷码的方式来标识坯料。
逐支跟踪生产服务器中设置有多个逻辑工位，多个逻辑工位与生产现场的实际物理工位进行对应，每个逻辑工位在系统中都具有一段存储空间，可以将逻辑工位想象为虚拟的与实际物理工位形态相同的工位。逐支跟踪生产服务器可以采用可视化界面，可以将逻辑工位在界面上展示出来，以便在界面上直观的观看物料(即管材)的实时位置。逐支跟踪生产服务器中可以保存物料全工序的重要信息，每个物料都可以有单独的空间存储其信息，存储的信息包括例如物料标识，物料经过的逻辑工位及时间，物料的在各个工序的相关重要生产参数等。
在管排锯区，倍尺长度优化是一个重要环节，本实施例采用以下公式1优化切割定尺，所述切割定尺是指将母管(倍尺管)切割为多段子管(即定尺管)
L是子管的长度；
Lb是管排锯区的母管长度，是将定径机出口的激光测速仪对时间积分获得的热态母管长度，再通过热膨胀率计算出锯切前常温状态下母管长度；
Lq是管排锯区常温状态下需要切除头尾的长度；
Nx是每支倍尺管锯切为定尺管的数量。
其中，本实施例采用公式2计算热态母管长度降温为常温状态下母管长度。定径机出口至管排锯区的变化温度，每一支管材对应的变化温度是有差异的，由此导致热态母管长度通过公式1计算获得的锯切前常温状态下母管长度也是有差异的。而本实施例由于通过逐支跟踪管材的标识，使得能够实时对应掌握每一根管材的生产信息，由此使得通过公式1计算获得的常温状态下母管长度准确无误。
Lb＝Lhb*(1-α*ΔX) (2)
其中，Lhb是定径机的出口的激光测速仪对时间积分获得的热态母管长度；
α是母管的热膨胀系数，取值1.01*10-5；
ΔX是定径机出口至管排锯区的变化温度。
其中，在管排锯区常温状态下需要切除母管头尾的长度与公式3中的参数有关，其中例如Zm y、参与轧制机架数量Sn都与逐支跟踪的管材是一一对应的生产参数。本实施例由于构建了逐支跟踪生产系统，可以使得管材逐个标识对应，由此可以清晰的获得各管材生产过程中的各种生产相关数据。
钢管切除头尾的长度Lq是影响钢管成材率的重要因素，本实施例根据减径率确定定径机参与轧制的机架数量，根据母管的尺寸确定母管的平均张力系数，从而计算出切头尾长度在热态下的尺寸，再根据钢管热膨胀系数，计算出冷态下切头尾长度，即获得优化的钢管切头尾长度。由于逐支跟踪生产能够使得管材逐个标识对应，从而使得在通过工艺调整优化控制Zm y，通过控制参与轧制机架数量Sn来优化切头尾长度Lq的过程中，能够将调整的工艺参数与逐支跟踪的管材对应一致。由此使得利用公式3计算得到的切割定尺数据更加的准确和合理。
Lq＝kx*(Sn-3)*Zm y*Dz(1-α*ΔX)/1000 (3)
其中，Kx是孔型系数，其取值范围是0.65-0.75；
Sn是参与轧制机架数，且Sn大于3，因为后三个机架为控制钢管圆度的机架，不参与长度变形；
Zm是母管的平均张力系数；
y是张力叠加系数，取值范围：0.65-0.67；
Dz是相邻机架之间的距离。
其中，kx*(Sn-3)*Zm y*Dz计算出切头尾长度在热态下的尺寸。
通过逐支跟踪系统的准确跟踪，当母管进入到管排锯区后，接收逐支跟踪系统的优化数据，实现对每支母管切头尾长数据长度的优化锯切。同时通过公式1，无需在管排锯区进行长度测量就可获得常温的常温状态下母管长度，可以准确指导定尺锯切。由此通过倍尺长度优化与逐支跟踪系统的信息交互与融合提高成材率、提高生产效率。
图2至5是说明逐支跟踪生产服务器与读码模块、机器人、检测元件以及各单体设备的PLC之间的控制逻辑，下面结合图2至图5来说明逐支跟踪生产服务器控制逻辑。
其中逐支跟踪生产服务器与读码模块之间的控制流程如图2所示，检测元件检测到有物料，则发送信号给PLC，PLC根据物理工位的切换动作进一步确定有物料，则发送信号给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器发送读码命令给读码模块，读码模块读取物料的标识发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器发送读码完成信号给PLC，PLC发送指令给运输装置，运输装置动作使得物料进入下一工位。
其中逐支跟踪生产服务器与机器人之间的控制流程如图3所示，检测元件检测到有物料，则发送信号给PLC，PLC结合逻辑工位确定有物料，则发送信号给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器发送贴码或喷码命令给机器人，机器人完成后发送完成信号给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将完成信号发送给PLC，PLC发送指令给运输装置，运输装置动作使得物料进入下一工位。
其中逐支跟踪生产服务器进行逻辑工位变化的跟踪如图4所示，检测元件检测到物料，PLC确定物理工位，逐支跟踪生产服务器将物料标识发送给PLC，PLC控制其设备进行相应的生产作业，在生产作业过程中涉及多个物理工位的切换，每切换一个物理工位，PLC发送信号给运输装置将物料输送到下一工位，同时将物料标识以及其对应的物理工位发送给逐支跟踪生产服务器存储，逐支跟踪生产服务器将与物理工位对应的逻辑工位以及对应的物料标识存储起来。
如图5所示，PLC、L2(生产二级系统，包括工艺模型和工艺参数等控制信息)、以及单体设备和生产执行系统系统都与逐支跟踪生产服务器连接，从而使得生产执行系统可以将生产数据根据物料标识发送给逐支跟踪生产服务器，PLC、L2、以及单体设备也根据物料标识向逐支跟踪生产服务器发送相关生产数据。而在逐支跟踪生产服务器中，如图6所示，对应每个物料标识，都存储有其在各个工位区间的生产相关数据。例如长尺坯信息、定尺坯信息，在环形炉的入炉温度、出炉温度和加热时间等。
图8、图9是无缝钢管在管坯区和热轧区的工艺流程图，下面结合工艺流程来说明该无缝钢管逐支跟踪生产系统的结构。
管坯区的标识跟踪：
管坯区中，如图7所示，以一支连铸来的冷长尺坯10为例，假设其标识是ABCD1234,这个标识是在连铸时设置在坯料的端面上的，当冷长尺坯传输到锯床前的上料台架，长尺坯读码模块20读取坯料端面的这个标识。长尺坯读码模块是逐支跟踪生产服务器第一次获得这个坯料的标识ABCD1234,并根据这个标识向生产执行系统系统(生产过程执行系统)发送请求，生产执行系统系统会将这个标识的原始坯料信息(例如外形尺寸、合金参数、钢种、工艺参数等)发给逐支跟踪生产服务器，并与该标识对应保存，在逐支跟踪生产服务器中通过这个标识就可以查看到所有关于这个坯料的信息。长尺坯读码模块采用OCR视觉识别技术，识别长尺坯端面粘贴的产品信息。并优选采用机器视觉结合深度学习模式，保证破损和缺失的字符也可以识别出来。优选地，在长尺坯两端分别设置长尺坯读码模块，以保证获取长尺坯相关信息。
管坯区PLC与生产执行系统系统连接，可以监测锯床的动作，冷长尺坯进入锯床后，锯床将冷长尺坯按照定尺坯的长度要求进行锯切。例如冷长尺坯的长度为12m，如果定尺坯的长度为3m，则该冷长尺坯需要被切成4段，管坯区PLC监测锯床的动作如夹紧冷长尺坯，锯片下降开始锯切，锯片上升，松开锯切形成的定尺坯。锯切一个动作过程完成的逻辑判断都是在管坯区PLC中进行，当一个锯切动作完成以后，表示已经产生了一个定尺坯，管坯区PLC将锯切完成的信号发给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器则在原来的冷长尺坯的标识ABCD1234的基础上，产生一个新的标识，如ABCD1234-1,与这个定尺坯对应，并保存到锯切后的逻辑工位上，同时将原始坯料信息，如合金、钢种、工艺参数等等保存到这个标识后，由此使得该新锯切下的这个定尺坯在逐支跟踪生产服务器中具有了一个与其对应的标识。
至此虽然在逻辑工位中与该定尺坯具有对应的标识，但是还没有在该定尺坯的表面形成标识，可以通过在锯床流程后的定尺坯标识机器人来实现，定尺坯标识机器人与逐支跟踪生产服务器连接，当定尺坯传输到定尺坯标识机器人工位，逐支跟踪生产服务器将新产生的标识ABCD1234-1发送给定尺坯标识机器人，定尺坯标识机器人将标识制作成标签贴到坯料的端部，该定尺坯就拥有了与其对应的标识。由于定尺坯的外径、长短、端面凹凸等不确定性，该定尺坯标识机器人可以采用视觉寻优手段，满足现场复杂工况的要求，提高设备的自适应性。优选地，在定尺坯的两端都设置定尺坯标识机器人，在两端都粘贴标识，以方便后续工序识别。
至此，在管坯区从冷长尺坯到形成的每一个定尺坯，都具有唯一跟踪的标识。以上是以一个锯床为例，也可以并列设置多个锯床，每个锯床都具有与其对应的定尺坯标识机器人。标识会在逐支跟踪生产服务器的一个逻辑工位传递给下一个逻辑工位，触发传动的信号来自管坯区PLC的逻辑判断，如拨料勾动作过程，辊道转动过程等。以上是以锯切一段为例来说明的，剩下的三段依然按着第一段的方式进行编码，贴标，这样就形成了由冷长尺坯锯切成的4个定尺坯的标识，ABCD1234-1,ABCD1234-2,ABCD1234-3,ABCD1234-4,并且每个定尺坯标识后面都保存了长尺坯的原始坯料信息。
定尺坯可以进入环形炉，也可以下线进入定尺坯库，在定尺坯上下线处分别设置有定尺坯读码模块，用于跟踪所有定尺坯的信息。
热轧区的标识跟踪：
环形炉、穿孔机、轧机区、定径机、冷床区的1号冷床和2号冷床都是热轧区，其温度较高，不能采用贴标等方式来识别跟踪坯料，但是这一段工艺中坯料是单线、单向流动，即不存在一变多的情况，也没有多条路径不同的情况，都是先进先出的，由此可以通过基于PLC监测物理工位的变化来跟踪标识，对于物理工位变化的判断是PLC根据现场的检测元件或者传动负载的变化等，只不过各个工位的逻辑判断的形式不一样，PLC判断物理工位切换后，发送给逐支跟踪生产服务器一个信号，告诉逐支跟踪生产服务器坯料的物理工位发生变化，逐支跟踪生产服务器的逻辑工位也相应的发生变化，从而始终跟踪坯料的物理工位，使得坯料的标识能够与其对应。需要说明的是，由于不同规格的设备结构的差异，本实施例中所列举的物理工位的判断仅是示例性的，并不用于限制PLC判断物理工位的方法，PLC判断物理工位的变化的方法是根据不同的设备的结构不同而相应设置的。
定尺坯读码模块用于在定尺坯进入加热炉之前，采用工业读码器识别技术，识别环形炉入炉定尺坯端面的标识信息，定尺坯读码模块在读到这个标识以后，将这个标识发送给逐支跟踪生产服务器，当一个装炉动作完成以后，逐支跟踪生产服务器将读到的这个标识(如ABCD1234-3，下文中都以该标识为例来说明)发送给环形炉区PLC，环形炉为圆环形，可以将定尺坯加热到1200℃左右，通常由可以转动的炉底和固定的炉顶以及内、外炉墙构成的环形隧道组成。环形炉借助炉底的旋转，使放置在炉底的坯料由装料口沿环形隧道移至出料口，并在移动过程中连续分段加热坯料。环形炉设置有跟踪其炉底转动位置的编码器，环形炉区PLC可以根据编码器的读数，确定定尺坯转动到环形炉的哪个位置上，环形炉区PLC确定的定尺坯的位置与一个逻辑工位对应，并将这个位置信息反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该定尺坯的标识存储到环形炉对应的逻辑工位上。例如，环形炉总共可以放置10根定尺坯，每次从装料口放置一根定尺坯，转动一定角度后，从出料口移出一根定尺坯。虽然在环形炉内由于高温和形变的影响，使得贴码不能再被识别，但可以通过对应环形炉每转动一定角度，都作为一个物理工位，对应每个物理工位，逐支跟踪生产服务器中都有一个逻辑工位，对于每一根进入环形炉的定尺坯，都可以通过逻辑工位与物理工位一一对应，从而保持定尺坯的标识与该定尺坯对应。
定尺坯在加热完成以后，转到出钢机处，出钢机的动作过程是：出钢机前进，下降，夹钢，上升，后退，松开，使得定尺坯到达链床拨料勾位置。环形炉区PLC将完成信号发给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将标识ABCD1234-3传递给链床拨料勾的逻辑工位，链床拨料勾拨动定尺坯，将定尺坯移至链床上，可以通过链床将定尺坯传输至穿孔机区。具体的说，在环形炉出来的ABCD1234-3，被拨料勾翻到链床上，驱动拨料勾动作的是液压缸，检测拨料勾位置的是接近开关，对于拨料钩的一个动作过程的判断，就是检测到拨料勾有坯料，拨料勾动作，拨料勾抬起，接近开关下位消失，上位显示，然后又上位消失，下位显示，一个拨料动作完成。PLC通过判断接近开关的动作过程和热检(高温金属检测仪，即适用高温环境的检测元件)信号最终给逐支跟踪生产服务器发一个完成信号，逐支跟踪生产服务器就将ABCD1234-3传到下一个逻辑工位，即链床处，同时PLC也做相应的变化。
以此类推，逐个逻辑工位依次传递标识，在穿孔机区的逻辑工位还有，穿孔机前辊道、推坯机、穿孔机本体、穿孔机出口辊道、喷硼砂位，如对于标识ABCD1234-3在穿孔机本体逻辑工位的判断是，穿孔机区PLC根据推坯机的位置(依靠与位置信息关联的编码器反馈)、热检信号来判断穿孔本体位置有没有坯料，更进一步的，还可以结合穿孔机的咬钢信号，咬钢信号是通过判断传动反馈回来的电流来判断的，综合这些信息来给逐支跟踪生产服务器发送一个信号，穿孔机已经咬钢了，定尺坯肯定在穿孔机本体工位，然后逐支跟踪生产服务器就将ABCD1234-3传递到穿孔机本体这个逻辑工位。
穿孔机区的定尺坯大概是1000℃，经过穿孔机区的定尺坯已经变成具有通孔的毛管，通过毛管横移车将毛管移至轧机区，毛管横移车由电机驱动，通过编码器反馈位置，穿孔机区PLC通过热检信号判断毛管在喷硼砂位，并且喷砂系统将完成信号发给穿孔机区PLC，再加上拨料勾动作，拨料的动作与之前的拨料勾动作基本类似，从而使得逐支跟踪生产服务器判定毛管已经在毛管横移车上了，逐支跟踪生产服务器就可以将ABCD1234-3传给毛管横移车逻辑工位。毛管横移车用于将毛管移送到轧机前台，轧机区的逻辑工位按照工序的排列包括：毛管横移车、毛管上料回转臂、轧机入口、轧机本体、轧机出口辊道。限动小车将芯棒穿到毛管中，然后进入轧机进行轧制，脱管机脱管，芯棒退回，从轧机出口出来的叫荒管。
荒管通过辊道向定径机移动，定径机是将轧机轧制出来的钢管，进一步定径轧制，得到较高精度的外形尺寸。轧机区和定径机区的温度约为1000℃，定径区同样采用逻辑工位与物理工位对应的形式来传递标识。且在定径区的入口和出口都有热检，来辅助逻辑工位的跟踪。
经过以上热轧区的设备的加工，标识为ABCD1234-3的坯料变成一支母管，它的标识依然没有变化，并且与该标识对应的存储了各个工序的工序信息。
冷床是步进梁式齿条结构,用于母管的运输和旋转冷却。冷床齿条的每个步进位置对应系统中一个逻辑工位，冷床区PLC可以根据齿条步进的步距确定母管在冷床的哪个位置上，冷床区PLC确定的母管的位置与一个逻辑工位对应，并将这个位置信息反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该母管的标识存储到冷床对应的逻辑工位上。
管排锯区标识跟踪：
母管依次经过1号、2号、3号冷床降温，母管到达3号冷床入口时温度是常温至600℃，在3号冷床入口设有冷床标识机器人，当管材ABCD1234-3移动到3号冷床入口时，逐支跟踪生产服务器将标识ABCD1234-3发送给冷床标识机器人，冷床标识机器人将标识沿母管圆周方向喷条形码。母管向管排锯床的方向移动，在锯前设计了排锯入口读码模块，当母管移送到管排锯床工位，排锯入口读码模块读取管材表面条形码的信息，将标识ABCD1234-3传送到管排锯床本体的逻辑工位。
冷床标识机器人采用条形码来标识母管，并使得条形码与标识对应。冷床标识机器人可以配置3套，覆盖3号冷床的入口对齐、中间对齐、出口对齐的单排布料方式和入口对齐、出口对齐的双排布料方式。喷条形码的油墨分为两种，一种适应温度范围150～600℃，一种适应温度范围0～150℃。喷枪分2个墨路，分别适应常温油墨和高温油墨喷涂。
一根母管有可能切割成几段子管，假设切割成3段定尺管，根据一个锯切的完整动作，PLC将锯切完成信号发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器会在ABCD1234-3的基础上自动生成一个新的标识，如ABCD1234-3-1,依此类推共产生了3个新的标识，ABCD1234-3-1，ABCD1234-3-2，ABCD1234-3-3，并把母管的工序信息传递给子管进行保存，子管从管排锯床出口移动到下料回转臂，再到链床入口，在链床入口设置有锯后标识机器人，当子管运到链床入口时，逐支跟踪生产服务器将新产生的3个标识，依次发送给锯后标识机器人，锯后标识机器人将标识制作成标签的形式，依次贴在子管的内表面，使得子管在移动过程中，不会因为与设备摩擦将标识损坏，至此，子管不会再发生一变多的情况，坯料从最开始标识ABCD1234，变成了12个新的标识，如ABCD1234-3-1等等，并且在子管上也贴了标识。锯后标识机器人采用高速扫码器，可在2.5m/s的线速度下，实时读取钢管端部内壁标识信息。并且优选地，为了降低标识的破损率，在钢管内壁贴两张标识，标识倒角，以降低划伤的概率。
由于逐支跟踪生产系统可以对每一母管的标识实时跟踪，由此可以掌握该母管所对应的长度、壁厚分布等相关生产信息，由此可以实现锯切位置的选择，提高成材率。对于经过轧制的钢管，其管头、管尾都需要锯切去掉，然后才能将剩余部分锯切为所需的子管，而通常管排锯在锯切管头或管尾的时候基本上采取的是先切一段，然后观察管端情况，不符合要求的话，就再多锯切一段，浪费时间，误差大。逐支跟踪生产系统可以直观显示管材的长度及壁厚的分布情况，因此生产执行系统可以根据产品计划制定最佳的锯切方案。
精整区域的标识跟踪：
精整区域有两条生产线，每条生产线包括的工序有：矫直、吹吸灰、探伤、人工检查、测长称重、自动打包。从管排锯床后的链床传输过来的子管内表面都贴有标识，在矫直机前设有矫直前下线读码机器人，矫直前下线读码机器人将子管的信息发送到逐支跟踪生产服务器中，保存到矫直机的逻辑工位上，同时发送给PLC，告知PLC矫直机目前的子管的信息，
矫直机完成矫直以后，矫直机PLC发送消息告知逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器保存校直工艺相关信息到标识。
吹吸灰PLC控制压缩空气吹扫子管内部，这个工序容易对内表面的标识破坏，因为在接下来的工序都是遵循先进先出的原则，为了防止内表面的标识码被吹掉，可以通过补标机器人来检查内表面的标签是否存在和破损，如有缺失可以通过补标机器人就进行一次补码操作，从而保证子管标识的存在。
探伤机PLC控制对子管进行探伤，在探伤过程中也是一根一根的子管进行探伤，并不会对标识造成损伤。并且在漏磁探伤后辊道，还会对标签破损的子管进行补标。
然后是测长称重，在其入口设有测长称重读码模块，读取子管的信息，经过测长沉重以后，测长称重PLC将测得数据发给逐支跟踪生产服务器，保存到到子管ID后，从测长称重处出去到自动打包机，在自动打包机处设置有一个挂牌机器人，在自动打包完成以后，逐支跟踪生产服务器发送子管信息给挂牌机器人，可以采用数控折弯机制钩，挂牌机器人自动取钩穿标牌，利用机器视觉检测挂标位置，然后将标牌精确的插入合适空隙的钢管壁上。
至此，从一个坯料产生的12支管，到打包完成，所有的信息都保存在了逐支跟踪生产服务器中，逐支跟踪生产服务器提供溯源的功能，可以查看每一支管材经过的工序，以及每个工序的工艺参数。需要说明的是，以上各识别模块，各PLC所控制的检测仪等都可以采用高温金属检测仪，以适应高温环境的监控检测。
进一步地，对于热送的长尺坯，是需要通过管坯运输车运输至热锯床处进行锯切，由于高温其上并没有标识，则可以在热锯床工位之前设置车牌识别模块，用于通过OCR视觉识别技术识别管坯运输车的车牌，该车牌与热送的长尺坯的标识是对应的。其锯切后的标识的设置方法同上述的冷长尺坯，只是由于高温不能在热定尺坯上粘贴标识，因此是通过管坯运输车将热定尺坯逐个输送至环形炉前的入炉辊道上。同样可以在此处设置车牌识别模块，通过识别车牌来识别各热定尺坯。
进一步的，在热轧区存在着几个剔除废料的地方，分别位于穿孔机区，轧机区域，定径机区，在每个位置都装有图像识别系统，来判断坯料是否被剔除，如发生剔除的情况，图像识别系统可以发送信号给逐支跟踪生产服务器，告诉逐支跟踪生产服务器这个位置上的物料有变化，然后通过人为确认，将物料信息在逐支跟踪生产服务器里删除。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，包括逐支跟踪生产服务器、交换机、读码模块、机器人，
其中，各读码模块、各机器人、各生产设备的可编程控制器都通过以太网与交换机连接，所述交换机与所述逐支跟踪生产服务器连接，各生产设备的可编程控制器还通过以太网与生产执行系统连接，
逐支跟踪生产服务器中设置有多个逻辑工位，所述多个逻辑工位与生产实际的物理工位相对应，每个逻辑工位在服务器中都具有用于存储相关生产信息的存储空间，所述逐支跟踪生产服务器接收读码模块读取的标识，并将其与逻辑工位对应保存，所述逐支跟踪生产服务器接收各生产设备的可编程控制器根据物理工位切换发送的信号，并对应的进行逻辑工位切换，从而逐支跟踪管材的标识，其中，在热轧区的管材遵循单线传输和先进先出的原则，所述逐支跟踪生产服务器还控制机器人在非热轧区采用贴码和/或喷码的方式来逐支跟踪管材的标识，
并且，在管排锯区，采用以下公式1优化切割定尺，
L是子管的长度；
Nx是每支母管锯切为子管的数量；
Lb是管排锯区的母管长度；
Lq是管排锯区常温状态下需要切除母管头尾的长度；
其中，Lb＝Lhb*(1-α*ΔX) (2)
Lhb是定径机出口的激光测速仪对时间积分获得的热态母管长度；
α是母管的热膨胀系数；
ΔX是定径机出口至管排锯区的变化温度，
其中，Lq＝kx*(Sn-3)*Zm y*Dz(1-α*ΔX)/1000 (3)
Kx是孔型系数，其取值范围是0.65-0.75；
Sn是参与轧制机架数，且Sn大于3；
Zm是母管的平均张力系数；
y是张力叠加系数，取值范围是0.65-0.67；
Dz是相邻机架之间的距离。
2.根据权利要求1所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
非热轧区的逐支跟踪设备包括长尺坯读码模块、定尺坯标识机器人，
其中，长尺坯读码模块用于读取长尺坯的标识并发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器从生产执行系统获取该标识的原始坯料信息并与所述标识对应保存；
管坯区可编程控制器用于将长尺坯依次锯切为多段定尺坯的信号发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器在长尺坯的标识的基础上依次产生第一更新标识，并保存到各定尺坯的逻辑工位上；
定尺坯标识机器人用于当定尺坯传输到定尺坯标识机器人工位，接收逐支跟踪生产服务器发送的所述第一更新标识，并在定尺坯的端面进行贴码标识。
3.根据权利要求2所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
热轧区的逐支跟踪设备包括定尺坯读码模块，定尺坯读码模块用于识别环形炉入炉定尺坯端面的第一更新标识号并发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该定尺坯的第一更新标识存储到与定尺坯的位置对应的逻辑工位上，并且，环形炉区可编程控制器还将定尺坯随环形炉转动的位置反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器对应切换逻辑工位；
环形炉区可编程控制器还用于通过判断接近开关的动作确定拨料钩完成向链床拨料，从而使得逐支跟踪生产服务器对应切换逻辑工位至链床处，所述链床用于将从环形炉输出的定尺坯传输至穿孔机；
穿孔机区可编程控制器用于根据推坯机的位置、检测元件信号、穿孔机的咬钢信号来判断定尺坯是否到达穿孔机本体。
4.根据权利要求3所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
轧机区的与物理工位对应的逻辑工位按照工序的排列包括毛管横移车、毛管上料回转臂、轧机入口、轧机本体、轧机出口辊道，
其中，毛管横移车用于将穿孔机输出的毛管移送至轧机区，轧机区可编程控制器用于将毛管的位置反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该毛管的第一更新标识存储到与毛管的位置对应的逻辑工位上；
定径机区可编程控制器将轧机输出的荒管的位置反馈给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将该荒管的第一更新标识存储到与荒管的位置对应的逻辑工位上。
5.根据权利要求4所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
冷床是步进梁式齿条结构，冷床齿条的每个步进位置对应系统中一个逻辑工位，冷床区可编程控制器根据齿条步进的步距确定定径机输出的母管在冷床的位置，冷床区可编程控制器将母管的位置发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器将逻辑工位对应切换。
6.根据权利要求5所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
非热轧区的逐支跟踪设备包括冷床标识机器人，冷床标识机器人采用喷条形码来标识母管，并使得条形码与第一更新标识对应。
7.根据权利要求6所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
非热轧区的逐支跟踪设备包括排锯入口读码模块、锯后标识机器人，
当母管移送到管排锯床工位，排锯入口读码模块读取管材表面条形码的信息，将所述第一更新标识传送给逐支跟踪生产服务器；
管排锯区可编程控制器将锯切完成信号发送给逐支跟踪生产服务器，逐支跟踪生产服务器在第一更新标识的基础上自动生成第二更新标识，逐支跟踪生产服务器将第二更新标识依次发送给锯后标识机器人，锯后标识机器人将第二更新标识以标签的形式依次贴在由母管锯切而成的子管的内表面。
8.根据权利要求7所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
非热轧区的逐支跟踪设备还包括对子管进行精整的精整区域的标识跟踪，精整区域包括至少两条生产线，每条生产线包括矫直、吹吸灰、探伤、人工检查、测长称重、自动打包工序的设备。
9.根据权利要求1所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，
热轧区的逐支跟踪设备包括车牌识别模块，设置在热锯床工位，用于识别管坯运输车上的车牌号码，所述管坯运输车用于运输热长尺坯，所述车牌号码与热送的长尺坯的标识对应。
10.根据权利要求1所述的无缝钢管逐支跟踪生产系统，其特征在于，读码模块采用机器视觉结合深度学习的方式识别标识。
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