CN110347107A - 基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，包括张力测量传输控制设备、实时张力测量通讯机和服务器控制端；所述实时张力测量通讯机用于同时接收多台张力测量传输控制设备上传的数据，并将所接收到的数据指令信息同时发送到服务器控制端或将接收到服务器控制端控制指令转发给张力测量传输控制设备执行，所述实时张力测量通讯机还连接有绕线机PLC；所述服务器控制端包括运营管理模块、运行监测和控制模块、数据分析模块。本发明实现了人机交互功能、在线设备即插即用，通过开放设备及数据端口还可以切入客户现有的管理系统；有助于全面跨入数字化管理时代，不断提高质量管理效率和劳动生产率。

Description

基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统

技术领域

本发明属于绕线控制领域，具体涉及一种基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统。

背景技术

随着国内国际市场竞争的加剧，从事绕线加工的企业对提升自身竞争力，包括管理的竞争力、加工设备的竞争力、产品品质的竞争力都提出了迫切要求。对于绕线加工过程张力控制是质量管理关键环节。控制张力不仅要求提高、改善张力控制设备和绕线设备过材机构性能，同时也要求提高绕线加工的自动化程度、实现绕线过程中张力等数据的可视化，实现数据记录存储、分析、追溯、利用。通过技术手段使加工企业开展更精细下的质量管理，找出质量改善的方向，提高产品加工水平，是当前市场的强烈需求。

现有技术CN106379757B公开了基于总线的无张力橡胶收卷控制系统及其控制方法，涉及工业自动化控制领域，包括PLC控制系统、操作面板、两个激光测量传感器、两台矢量变频器，PLC控制系统包括CPU模块、DC24V直流电源模块、实时工业以太网总线、模拟量输入模块，控制方法是利用上述控制系统来对橡胶收卷过程的输送线速度、单环工作位及卷轮速度进行实时监视及控制，包括：单环工作位与收卷模式设置，单环位置、收卷轮卷径、矢量变频器状态采集，收卷轮控制信息处理，收卷轮控制值输出，显示监视。现有技术CN102923511A公开了卷绕张力控制系统，包括PLC、HMI、张力传感器，其还包括卷绕张力控制装置，所述PLC控制连接HMI和卷绕张力控制装置，所述张力传感器实时检测卷绕过程中的张力，并将检测信号传至卷绕张力控制装置，所述卷绕张力控制装置结合PLC所设定的参数要求进行计算形成相应的控制信号，并将该控制信号传至驱动收/放卷轴的伺服电机。现有技术CN202897636U公开一种张力控制系统，包括相互连接的主控装置、张力传动装置及张力制动装置，其中所述主控装置包括实现张力控制过程数据信号管理及指令传输的主控系统及电力系统，所述张力传动装置包括实现并检测能动过程的张力控制器、张力读出器及张力检测器，所述张力制动装置包括实现并稳定张力制动过程的制动器和离合器。实现张力高精度控制能力及机械本身的张力控制执行能力，使张力的大小不受外电源电压波动的影响，同时克服了离合器、制动器的励磁线圈温升所引起的电流漂移，从而达到转矩的稳定；控制系统响应快，调整能力强，鲁棒性好，有效的改善了控制效果。但以上的系统中都只涉及一个控制装置，不能实现更精细的控制管理。

发明内容

本发明的目的是提高绕线加工的自动化程度、实现绕线过程中张力等数据的可视化，实现数据记录存储、分析、追溯、利用，具体采用如下技术方案：

一种基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，包括张力测量传输控制设备、实时张力测量通讯机和服务器控制端；所述实时张力测量通讯机用于同时接收多台张力测量传输控制设备上传的数据，并将所接收到的数据指令信息同时发送到服务器控制端或将接收到服务器控制端控制指令转发给张力测量传输控制设备执行，所述实时张力测量通讯机还连接有绕线机PLC或绕线机的其他相同功能控制器；所述服务器控制端包括运营管理模块、运行监测和控制模块、数据分析模块；其中，运营管理模块包括配置车间、设备、张力控制指标和添加产品信息；运行监测和控制模块包括监测张力测量传输控制设备的张力运行情况和在线状态、监测订单完成进度、管理张力告警事件；数据分析模块包括张力控制指标分析和张力值合格率分析；所述张力测量传输控制设备与所述实时张力测量通讯机通过485方式连接或其他通讯协议方式连接，所述实时张力测量通讯机与服务器控制端通过以太网方式连接。

具体地，所述张力测量传输控制设备包括具有张力测量传输功能的张力控制器、具有张力设定调节功能的张力控制器、无张力测量传输功能的张力控制器和具有张力测量传输功能的张力测量仪组合中的一种或几种。

具体地，所述张力控制器包括张力调节单元、张力控制单元和张力测量传输单元；张力测量传输单元与张力调节单元之间为电性连接，张力测量单元将将张力控制信号传输给张力调节单元，由张力调节单元控制调节张力；张力控制单元与张力测量传输单元电性连接。张力单元包含一个控制器或控制器加驱动器，张力控制单元将速度等相关信息传给张力测量传输单元。

具体地，具有数据测量传输功能的张力测量仪包括测量轮组、机械结构、张力传感器和张力测量传输电路。

具体地，所述基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理系统对所述张力控制指标的控制方法包括以下步骤：首先在所述服务器控制端设置张力控制指标；然后执行张力控制指标。

具体地，所述执行张力控制指标包括以下步骤：

S1、将张力控制值调节到张力控制指标范围内后等待绕线机PLC程序的指令执行控制动作；

S2、所述绕线机PLC先向实时张力测量通讯机发送张力控制指标区间段切换指令，然后向张力测量传输控制设备发送张力切换指令；

S3、所述实时张力测量通讯机在获得张力控制指标区间段切换指令后会将指令传输到服务器控制端，然后所述服务器控制端进行张力控制指标区间段切换并对实时张力数据属性进行标记。

具体地，所述执行张力控制指标包括以下步骤：

S1、所述绕线机PLC向实时张力测量通讯机发送需要执行的张力控制指标；

S2、所述实时张力测量通讯机将接收到的张力控制指标发送到服务器控制端；

S3、所述服务器控制端根据接收到的张力控制指标进行张力控制指标区间段切换并对实时张力数据属性进行标记，所述服务器控制端发送指令给实时张力测量通讯机指挥张力调节部件执行当前张力指标指令，将张力调节至指标位。

具体地，所述张力测量传输单元对数据自动校正过程包括以下步骤：

1)在有效时段内对原始数据收集储存后建立参考基准；

2)将测量数据与参考基准进行实时作差计算，得到差值，然后根据差值对测量数据进行补偿。

具体地，所述绕线机PLC用于控制所述张力测量传输控制设备数据的发送状态，具体控制步骤包括：绕线程序启动后，所述绕线机PLC根据加工流程进行“是否发送张力数据”的判断；若绕线程序进入绕线阶段后，则向所述张力测量传输控制设备发送“发送数据”指令，否则向所述张力测量传输控制设备发送“数据截止”指令。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明提供的系统中，通过硬件和软件的共同作用能够实现张力控制、张力测量；收集绕线张力数据，通过网络监测实时张力、进行数据分析和数据管理，实现生产订单跟踪和生产数据历史追溯。

二、本发明中的系统是基于物联网技术的制造、管理、分析系统，实现了人机交互功能、在线设备即插即用，通过开放设备及数据端口还可以切入客户现有的管理系统；有助于全面跨入数字化管理时代，不断提高质量管理效率和劳动生产率。

三、本发明中的绕线机PLC可以对绕线程序中的数据进行判断，避免张力测量传输控制设备将所有数据上传至服务控制端，从而避免了分析人员的困惑和误判断，提高系统的控制效率。

附图说明

图1为实时张力测量通讯机的功能流程示意图；

图2为实时张力测量通讯机的另一个功能流程示意图；

图3为绕线机PLC对张力测量传输控制设备数据发送状态控制流程图；

图4为全自动张力测量传输控制设备切换张力控制指标流程图；

图5为张力控制指标区间从第1段切换到第3段的控制流程图；

图6为张力控制指标区间从第3段复位到第1段的控制流程图；

图7为运营管理模块的流程图；

图8为实施例中系统的资源配置流程图；

图9为实施例中系统的信息传输流程图。

具体实施例

实施例1

一种基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理系统，包括张力测量传输控制设备、实时张力测量通讯机和服务器控制端；所述张力测量传输控制设备与所述实时张力测量通讯机通过485方式连接，所述实时张力测量通讯机与服务器控制端通过以太网方式连接。

所述张力测量传输控制设备包括具有张力测量传输功能的张力控制器、具有张力设定调节功能的张力控制器、无张力测量传输功能的张力控制器与具有张力测量传输功能的张力测量仪组合；

其中，具有张力测量传输功能的张力控制器：可以将张力等绕线数据通过实时张力测量通讯机发送给服务器控制端，由服务器控制端进行管理、分析、存储。张力需要预先手工调节好。

具有张力设定调节功能的张力控制器：不仅可以将张力等绕线数据通过实时张力测量通讯机发送给服务器控制端，由服务器控制端进行管理、分析、存储，还可以接受张力设定指令，并围绕设定张力进行自动张力调节，保证运行张力在张力控制指标区间范围内。

无张力测量传输功能的张力控制器与具有张力测量传输功能的张力测量仪组合：是适应老设备技术改造的应用，在这个组合中张力测量仪为系统传感器测量点，为服务器控制端发送张力数据，供服务器控制端进行管理、分析、存储。

本系统涉及的张力控制器由以下部分组成：

张力调节单元：非设定型张力控制器此功能单元完全由机械部件组成；设定型张力控制器此功能单元中除了机械部件外还包含了电控调节部件的驱动电路；

张力控制单元：此单元主要由阻尼器或充当阻尼器作用的电子磁滞器、电机，以及张力控制电路、电机或电子磁滞器驱控电路组成；

张力测量传输单元：由张力传感器、张力测量传输电路(设定型张力控制器还包含张力设定和控制调节功能)；

其中张力测量传输单元与张力调节单元之间为电性连接；张力控制单元与张力测量传输单元电性连接。

本系统涉及的具有数据测量传输功能的张力测量仪由以下部分组成：测量轮组和机械结构、张力传感器和张力测量传输电路。

张力控制测量传输技术中的关键在于实时性，需要满足大集团和高密度数据传输和实时控制，所述实时张力测量通讯机即是张力测量监控分析管理平台系统网络的节点通讯设备。其功能流程如图1、图2所示，概述为：实时张力测量通讯机可以通过串口同时接收或发送数台张力测量传输控制设备的数据；然后将信息发送给控制端；也可以将服务器控制端的指令同时发送给数台张力测量传输控制设备；还可以对张力测量传输控制设备进行集团操作，比如集团清零、集团进入数据校准等。

所述实时张力测量通讯机还连接有绕线机PLC；绕线全流程均由绕线机PLC的程序设计，绕线的启动、停止、绕线机的各个动作、具体缠绕哪个线槽或哪个PIN脚都在程序中作了规定。因此，绕线机PLC成为系统的外部指令来源。绕线加工流程存在许多阶段，比如前期准备阶段、每个绕线周期的衔接阶段、绕线阶段，还有绕线机做其他动作的阶段等。其中，唯有绕线阶段的数据才是需要控制和分析、管理的，如果不加控制地任由张力测量传输控制设备不断向服务器控制端发送，那么不加区分地数据会造成分析人员的困惑和误判断。

因此，通过绕线机PLC发送指令对张力测量传输控制设备数据发送状态进行控制的成为必须，具体流程图如图3所示，所述绕线机PLC用于控制所述张力测量传输控制设备数据的发送状态，具体控制步骤包括：绕线程序启动后，所述绕线机PLC根据加工流程进行“是否发送张力数据”的判断；若绕线程序进入绕线阶段后，则向所述张力测量传输控制设备发送“发送数据”指令，否则向所述张力测量传输控制设备发送“数据截止”指令，张力测量传输控制设备在获得“数据截止”指令后即停止发送信息，从而避免了后期数据再区分的问题。

在一个企业或一个车间中会同时或不同时生产不同规格的产品，所以非同一台绕线会运用不同的张力控制指标；有许多同规格产品也会因技术参数要求执行多段张力绕线，因此需要运用不同的张力控制指标。作为服务器控制端需要非常明确地标记出绕线各阶段对张力控制指标的执行情况，于是需要绕线机PLC程序给出张力控制指标段切换指令。在本系统中，绕线机PLC发出张力控制指标段切换指令为脉冲形式，指令发出对象为实时张力测量通讯机。

所述基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理系统对所述张力控制指标的控制方法包括以下步骤：首先在所述服务器控制端设置张力控制指标；然后执行张力控制指标。

针对非全自动张力测量传输控制设备，主要是非全自动张力调节的张力器，所述执行张力控制指标包括以下步骤：

S1、需要张力控制执行部件按照产品质量技术要求，将张力控制值调节到张力控制指标范围内，然后等待绕线机PLC程序的指令执行控制动作；

S2、所述绕线机PLC先向实时张力测量通讯机发送张力控制指标区间段切换指令，然后向张力测量传输控制设备发送张力切换指令；

S3、所述实时张力测量通讯机在获得张力控制指标区间段切换指令后会将指令传输到服务器控制端，然后所述服务器控制端进行张力控制指标区间段切换并对实时张力数据属性进行标记。

对于全自动张力测量传输控制设备，即全自动张力调节的张力器，无需事先调节好张力器的张力运行范围，如图4所示，所述设置张力控制指标包括以下步骤：

S1、所述绕线机PLC向实时张力测量通讯机发送需要执行的张力控制指标；

S2、所述实时张力测量通讯机将接收到的张力控制指标发送到服务器控制端；

S3、所述服务器控制端根据接收到的张力控制指标进行张力控制指标区间段切换并对实时张力数据属性进行标记，所述服务器控制端发送指令给实时张力测量通讯机指挥张力调节部件执行当前张力指标指令，将张力调节至指标位。

如图5所示的张力控制指标区间切换流程，在服务器控制端预置了4段张力控制指标区间n1＝1，n2＝2，n3＝3，n4＝4，需要从第1段切换到第3段张力控制指标区间，此时nx＝n1，然后绕线机PLC发送脉冲指令n＝1，代入公式nx＝nx+1，接着判断计算后的nx是否为n3，若是，则执行切换张力控制指标区间到第3段；若否，则继续发送脉冲指令n＝1。

如图6所示的张力控制指标区间复位流程，在服务器控制端预置了4段张力控制指标区间n1＝1，n2＝2，n3＝3，n4＝4，需要从第3段复位到第1段张力控制指标区间，此时nx＝n3，然后绕线机PLC发送脉冲指令n＝1，代入公式nx＝nx+1，接着判断计算后的nx是否大于n4，若是，则执行复位张力控制指标区间到第1段；若否，则继续发送脉冲指令n＝1。

所述张力测量传输单元对数据自动校正过程包括以下步骤：

1)在有效时段内对原始数据收集储存后建立参考基准，其中，有效时段内即指该时段内收集的数据是有效的；

2)将测量数据与参考基准进行实时作差计算，得到差值，然后根据差值对测量数据进行补偿。

例如，针对具有张力测量和传输功能的伺服张力器、设定型伺服张力器的张力校准方法具体包括以下步骤：

A、获取虚拟基准：伺服张力器、设定型伺服张力器的张力校准方法以电机转速为参考依据，在传感器稳定期内将某一速度点作为参考点，将传感器对应此速度点N次测得的张力值进行平均，并储存此平均值，以此作为虚拟的参考基准(定标点)；

B、进行比较校准：在获取虚拟参考基准以后，传感器转为常规测量获得实时测量值(质控点)，并将上述速度点上获得的测量值不断于虚拟参考基准进行比较，如果两个值发生偏差，或大或小，即由实时测量值减去此偏差，此过程去除了测量中非正常张力因素引起的传感器变化输出信息，从而保证了输出数据的正确性。

上述方法之所以得以实现主要是满足了以下几个条件：加工产品时间节拍固定，周期十分均匀；绕线机转轴速度稳定，相同骨架在各个时间段绕线时所产生的线速度基本相等；伺服张力器张力输出稳定，无需再次调整，处于恒张力工作状态。

所述服务器控制端包括运营管理模块、运行监测和控制模块、数据分析模块；其中，运营管理模块包括配置车间、设备、张力控制指标和添加产品信息；运行监测和控制模块包括监测张力测量传输控制设备的张力运行情况和在线状态、监测订单完成进度、管理张力告警事件；数据分析模块包括张力控制指标分析和张力值合格率分析。

所述运营管理模块的流程图如图7所示，配置企业信息并设置权限，配置车间，添加实时张力测量通讯机，添加张力控制指标，然后配置通讯机I/O端口数量，即张力测量传输控制设备的数量，接着分配实时张力测量通讯机的张力控制指标，最后添加加工产品信息，完成配置。

所述运行监测和控制模块具体包括：

数据监测：a)全局数据监测包括监测全企业张力控制指标执行合格率情况，输出运行告警发生频率统计图，重点传感器运行实时状态监测；

b)按车间和实时张力测量通讯机来实时监测张力运行情况，输出实时张力运行曲线图和实时张力运行数据列表，所述张力运行数据列表包括单个张力传感器实时数据曲线和表单，还有传感器历史数据和表单。

数据控制：选择某一车间的某一实时张力测量通讯机，设定控制值，然后显示实时张力数据曲线和数据列表。

设备运行状态监测：显示各实时张力测量通讯机和张力传感器在线和离线状态。

工单运行监测：a)输入工单号/工单起始时间/截止时间，然后派发工单给指定加工产品，最后分配加工产品到车间和实时张力测量通讯机；

b)查看工单运行状态包括工单运行进度和工单运行张力控制指标的执行情况；

c)历史工单查询包括历史工单进度完成情况和历史工单张力控制指标执行情况追溯。

告警数据监测：显示全局告警数据包括显示告警原因和告警处理。

所述数据分析模块包括：

指标分析：张力控制指标全局配置情况总览、张力控制指标实时执行情况、张力控制指标分析、条件选择/张力指标分布及超限列表；

数据分析：按分类条件进行张力合格率分析(具体到每个传感器端)、生成数据报表，数据报表的种类包括按车间生成的报表、按实时张力测量通讯机生成的报表、按张力传感器生成的报表。

本实施例中的系统是基于物联网技术的制造、管理、分析系统，实现了人机交互功能、在线设备即插即用，通过开放设备及数据端口还可以切入客户现有的管理系统。其中，人机交互功能：是指通过网络进行信息交互，控制人员可以通过服务器控制端设置张力控制参数，直接控制张力器。

在线设备即插即用：是指本系统中的张力测量传输控制设备，在接入系统后，系统会自动分配地址位，无需人工干预。

通过开放设备及数据端口还可以切入客户现有的管理系统：是指本系统功能是目前客户常规MES系统没有的，将设备端口和数据端口向客户开放，客户就可以直接从本系统中取数据。

本实施例系统的资源配置流程如图8所示，建立企业、配置生产部门(车间)、配置绕线设备、配置I/O数量和属性(张力测量传输控制设备)、配置张力测量传输控制设备的张力控制指标。

通过以上资源配置，本实施例系统的信息流程如图9所示，整个系统的信息从张力测量传输控制设备，也就是各张力传感器端流出，并同时汇总到各自对应的实时张力测量通讯机，再由各实时张力测量通讯机经交换机传输到服务器控制端。其间，绕线机PLC根据产品和收集数据的需要对张力测量传输控制设备的数据发送状态进行控制，以及通过发指令给实时张力测量通讯机进行张力控制指标区间选设操作。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，包括张力测量传输控制设备、实时张力测量通讯机和服务器控制端；

所述实时张力测量通讯机用于同时接收多台张力测量传输控制设备上传的数据，并将所接收到的数据指令信息发送到服务器控制端或将接收到服务器控制端控制指令转发给张力测量传输控制设备执行；

所述实时张力测量通讯机还连接有绕线机PLC或绕线机的其他相同功能控制器；

所述服务器控制端包括运营管理模块、运行监测和控制模块、数据分析模块；其中，运营管理模块包括配置车间、设备、张力控制指标和添加产品信息；运行监测和控制模块包括监测张力测量传输控制设备的张力运行情况和在线状态、监测订单完成进度、管理张力告警事件；数据分析模块包括张力控制指标分析和张力值合格率分析；所述张力测量传输控制设备与所述实时张力测量通讯机通过485方式连接或其他通讯协议方式连接，所述实时张力测量通讯机与服务器控制端通过以太网方式连接。

2.根据权利要求1所述的基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，其特征在于，所述张力测量传输控制设备包括具有张力测量传输功能的张力控制器、具有张力设定调节功能的张力控制器、无张力测量传输功能的张力控制器和具有张力测量传输功能的张力测量仪组合中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，其特征在于，所述张力控制器包括张力调节单元、张力控制单元和张力测量传输单元。

4.根据权利要求3所述的基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，其特征在于，所述张力调节单元与所述张力测量传输单元电性连接，所述张力控制单元与所述张力测量传输单元电性连接。

5.根据权利要求2所述的基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，其特征在于，具有数据测量传输功能的张力测量仪包括测量轮组、机械结构、张力传感器和张力测量传输电路。

6.一种如权利要求1所述的基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统对张力控制指标的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：首先在所述服务器控制端设置张力控制指标；然后执行张力控制指标。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述执行张力控制指标包括以下步骤：

S1、将张力控制值调节到张力控制指标范围内后等待绕线机PLC程序的指令执行控制动作；

S2、所述绕线机PLC先向实时张力测量通讯机发送张力控制指标区间段切换指令，然后向张力测量传输控制设备发送张力切换指令；

S3、所述实时张力测量通讯机在获得张力控制指标区间段切换指令后会将指令传输到服务器控制端，然后所述服务器控制端进行张力控制指标区间段切换并对实时张力数据属性进行标记。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述执行张力控制指标包括以下步骤：

S1、所述绕线机PLC向实时张力测量通讯机发送需要执行的张力控制指标；

S2、所述实时张力测量通讯机将接收到的张力控制指标发送到服务器控制端；

S3、所述服务器控制端根据接收到的张力控制指标进行张力控制指标区间段切换并对实时张力数据属性进行标记，所述服务器控制端发送指令给实时张力测量通讯机指挥张力调节部件执行当前张力指标指令，将张力调节至指标位。

9.根据权利要求3所述的基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，其特征在于，所述张力测量传输单元对数据自动校正过程包括以下步骤：

1)在有效时段内对原始数据收集储存后建立参考基准；

2)将测量数据与参考基准进行实时作差计算，得到差值，然后根据差值对测量数据进行补偿。

10.根据权利要求1所述的基于实时张力测量通讯机的张力测量监控管理分析系统，其特征在于，所述绕线机PLC用于控制所述张力测量传输控制设备数据的发送状态，具体控制步骤包括：绕线程序启动后，所述绕线机PLC根据加工流程进行“是否发送张力数据”的判断；若绕线程序进入绕线阶段后，则向所述张力测量传输控制设备发送“发送数据”指令，否则向所述张力测量传输控制设备发送“数据截止”指令。