CN109747798A - 基于物联网的智能胎架系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的智能胎架系统及调节方法，系统包括实体单元、通信单元和监测控制单元，实体单元实时采集拉力、压力数据，并驱动胎架上升和下降，通信单元用于实体单元和监测控制单元的数据通信，监测控制单元首先对实时采集的数据进行分类管理，将预设的拉力、压力、预警值数据存储在数据库中，再基于上述数据的对比分析，评判目前分段建造过程智能胎架的高度是否满足要求，并做出相应的控制调整，发明的方法基于当前的系统对智能胎架做出自动化调节。本系统和方法克服了现有造船胎架装备智能化程度低的问题，将胎架接入物联网监测控制系统，实现了对胎架的智能化远程化的精准调控，使得胎架系统处于最好的支撑状态。

Description

基于物联网的智能胎架系统及调节方法

技术领域

本发明涉及一种智能胎架系统及调节方法，特别是涉及一种基于物联网的智能胎架系统及调节方法。

背景技术

近年来，全球制造业加快进入智能化时代，智能制造成为衡量制造业重要的砝码，智能制造装备受到世界总体发展的影响，也在快速的更新换代。船舶行业是智能制造发展的重要方向之一，加快建设船舶制造强国和海洋强国，船舶智能制造将成为我国船舶行业创新发展前进的驱动力之一。船舶的智能制造随着物联网技术的发展，在船舶建造装备过中应用广泛。智能制造装备，指的是在加工生产过程中应用先进的生产技术和智能技术，使得制造装备最终具有感知、推测、分析、决策等能力，智能制造装备行业将是未来科技发展的重要方向。

智能制造装备通过布置的传感器网络，可以实现对制造环境进行实时监控。胎架作为船舶分段建造过程中的一种专用工艺装备，其智能化程度决定了船舶建造的精度，能够保证船舶分段在装配、焊接时具有良好的作业条件，保证船体曲面分段的准确线型，并具有控制焊接变形。但是现有的胎架的智能化程度低，只能够实现数控调节，没有无线传输信息，不能对其实现远程控制。胎架的高度一旦固定后，很难根据实际的情况调整高度，而且不能够微调。

目前已有一些关于船舶胎架专利出现，如“单元移动可调式船用分段制作胎架”(申请号ZL200820231970.2)和“船用活络胎架”(申请号ZL200820133251.7)等专利胎架高度需要人工进行调节，高度调节精度差。虽然专利“一种造船用胎架支撑高度自动调节方法和可调式胎架”(申请号ZL201810115290.2)给出了高度自动调节的方法，但是胎架并没有结合现在的物联网技术，智能化程度比较低。

发明内容

发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种基于物联网的智能胎架系统及调节方法，克服了现有造船胎架装备智能化程度低的问题，将胎架接入物联网监测控制系统，实现了对胎架的智能化远程化的精准调控，使得胎架系统处于最好的支撑状态。

技术方案：本发明所述的基于物联网的智能胎架系统，包括了实体单元、通信单元和监测控制单元；

所述的实体单元包括胎架、拉压传感器和驱动机构，胎架支撑船舶分段，拉压传感器设置在胎架上，实时采集胎架上的压力和拉力数据，所述的驱动机构驱动胎架上升或者下降；

所述的通信单元在实体单元与监测控制单元之间进行数据传输，将实体单元采集的压力和拉力数据处理并传输到监测控制单元，并将监测控制单元做出的控制信息传输到实体单元；

所述的监测控制单元存储预设的拉力压力范围、故障报警数据和实体单元采集到的压力和拉力数据，并结合数据的对比分析确定控制决策，做出控制指令，指挥实体单元的动作。

进一步的，所述的通信单元采用无线通信模块进行数据传输。

进一步的，所述的无线通信模块为GPRS模块。

进一步的，所述的胎架上端设置有用于支撑并固定船舶分段的支撑固定机构，支撑固定机构包括电磁吸盘、挡板、端盖、球头螺栓和螺母，所述球头螺栓穿过挡板的中间孔，连接挡板的下端，挡板固定在端盖的下端，电磁吸盘固定在端盖上端，球头螺栓另一头通过螺纹连接固定在拉压传感器上，并通过螺母夹紧，拉压传感器通过电磁吸盘检测压力和拉力。

进一步的，所述的监测控制单元包括信息管理模块和决策模块，信息管理模块包括若干个数据库，将预设的数据、采集到的数据和故障报警数据进行分类存储，决策模块通过根据实时感知的拉力和压力数据与数据库中预设的数据对比分析，生成决策信息并对决策信息进行优化，尽量减少胎架的运动个数，根据最终的决策信息确定各种控制指令，指挥实体单元工作。

本发明所述的的智能胎架调节方法，基于上述系统，调节过程包括以下步骤：

(1)船舶分段按照重量划分区域布置若干个支撑点，每一个胎架安装到指定支撑点位置后进行固定；

(2)在每个胎架上端布设拉压传感器、电磁吸盘，拉压传感器在智能胎架上升的过程中采集通过电磁吸盘的磁力感应产生的拉力数据，以及支撑后产生的压力数据；

(3)通信单元将实时采集的拉力和压力数据，通过无线通信模块接入internet，与监测控制单元实现实时数据传输；

(4)监测控制单元进行数据范围设定，设定的范围包括拉力值、压力值以及拉力和压力预警值，监测控制单元首先对收到的拉力和压力数据进行预警判断，如果超过预警值进行报警，如果没有超出预警值再进行范围的对比；若采集的拉力值小于预设值，监测控制单元发出上升控制信号给通信单元，通信单元传输给驱动机构控制胎架上升；若采集的压力值小于安全范围，监测控制单元发出上升控制信号给通信单元，通信单元传输给驱动机构控制胎架上升；若采集的压力值大于安全范围，监测控制单元发出下降控制信号给通信单元，通信单元传输给驱动机构控制胎架下降，调整结束后将此次调整的数据存入数据库；

(5)胎架调整结束，系统处于监测状态。

有益效果：本系统和方法能够利用物联网技术，在船舶分段建造过程中针对胎架控制主要实现信息采集、信息传输以及智能决策三个功能，将传统的胎架控制智能化和远程化，实现胎架的精准调控，为船舶分段建造奠定重要的基础。

附图说明

图1是本系统的整体构架图；

图2是本系统各部分连接示意图；

图3是支撑固定机构结构示意图；

图4是本方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明系统主要包括三个部分：实体单元、通信单元、以及监测控制单元。实体单元是智能胎架物联网系统的基础，通过在实体单元布设的拉压传感器网络实时采集智能胎架上的拉力、压力数据。通信单元是实体单元到达监测控制单元的通道，通过单片机，将检测的拉力与压力数据，按照一定的通信协议将数据传输到监测控制单元。监测控制单元是智能胎架物联网系统的核心，它包含了检测的拉力、压力数据、预设的警报数据等相关信息，通过感知数据分析、分类，存储，便于决策评判。再根据实时感知的拉力、压力数据与数据库中预设的数据对比分析，确定各种控制指令，指挥实体单元的智能胎架工作，监测控制单元还能够实现智能胎架的故障分析以及决策信息的优化，减少胎架的运动个数达到精准调控。具体工作过程是，实体单元的智能胎架和驱动机构相连，通过在智能胎架上布置的拉压传感器网络实时采集拉力、压力数据，通信单元将实时采集到的拉力和压力数据，经过单片机无线模块传递给监测控制单元，监测控制单元的数据库存储预警值以及拉力、压力预设值，管理实时感知的数据，通过数据对比分析，形成控制量，将控制量无线传输传递给单片机控制系统，单片机控制系统控制驱动机构驱动智能胎架机构运动到合理的位置，调整船舶分段的位置。

如图2所示，实体单元包括若干个智能胎架1、步进电机12、驱动步进电机的驱动器7，以及拉压传感器2。所述智能胎架1上端设置支撑固定机构3，通信单元包括单片机6，信号处理模块5，单片机6与PC8通过GPRS无线通信连接。拉压传感器2实时采集智能胎架1上拉力、压力数据，经过信号处理模块5将信号放大，送入单片机6，通过GPRS无线模块接入internet之后与监测控制单元11实现数据传输。监测控制单元11中的信息管理模块包括若干个，用于存储通信单元采集到的拉力、压力数据，预设的拉、压力范围、故障报警数据以及智能胎架的历史高度值，信息管理模块将采集的数据进行分类处理存储，便于评判。监测控制单元11的决策模块将实时采集的拉力、压力数据结合数据库的数据进行对比分析，实现高度调整、故障分析、运动控制和决策优化等功能，做出决策调整信息和控制指令。监测控制单元11将做出的控制指令无线传输给各个智能胎架1的单片机控制系统6，单片机控制系统6控制步进电机驱动器7驱动步进电机12，将智能胎架1运动到合理的位置，调整船舶分段4的位置。

如图3所示，所述固定支撑机构包括电磁吸盘111，挡板113，球头螺栓115，所述球头螺栓115穿过挡板113，挡板113固定在端盖112底部，并且通过螺栓114连接固定端盖112下端，端盖112上端固定电磁吸盘111。球头螺栓115另一头通过螺纹连接固定在拉压传感器117上，并通过螺母116夹紧。所述电磁吸盘111用于拉压传感器117检测拉力，并且固定船舶分段外板，防止建造过程中发生偏移。

如图4所示，本发明所述的智能胎架的调节方法，包括以下步骤：

(1)船舶分段4按照重量划分区域布置若干个支撑点，每个智能胎架1到达指定的支撑点位置后进行固定；

(2)在每个智能胎架1上布设拉压传感器2、电磁吸盘3，拉压传感器2在智能胎架1上升的过程中通过电磁吸盘111磁力感应采集拉力信号，以及支撑后采集产生的压力信号；

(3)通信单元实时采集的拉力、压力数据，通过GPRS无线模块接入internet之后与监测控制单元11实现实时数据传输；

(4)监测控制单元11进行数据的范围设定，设定拉力F1和压力范围[F2,F3]，以及拉力和压力预警值。监测控制单元11首先对拉力和压力数据进行预警判断，如果超出预警值则进行报警，如果没有超出预警值再进行范围的对比：若采集的拉力值小于预设值F1，监测控制单元11发出上升信号给单片机6，单片机6控制步进电机驱动器7驱动步进电机12，从而控制智能胎架1上升；若采集的压力值小于安全范围[F2,F3]，监测控制单元11发出上升信号给单片机6，单片机6控制步进电机驱动器7驱动步进电机12，从而控制智能胎架1上升。若产生的压力值大于安全范围[F2,F3]，监测控制单元11发出下降信号给单片机6，单片机6控制步进电机驱动器7驱动步进电机12，从而控制智能胎架1下降。最后将此次调整的数据存入监测控制单元11的数据库中。

(5)胎架调整结束，系统处于监测状态。

步骤(1)、(2)在初次设置时执行，当智能胎架系统处于设置完毕后的不断调节过程中时，只需执行步骤(3)、(4)、(5)即可。

本发明是一种面向船舶分段建造的智能胎架物联网系统的创建方法，相比于现在的数控胎架，其基于物联网技术采集信息和分析信息，通过数据库中预设值对比判断，并且及时作出报警处理，同时历史数据为后来采集提供价值参考，使得胎架系统处于最好的支撑状态。

Claims (6)

1.一种基于物联网的智能胎架系统，其特征在于：系统中包括了实体单元、通信单元和监测控制单元；

所述的实体单元包括胎架、拉压传感器和驱动机构，胎架支撑船舶分段，拉压传感器设置在胎架上，实时采集胎架上的压力和拉力数据，所述的驱动机构驱动胎架上升或者下降；

所述的通信单元在实体单元与监测控制单元之间进行数据传输，将实体单元采集的压力和拉力数据处理并传输到监测控制单元，并将监测控制单元做出的控制信息传输到实体单元；

所述的监测控制单元存储预设的拉力压力范围、故障报警数据和实体单元采集到的压力和拉力数据，并结合数据的对比分析确定控制决策，做出控制指令，指挥实体单元的动作。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能胎架系统，其特征在于：所述的通信单元采用无线通信模块进行数据传输。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能胎架系统，其特征在于：所述的无线通信模块为GPRS模块。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能胎架系统，其特征在于：所述的胎架上端设置有用于支撑并固定船舶分段的支撑固定机构，支撑固定机构包括电磁吸盘、挡板、端盖、球头螺栓和螺母，所述球头螺栓穿过挡板的中间孔，连接挡板的下端，挡板固定在端盖的下端，电磁吸盘固定在端盖上端，球头螺栓另一头通过螺纹连接固定在拉压传感器上，并通过螺母夹紧，拉压传感器通过电磁吸盘检测压力和拉力。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的智能胎架系统，其特征在于：所述的监测控制单元包括信息管理模块和决策模块，信息管理模块包括若干个数据库，将预设的数据、采集到的数据和故障报警数据进行分类存储，决策模块通过根据实时感知的拉力和压力数据与数据库中预设的数据对比分析，生成决策信息并对决策信息进行优化，尽量减少胎架的运动个数，根据最终的决策信息确定各种控制指令，指挥实体单元工作。

6.一种基于物联网的智能胎架调节方法，其特征在于：基于权利要求1所述的系统，调节过程包括以下步骤：

(1)船舶分段按照重量划分区域布置若干个支撑点，每一个胎架安装到指定支撑点位置后进行固定；

(2)在每个胎架上端布设拉压传感器、电磁吸盘，拉压传感器在智能胎架上升的过程中采集通过电磁吸盘的磁力感应产生的拉力数据，以及支撑后产生的压力数据；

(3)通信单元将实时采集的拉力和压力数据，通过无线通信模块接入internet，与监测控制单元实现实时数据传输；

(4)监测控制单元进行数据范围设定，设定的范围包括拉力值、压力值以及拉力和压力预警值，监测控制单元首先对收到的拉力和压力数据进行预警判断，如果超过预警值进行报警，如果没有超出预警值再进行范围的对比；若采集的拉力值小于预设值，监测控制单元发出上升控制信号给通信单元，通信单元传输给驱动机构控制胎架上升；若采集的压力值小于安全范围，监测控制单元发出上升控制信号给通信单元，通信单元传输给驱动机构控制胎架上升；若采集的压力值大于安全范围，监测控制单元发出下降控制信号给通信单元，通信单元传输给驱动机构控制胎架下降，调整结束后将此次调整的数据存入数据库；

(5)胎架调整结束，系统处于监测状态。