本发明涉及无缝管连轧机自动化和智能控制，特别是涉及基于python的无缝管fqm连轧机壁厚调控系统及方法。
背景技术：
1、无缝钢管连轧生产线的调试是一个复杂且关键的过程，目前主要依赖人工进行，每一次换规格或者新品种尝试，都需要对生产线进行详细的调试，这导致了调试时间长、人工操作强度大，并且高度依赖于有经验的技术人员。特别是在连轧机壁厚控制方面，更是多依赖于人工经验和手动调整，导致壁厚控制精度不高，产品质量参差不齐，且调试周期长。
2、因此，提高无缝钢管连轧生产线的智能化水平，特别是连轧机壁厚调控系统的智能化研究已成为当前钢管连轧线生产线领域的紧迫需求。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了基于python的无缝管fqm连轧机壁厚调控系统及方法，以解决传统连轧机壁厚控制过程多依赖于人工经验、产品质量参差不齐且调试时间长的问题，为连轧机壁厚调控过程提供一种自动、智能且高精度的无缝管连轧机壁厚调控系统及方法。
2、本发明提供了基于python的无缝管fqm连轧机壁厚调控系统，包括：
3、输入模块，用于输入连轧机机架数量、样品钢管的种类和基础参数数据，其中样品钢管的基础参数包括：毛管壁厚、荒管壁厚、芯棒直径、各机架的槽底半径、各机架的开口度、荒管直径、轧辊名义直径、轧辊工作直径和样品钢管在各机架的插棒间隙；
4、参数模块，基于预设的数学模型计算壁厚工艺参数，其中壁厚工艺参数包括：样品钢管在各机架的理想槽底壁厚、各机架的孔型参数和各机架的轧辊转速；
5、plc监控系统，接收各机架的轧辊转速传输至生产系统，同时基于样品钢管在各机架的理想槽底壁厚计算出各机架轧辊的压下量并传输至生产系统；此外，接收到调整模块传输的数据后，先将样品钢管在各机架的壁厚调整量作为各机架轧辊的压下调整量，随后将各机架轧辊的压下调整量和各机架的轧辊转速调整量反馈至生产系统，由生产系统调整各机架的轧辊转速和轧辊的下压量；
6、生产系统，基于参数模块传输的各机架的孔型参数数据和plc监控系统传输的数据，控制连轧机进行实际生产，且生产过程中实时接收位于脱管机处的壁厚检测系统检测的样品钢管的脱管机出口壁厚；
7、仿真模块，获取样品钢管的脱管机出口壁厚并基于该数据推导出样品钢管在各机架的实际槽底壁厚；
8、比较模块，基于参数模块和仿真模块获取样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚并进行比较，若比较结果为，则获得符合设计要求的产品并将产品的壁厚工艺参数传输至数据库存储，同时继续进行下一轮生产；否则，向调整模块发出运行指令；
9、调整模块，接收到比较模块发出的运行指令后，基于参数模块和仿真模块获取样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚并计算出样品钢管在各机架的壁厚调整量，随后基于样品钢管在各机架的壁厚调整量调用参数模块计算出各机架的轧辊转速调整量后，将样品钢管在各机架的壁厚调整量和各机架的轧辊转速调整量传输至plc监控系统。
10、优选的，所述参数模块基于预设的数学模型计算壁厚工艺参数的具体步骤为：
11、s11、计算样品钢管在各机架的理想槽底壁厚，具体步骤为：
12、s111、根据毛管壁厚和荒管壁厚计算总减壁率，计算公式如下所示：
13、，
14、式中，表示毛管壁厚，表示荒管壁厚，表示总减壁率；
15、s112、基于预设的各机架槽底减壁率分布规则，计算样品钢管在各机架的槽底减壁率；
16、s113、根据毛管壁厚和样品钢管在各机架的槽底减壁率，计算样品钢管在各机架的理想槽底壁厚，计算公式如下所示：
17、，
18、式中，表示样品钢管在第 i机架的理想槽底壁厚；
19、s12、基于样品钢管在各机架的理想槽底壁厚，计算各机架的孔型参数，其中孔型参数包括孔型高度、孔型椭圆度系数和孔型宽度，具体步骤为：
20、s121、基于各机架的理想槽底壁厚，计算各机架的孔型高度，计算公式如下所示：
21、，
22、式中，表示第 i机架的孔型高度，m表示芯棒直径，表示第 i机架的理想槽底壁厚，表示荒管直径；
23、s122、基于各机架的孔型高度，计算各机架的孔型椭圆度系数，计算公式如下所示：
24、，
25、式中，表示第 i机架的孔型椭圆度系数，表示第 i机架的槽底半径；
26、s123、基于各机架的孔型椭圆度系数，计算各机架的孔型宽度，计算公式如下所示：
27、，
28、式中，表示第 i机架的孔型宽度；
29、s13、基于样品钢管在各机架的出口速度和各机架的轧辊平均工作直径，计算各机架的轧辊转速，具体步骤为：
30、s131、计算样品钢管在各机架的出口速度，具体步骤为：
31、s1311、基于各机架的开口度和孔型参数，计算样品钢管在各机架槽底处的横截面积，计算公式如下所示：
32、，
33、式中，表示样品钢管在第 i机架槽底处的横截面积，表示第 i机架的开口度；
34、s1312、根据常规经验设置样品钢管在末机架的出口速度，随后根据金属流动变形提及不变原理计算样品钢管在各机架的出口速度，计算公式如下所示：
35、，
36、式中，分别表示样品钢管在第 i、 i+1机架的出口速度，分别表示样品钢管在第 i、 i+1机架的槽底处的横截面积；
37、s132、基于若干个任意一点的轧辊工作直径，利用积分计算各机架的轧辊平均工作直径，具体步骤为：
38、s1321、计算若干个任意一点的轧辊工作直径，其中任意一点的轧辊工作直径计算公式如下所示：
39、，
40、式中，表示任意一点的轧辊工作直径，表示任意一点的轧辊名义直径，表示任意一点的槽底半径，表示所对应的咬入角；
41、s1322、基于若干个任意一点的轧辊工作直径，利用积分计算各机架的轧辊平均工作直径，计算公式如下所示：
42、，
43、式中，表示第 i机架的轧辊平均工作直径，表示轧辊名义直径，表示第 i机架的椭圆度系数， d为积分符号，表示第 i机架的槽底半径，表示第 i机架的开口度，x表示积分区间的积分变量；
44、s133、基于样品钢管在各机架的出口速度和各机架的轧辊平均工作直径，计算各机架的轧辊转速，计算公式如下所示：
45、，
46、式中，表示第 i机架的轧辊转速。
47、优选的，预设的各机架槽底减壁率分布规则为：样品钢管在每一机架的槽底减壁率约等于样品钢管在下一机架槽底减壁率的 n%，如下所示：
48、，
49、式中，表示样品钢管在第 i机架的槽底减壁率；
50、此外，样品钢管在各机架的槽底减壁量，计算公式如下所示：
51、，
52、式中，表示样品钢管在第 i机架的槽底减壁量。
53、优选的，所述plc监控系统中各机架轧辊的压下量计算公式如下所示：
54、，
55、式中，表示第 i机架轧辊的压下量。
56、优选的，所述仿真模块基于样品钢管的脱管机出口壁厚推出导样品钢管在各机架的实际槽底壁厚的具体步骤为：
57、s21、根据体积不变原理，推导样品钢管在末机架的实际槽底壁厚，具体为：
58、，
59、，
60、，
61、，
62、，
63、式中，表示样品钢管经连轧机末机架轧出后的实际体积，表示样品钢管经连轧机末机架轧出后的实际槽底壁厚，表示样品钢管经连轧机末机架轧出后的实际外径，表示样品钢管经连轧机末机架轧出后的实际管长，表示样品钢管的脱管机出口体积，表示样品钢管的脱管机出口壁厚，表示样品钢管的脱管机出口外径，表示样品钢管的脱管机出口管长；
64、s22、根据秒流量相等原则，依次基于样品钢管在当前机架的实际槽底壁厚计算样品钢管在前一机架的实际槽底壁厚，从而获得样品钢管在所有机架的实际槽底壁厚，计算公式如下所示：
65、，
66、式中，分别表示样品钢管经连轧机第 i-1 、i机架轧出后的实际槽底壁厚，分别表示样品钢管经连轧机 i-1 、i机架轧出后的实际外径，分别表示样品钢管在第 i-1 、i机架的出口速度，m表示芯棒直径，表示样品钢管在第 i机架的插棒间隙。
67、优选的，系统中还设置有数据库，用于存储符合设计要求的产品的壁厚工艺参数，其中样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和各机架的孔型参数为参数模块最初计算出的数据，各机架的轧辊转速为生产出符合设计要求的产品的实际轧辊转速。
68、优选的，所述比较模块中对样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚进行比较时，若出现样品钢管在一部分机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚相同，但在另一部分机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚不相同的情况，则调整模块只计算样品钢管在另一部分机架的轧辊转速调整量。
69、优选的，所述调整模块计算各机架的轧辊转速调整量的具体步骤为：
70、s31、基于样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚，获得样品钢管在各机架的壁厚调整量，计算公式如下所示：
71、,
72、式中，表示样品钢管在第i机架的壁厚调整量，表示样品钢管在第i机架的实际槽底壁厚，表示样品钢管在第i机架的理想槽底壁厚；
73、s32、基于样品钢管在各机架的壁厚调整量，调用参数模块中步骤s12-s14，计算出各机架的轧辊转速调整量。
74、本发明还提供了基于python的无缝管fqm连轧机壁厚调控方法，应用于基于python的无缝管fqm连轧机壁厚调控系统，具体步骤为：
75、s41、输入模块接收到用户输入数据后传输至参数模块；
76、s42、参数模块基于预设的数学模型计算出壁厚工艺参数，并传输至plc监控系统和生产系统，其中壁厚工艺参数包括：样品钢管在各机架的理想槽底壁厚、各机架的孔型参数和各机架的轧辊转速；
77、s43、plc监控系统基于参数模块传输的数据获得各机架轧辊的压下量，并将各机架轧辊的压下量和各机架的轧辊转速传输至生产系统；
78、s44、生产系统基于参数模块传输的各机架的孔型参数和plc监控系统传输的各机架轧辊的压下量、各机架的轧辊转速进行实际生产，且生产过程中实时接收位于脱管机处的壁厚检测系统检测的样品钢管的脱管机出口壁厚并传输至仿真模块；
79、s45、仿真模块基于样品钢管的脱管机出口壁厚推导出样品钢管在各机架的实际槽底壁厚，并传输至比较模块；
80、s46、比较模块基于参数模块和仿真模块获取样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚并进行比较，若比较结果为，则获得符合设计要求的产品并将产品的壁厚工艺参数传输至数据库存储，同时继续进行下一轮生产；否则，向调整模块发出运行指令；
81、s47、调整模块接收到比较模块发出的运行指令后，基于参数模块和仿真模块获取样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚并计算出样品钢管在各机架的壁厚调整量， 随后基于样品钢管在各机架的壁厚调整量调用参数模块计算出各机架的轧辊转速调整量后，将样品钢管在各机架的壁厚调整量和各机架的轧辊转速调整量传输至plc监控系统；
82、s48、plc监控系统将样品钢管在各机架的壁厚调整量作为各机架轧辊的压下调整量后，将各机架轧辊的压下调整量和各机架的轧辊转速调整量反馈至生产系统，由生产系统调整各机架的轧辊转速和轧辊的下压量，并继续执行步骤s44-s48，直至步骤s46中比较结果为时停止。
83、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
84、1、本发明基于数学模型预测连轧机壁厚生产线关键工艺参数，不仅实现了对连轧机壁厚生产线关键工艺参数的精确预测与灵活调整，还提升了生产线的自动化与智能化水平。
85、2、本发明基于脱管机出口壁厚推导出样品钢管在连轧机各机架的实际槽底壁厚，并基于样品钢管在各机架的理想槽底壁厚和实际槽底壁厚的比较结果进行调整，从而实现了连轧机各机架壁厚的精确闭环调整，有效确保最终产品的尺寸和形状精度满足设计要求，为实际生产提供了科学的理论依据，同时也为后续的智能化调控奠定了坚实的基础；此外，闭环调整系统通过实时监测和调整样品钢管在连轧机各机架的槽底壁厚，有效减少了生产过程中的废品率和返工率，降低了生产过程中的原材料成本、劳动力成本和管理成本。
86、3、本发明通过引入自动化控制系统，降低了生产过程中的人工干预需求，有效地解决了连轧机壁厚控制长期依赖人工经验的问题，实现了壁厚控制的精确性和一致性，进一步提升了整条生产线的自动化程度和作业效率。