基于某无缝钢管的物料跟踪系统设计.doc

基于某无缝钢管的物料跟踪系统设计院 系自动控制系专 业自动化班 级4407202学 号200403072042姓 名贵 莹指导教师张海军负责教师张海军 沈阳航空工业学院2008年6月沈阳航空工业学院毕业设计（论文）摘 要无缝钢管的生产需要一个物料跟踪系统来对生产进行实时监控，保障生产的正常进行以及产品质量。本设计采用光纤网络与工业控制网络相结合，使用工控网进行生产现场的监控，使用光纤网络实现对各个分散的生产点的远程控制。远程控制的要点是实现通讯的连贯性，也就是说即使客户端没有发送消息给服务端，客户端与服务端之间的连接也是通畅的。另外，采用数据库与作为服务端的管理机连接，将所有实时采集的生产数据存放在数据库里，达到节省了数据的存储空间，实现数据资源的充分共享等目的。关键词：未修改串口通讯；实时监控；数据处理；ACCESS数据库；AbstractGenerally speaking, when small animals are weighed, the acceleration of their movement will affect the result a lot. This paper, focused on the forgoing situation, advanced and researched a kind of dynamic electronic scale for small animal weighing. The system, the core of which is MCU (Micro Control Unit), along with sensors and A/D converter technology, can weigh moving small animals accurately. This paper introduced the design and realization of the dynamic electronic scale for small animal weighing. The system is made up of the scale body, heavy sensor and measuring circuit. In measuring circuit part, the author researched the circuit components of the e-scale in terms of the amplifier circuit design, the low-pass filter choices, A/D converter circuit design, display circuit design and etc. The system adopts anti-pulse-disturbance mean filter algorithms, realizing the digital measurement of dynamic mass. In practice, the system has such advantages as high measuring accuracy, high stability and strong anti-disturbance capability and has a certain prospects and value for application.Keywords: beastie electronic scale; dynamic mass test; the resistance should the variant sensor; Micro Control Unit（MCU）目 录第1章 绪 论11.1 课题背景11.1.1 无缝钢管的现状21.1.2 无缝钢管的工艺流程41.1.3 无缝钢管的市场地位及其发展趋势51.2 基本概念91.2.1 物料的定义91.2.2 物料跟踪的定义和意义91.3 课题任务及要求91.4 课题内容及安排9第2章 基于PLC的无缝钢管物料跟踪系统总体方案论证102.1 PC与S7-200PLC通讯方案论证112.1.1 串口通讯方式简介112.1.2 串口通讯132.2 现场控制PC机与管理机之间的通讯方案论证132.2.1 Socket简介132.2.2 Socket类型选择162.3 管理机与数据库连接方案论证172.3.1 ADO简介172.3.2 功能简介18第3章 网络程序设计193.1 连接检测193.1.1 定时发送设计193.2 报文报头设计193.3 服务端功能213.4 客户端设计233.5 报文设计233.6 发送函数设计243.7 接收报文操作设计24第4章 PC与S7-200PLC通讯的设计264.1 通讯程序功能描述264.2 PLC程序设计264.3 计算机程序设计274.3.1 界面设计274.3.2 界面功能设计284.3.3 读线程设计324.3.4 写线程设计334.3.5 读串口操作设计344.3.6 写串口操作设计35第5章 数据库与管理机连接设计375.1 功能设计375.2 界面设计375.3 联调结果37第6章 故障调试386.1 调试分析386.2 故障调试及解决方式386.3 联调结果39结 论40社会经济效益分析41参考文献42致 谢44附录 程序清单45附录 元器件清单5746- -第1章 绪 论无缝钢管是一种重要的钢材，广泛地应用于航空、航天、石油、地质、核电、锅炉、汽车、化工、造船、医学等领域。因此对于无缝钢管的质量要求一般严于板带、型钢等品种。随着科学技术的不断发展，对开发超深油井、建立发电站和核电站，耐寒冷和耐腐蚀的输送管线等，都学要高质量的无缝钢管。近年来，世界各国都致力于提高钢管生产质量（特别是实物质量）的研究，采取了有效的措施，普遍建立了钢管的质量保证体系。而物料跟踪系统是质量保证体系中最基础的部分，能否及时采集生产数据直接关系到产品质量保证体系能否在生产中起到应有的作用。1.1 课题背景与焊管相比，无缝钢管生产投资巨大，成本高，制造工艺复杂，但无缝钢管材料的可靠性和品种适应性强，尤其适合厚壁和合金钢的生产。近几年无缝钢管在钢管中的比例稳定在42%45%左右，国内无缝钢管消费量保持较快的增长速度，为我国无缝钢管的发展提供了有利时机。具体表现在：能源、交通、石化用管需求量不减，高性能品种增长迅速，例如高性能油井管、大口径电站锅炉用管、耐腐蚀、耐低温的石化用管以及不锈钢管等等。输送石油、天然气、成品油、煤浆、矿浆等流体的管线管，尤其是高强度管线用管的需求量大幅上升；建筑业的高速增长，建筑结构用高档网架管材需求量增长迅速；高技术含量的钢管需求量增加，如汽车、家电、造船、设备制造等行业对无缝钢管数量的需求量增加，品种及质量要求提高。1.1.1 无缝钢管的现状1. 生产能力我国无缝钢管的生产企业呈现两大特点。其一是以天津钢管有限责任公司(简称“天津无缝”)、宝钢钢管分公司(简称“宝钢无缝”)、包钢无缝钢管厂和连轧钢管厂(简称“包钢无缝”)、攀钢集团成都钢铁有限责任公司(简称“攀成钢”)、华凌(集团)衡阳钢管公司(简称“衡阳钢管”)以及鞍钢新钢铁公司(简称“鞍钢无缝”)等六大钢管生产企业为首的国有企业，主要以生产专用无缝钢管和中大口径无缝钢管为主，总产量超过了全国总产量的一半以上(2003年达到了362万t)，生产水平和集中度都比较高，它们是我国无缝钢管生产的主力军。其二是近几年来民营无缝钢管生产企业异军突起，发展速度十分惊人，这些企业主要集中在江苏、浙江一带，大都以生产小口径无缝钢管和轴承钢、不锈钢无缝钢管为主，各生产厂的规模均不大，一般都在10万t以下，装备水平正在不断提高，机制十分灵活，生产成本较低，是我国无缝钢管生产的新生力量。这两支队伍相辅相成、并肩作战，推动了我国无缝钢管生产的快速发展。与西方国家无缝钢管的产量从1981年的顶峰一路下滑，到1994年下降了1/3形成鲜明对比的是我国无缝钢管的产量从1981年的92万t持续增长，1994年达到了304万t，跃居世界第一位（比1996年我国粗钢产量超过1亿t而成为世界钢和材第一大国提前2年）1，2，2003年产量达到了700万t，为1978年82万t的85倍。特别是近3年，每年增加产量近百万t。由此可见，我国无缝钢管进入了新一轮快速增长时期（表1）。预计2004年，我国无缝钢管产量将超过750万t，随着天津无缝168 mm机组、攀成钢340 mm机组和衡阳钢管273 mm机组等3套新机组的相继投产以及部分其他机组的扩能改造，预计未来3年，我国无缝钢管的产能将达到900万t/a以上。2. 装备水平我国约有200套(台)以上的轧管(或只有单独的穿孔机)机组，设计能力约500万t。其中只有24家钢管厂的工艺设备比较完整配套，可直接出热轧成品无缝钢管的轧管机组35套，设计能力约380万t，其中具有世界先进水平的轧管机组设计能力约250万t，由此可见，我国无缝钢管的生产装备水平参差不齐，先进机组的设计能力仅占一半，在热轧成品管机组中超过100万t产能的机组的装备水平比较落后，近100万t的生产能力只能通过冷轧(拔)生产成品管。上世纪80年代以前，我国无缝钢管的产能较低，机组水平也比较落后。从80年代末宝钢引进140mm浮动芯棒连轧管机组开始，相继引进了天津无缝的250 mm限动芯棒连轧管机组，攀成钢177mm精密轧管机组，大冶钢厂170 mm Assel三辊轧管机组，衡阳钢管89 mm半浮动芯棒连轧管机组，包钢无缝180 mm少机架限动芯棒连轧管机组以及鞍钢无缝140 mm限动芯棒连轧管机等。这些机组均代表了当今世界无缝钢管的先进水平。近两年，天津无缝又引进了168 mm三辊式轧辊可调连轧管机组(半浮动芯棒的PQF)，它是世界第一台全面改进传统的二辊式限动芯棒连轧管机组(MPM、Mini-MPM)的新型连轧管机组;攀成钢引进了340 mm连轧管机组，衡阳钢管引进了273 mm连轧管机组。上述机组生产能力充分发挥，产量将达到500万t左右。经过多次改造的攀成钢周期轧管机组和包钢无缝400 mm自动轧管机组的装备水平和生产能力均居世界同类机组前列。上钢五厂和长城协和钢管为生产中小口径合金钢管及不锈钢管而引进的挤压机、冷轧管机生产线也具有世界水平。不难看出，我国汇聚了全世界各种类型的轧管机组，并且还建成和掌握了许多国外没有的最先进的无缝钢管机组和生产技术。另外，近几年，出现了上百家以生产小口径轴承钢管、不锈钢管、油井管和高压锅炉管等品种的小型民营无缝钢管厂。在这些厂中，有些生产设备达到了较高水平并具有特色。如江都诚德钢管厂的“巨龙”穿孔机(锥形轧辊中径1 8002 200 mm)为世界之最;南通特种钢厂从俄罗斯引进的450 mm三辊冷轧管机及自制的10 MN液压拉拔机为全国之最，该厂还建成了国产第一套连轧管机组(177 mm Mini- MPM)。1.1.2 无缝钢管的工艺流程无缝钢管的生产方法有热加工（热轧）和冷加工（冷轧、冷拔等）两大类。冷加工是对钢管的二次加工，利用热轧钢管作为原料在冷态下进一步加工，使之具有特定的性能。热轧无缝钢管的整个生产过程有两个主要变形工序。一是穿孔将实心管或钢钉穿轧成空心毛管；二是轧管将毛管轧成一定形状、规格的钢管。生产中，按产品的品种、规格和数量等不同要求而选用不同类型的轧管机。因轧件的运动学条件、应力状态、道次变形量、总变形量等有所不同，因而必须为轧管机配备在变形量和生产率等方面都相匹配的穿孔机和其他前后工序设备，从而构成各种类型的轧管机组。目前常用的有自动轧管机组、皮尔格轧管机组、连续式轧管机组、Accu-Roll轧管机组、顶管机组和热挤压机组等。无缝钢管的冷加工方法有冷轧、冷拔和冷旋压3种，冷旋压本质上也是冷轧。生产无缝钢管所用的胚料叫做管胚，常用的钢号有优质碳素钢中的10，20，35，45钢、合金结构钢中的40Mn2，12Cr1MoV，30CrMnSiA，35GrMo等。管胚投入生产前一般依据相应标准检查其化学成份、几何尺寸、表面质量、低倍组织等，对生产特殊要求的钢管的管胚，还要进行显微组织检查，以测定非金属夹杂物的含量及分布形态。我国目前数量最多的76100小型自动轧管机组，生产工艺流程基本上分为热轧工艺和冷拔工艺两种。以100机组为例，热轧钢管生产工艺流程为：圆管坯剪断（冷定心）称重加热热定心穿孔三辊斜轧、连轧或挤压脱管定径（或减径）冷却矫直水压试验（或探伤）标记入库。冷拔生产的76机组工艺流程为：管胚剪断（冷定心）加热穿孔自动轧管热打头冷却酸洗清洗冲洗磷化皂化（烘干）冷拔中间热处理中间矫直、锯断、打头等返回酸洗工序直至冷拔切管检验标记入库。现代连续式轧管机组生产无缝钢管的工艺流程为：管胚（剥皮）探伤检查剪断测长称重环形炉加热带双导盘穿孔机穿孔高压水除鳞空心胚减径芯棒涂润滑剂插芯棒8机架带长芯棒全副动轧管脱芯棒热锯切头尾再加热28架张力减径冷床冷却冷锯分段中间仓库精整涂油包装入库。轧制无缝管的原料是圆管坯，圆管胚要经过切割机的切割加工成长度约为1米的坯料，并经传送带送到熔炉内加热。钢坯被送入熔炉内加热，温度大约为1200摄氏度。燃料为氢气或乙炔。炉内温度控制是关键性的问题.圆管坯出炉后要经过压力穿孔机进行穿空。一般较常见的穿孔机是锥形辊穿孔机，这种穿孔机生产效率高，产品质量好，穿孔扩径量大，可穿多种钢种。穿孔后，圆管坯就先后被三辊斜轧、连轧或挤压。挤压后要脱管定径。定径机通过锥形钻头高速旋转入钢胚打孔，形成钢管。钢管内径由定径机钻头的外径长度来确定。钢管经定径后，进入冷却塔中，通过喷水冷却，钢管经冷却后，就要被矫直。钢管经矫直后由传送带送至金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。钢管质检后还要通过严格的手工挑选。钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。并由吊车吊入仓库中。 1.1.3 无缝钢管的市场地位及其发展趋势1. 市场地位图1示出焊管和无缝管一些常用产品的规格范围。焊管的重心应立足于薄壁管，在这一方面，焊管显示出突出的经济优势。至今，在焊管生产中，若壁厚与直径比为1/6时亦为其变形极限，不过近年来，焊管的规格和壁厚范围在不断地扩大。对于无缝钢管来说，其生产的重心应立足于厚壁管，但对一些中厚壁管，既可采用焊管也可采用无缝钢管。但厚壁管目前只能采用无缝钢管，不能用焊管代替。另外，还有约400个钢种的无缝钢管，焊管是不能代替的，对于一些特殊用途的无缝钢管，如安全性要求高的钢管也不能用焊管代替。在薄壁无缝钢管的生产中，较高的切头损失会导致材料成本增加，再加上较高的检验成本和管加工成本，最后会使整个生产成本增加。通过使用热区在线测量系统、轧制工艺最佳化系统和工艺自动化控制系统等可解决这个问题。原则上讲，中等壁厚和薄壁焊管的生产成本较低，比同规格的无缝钢管的成本大约低10%。因此对于普通的商业用管来说，焊管占据市场优势。图4示出钢管市场上世界各国对无缝钢管需求的比例。从图中可以看出，西方国家的无缝钢管在钢管市场所占比例逐渐下降，如今只占大约25%，而中国所占比例却逐年上升，大约占45%。东欧国家无缝管所占比例在50%以上，从1995年起还在继续发展。所以无缝钢管与焊管以各自的优势占据着各自的市场份额。2. 发展趋势随着我国加入WTO，全球范围内的无缝钢管市场竞争日趋激烈。钢管用户对热轧钢管的质量要求也越来越高，钢管的钢级、表面质量及精度实际上已成为影响竞争力的重要指标。高附加值的钢材品种，包括油井管、大口径高压锅炉管的竞争首当其冲。因此，钢管的高精度轧制已成为各钢管公司提高钢管质量，拓展产品规格，满足用户需求和立足市场的必要条件。1、无缝钢管的生产标准逐年加严：无缝钢管的发展趋势有现在国际上普遍采用国家（行业标准）、企业的内控标准以及用户补充的技术条件三者相结合的办法对无缝钢管进行生产和检验。通常，内控标准比国家或行业标准严格得多，也比用户补充技术条件严格。只有上述三者结合起来，才能确保生产出的无缝钢管实物质量达到国际上先进的“均质”交货水平，具有竞争力。所谓“均质”是指钢管在高精度的基础上，整根、整批钢管成分波动范围小、性能稳定，内在与外在质量稳定。无缝钢管生产的高标准体现在以下几个方面：（1） 高精度热轧无缝钢管壁厚偏差由提高到；冷轧管的壁厚偏差由提高到。钢管外径公差由提高到；冷拔管可在以下。钢管的平直度由提高到0.3。钢管内表面要求无缺陷或少缺陷，整根、整批钢管表面一样光洁。钢管长短基本一致，端部切齐，有些品种要求倒棱。（2） 高性能化学成分波动范围小：基本成分波动范围如下：C为0.02、Si为0.03、Mn为0.04、。有害元素含量范围如下：，。性能稳定。2、采用连铸管胚管胚的质量在无缝钢管生产中占举足轻重的地位，没有高质量的管胚，即使有高精度的轧机也生产不出高质量的钢管。随着连铸技术的不断发展，越来越多的钢管生产厂家采用了连铸管胚，这样既可降低生产成本，又可提高产品质量。3、轧管机组向专业化、连续化方向发展自80年代，世界上新工艺、新设备层出不穷，如限动或半浮动芯棒连轧管机，CPE轧管工艺，新型狄舍尔轧管机，狄舍尔斜轧穿孔机，推轧穿孔机（PPM），新型菌式穿孔机，特朗斯瓦尔型轧管机，单槽双机架跟踪式自动轧管机，三辊行星轧管机（PSW），小型MPM轧机等，都为提高钢管轧制精度和改善产品质量做出了突出贡献。轧管机组向专业化、连续化的方向发展。（1）专业化为提高无缝钢管质量，生产逐步走向炼钢、管胚、轧制、精整、检验乃至整个生产线专业化方向发展，具体表现为：工厂微型化、集中化；轧机专业化；精整线专业化。（2）连续化无缝钢管生产从炼钢到轧管、由冷送向热送发展；从轧管到石油管车丝加工直至成品包装，由分段作业方式发展到整条作业线，既节约能源、提高效益，又保证质量。连续化的主要手段是自动化。在整个无缝钢管生产线上，从单机局部自动化（用微机控制）向整条作业线，直至整个车间（从原料到成品发货）自动化发展。4、建立健全无缝钢管质量保证体系质量保证体系，即从新产品开发到大批生产、销售、服务都有一套严密的质量保证措施和工作制度，并利用计算机进行自动化管理，使质量管理工作系统化、制度化。1.2 基本概念1.2.1 物料的定义物料即是为了产品销售，所有需要列入计划、控制库存、控制成本的一切物的统称。它的范围包括原材料、配方成分、配套件、标准件、毛坯、副产品、联产品、在制品、产成品甚至是设备备件、工艺装备、或某些能源，是组成物料清单（BOM） 的最基本元素。而本课题中的物料包括从生产前的胚料到准备入库的成品。1.2.2 物料跟踪的定义和意义本文中的物料跟踪是从钢管胚料进行切割开始，经过加热、穿孔、轧（扩）管、定减径、精整这六大工序直到入库的产品生产动态跟踪。生产计划和库存的部分不包括在内。1.3 课题任务及要求本次设计要求设计的自动流水线运行、产品在线测试与分检控制由S7-200系列PLC实现；上位机监控与数据处理系统由VB和 ACCESS数据库实现设计技术标准如下：(1) 可模拟实现两种参数的测试与分检(2) 分检误差Serialize( ar );ar.Close();同样，接收一方可以只改变上面的代码为CArchive ar( &file, CArchive:load );即可。注意到，CSocketFile类虽然从CFile派生，但它屏蔽掉了CFile:Open()等函数，而函数里仅扔出一个例外。也就是说，不能调用CSocketFile的Open函数来打开一个实实在在的文件，否则会导致例外，如果需要利用CSocketFile来传送文件，必须提供CSocketFile类的这些函数的实现。2.2.3 Socket类型的选择本设计要求服务器与客户机之间能实时传递数据报，采用非阻塞模式，因此在Socket API模式与CasyncSocket类之间选择。本设计的另一个要求是连接自建立后必须一直畅通，而CasyncSocket类服务器与客户端之间的连接类似OICQ，当客户端发起请求时，连接临时建立，不符合系统要求，因此选用最原始的Socket API模式。本设计中，选用管理机作为系统的服务端，各个现场控制的PC机做为客户机。客户机与服务器的通讯流程如图所示：客户端创建一个套接字绑定这个套接字帧听服务端创建一个套接字连接请求接受请求发送接收文件关闭套接字关闭套接字发送接收文件 当连接建立后，客户端和服务端之间就可以自由地发送数据了。2.3 管理机与数据库连接方案论证2.3.1 数据库的选择本设计选用ADO编程。ADO（ActiveX Data Object）是Microsoft 数据库应用程序开发的新接口，是建立在OLE DB之上的高层数据库访问技术，即使用户对OLE DB、COM不是十分了解也能轻松使用ADO。ADO是目前在Windows环境中比较流行的客户端数据库编程技术。ADO是建立在OLE DB底层技术之上的高级编程接口，因而它兼具有强大的数据处理功能（处理各种不同类型的数据源、分布式的数据处理等）和极其简单、易用的编程接口。2.3.2 功能简介一、直接在控制界面上对订单进行添加、删除和修改工作。二、从数据库中调出