CN110648484A - 一种激光打孔智能评判预警系统及其评判方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种激光打孔智能评判预警系统，包括：具有数据存储功能的智能处理单元；安置在激光器外部光路中的功率检测传感器；至少一个外部状态或数据采集传感器，用于检测激光作用于细棒时所产生的声、光、热等物理变化或者作用于细棒后产生的理、化性能参数变化；打孔机运行和控制功能模块；功率检测传感器、外部状态或数据采集传感器通过数据或控制总线装置通讯连接智能处理单元。本发明提供的系统能够根据客户关注点，自行输入阈值或者参数，即可实现符合自身要求的调节评价条件和评价和预警结构，非常简单实用。
Description
技术领域
本发明涉及一种细棒产品的激光打孔设备运行状态的智能评判预警系统，还涉及该系统的评判方法。
背景技术
在线式细棒打孔设备是一种结构复杂集成度高的激光系统，由于细棒直径小运行速度高，因此要求打孔设备运行速度快，打孔精准，因而自动化控制系统显得尤为关键，其打孔过程的监控、智能化的评判、出现问题时的预警都是设备长期稳定运行所必备的性能。但是经过发明人深入研究发现，目前市场上还没有一种能够智能化实现打孔过程进行评判和预警的系统，由于该系统需要多个参数相互协同工作才能顺利完成智能评判和预警工作，过程中所涉及到的外部数据的采样必须准确且可靠，如果这个采样环节没有解决，智能化的评判和预警即是空想。
同样的，传统的具有中间传动轴的拨烟滚，虽然具有减少停机率、长期运行可靠的效果，但是所留出的空间正好位于聚焦光束的下方，必然容易使得残烟滞留在此空间内，一旦发生这种情况必然会产生烟支燃烧而影响生产的安全。且由于现场空间狭小结构紧凑而无法实现检测和预警系统的安装。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在线式烟支激光打孔智能评判系统，来填补行业内的空白。
本发明解决以上技术问题的技术方案：
一种激光打孔智能评判预警系统的评判方法，其特征在于：
选择S1或者S2进行的各输入参数的监控即纵向自我变化的关系的运算包括：
S1设定所有输入的数据和信息的标准值和允许变化差，如变化差=|（Xi-X标准值）|≤允许变化差，则正常，如变化差=|（Xi-X标准值）|＞允许变化差，即报警：
S2对所有输入的数据和信息的实时数值进行下列统计和运算，并对每个结果设定标准值和允许变化率，超出即报警:
S2.1,短期误差的报警：
将当前采样值Xi与前n次的其他采样值（Xi-n）汇总，
平均值X均=（Xi+∑（Xi-1））/（n+1)；
短期误差：S=Xi-（Xi+∑（Xi-1））/（n+1)，设定标准值和允许变化率，超出即报警；短期误差即当前值与前面N次平均值之间的差值，对差值设定标准值和允许变化率。
S2.2,长期误差的报警：
长期误差：D=Di+1-∑Di/(n)，设定标准值和允许变化率，超出即报警；
其中：∑Di/(n)为：前N次采样值的偏差的平均值
Di= 
，当前采样值的根差，一组数据里所有单个采样值与采样值的平均值之差开方后累加之和除以n,然后开平方根；
Di即本次计算所获得的根差；
D即本次计算所获得的差值--长期误差，设定标准值和允许变化率，超出即报警；
平均根差Di为前N次采用获得根差的平均值。
本发明进一步限定的技术方案为：
进一步的，S1或者S2进行的各输入信息横向交叉的交联关系的运算具体为：
绘制激光器工作电流或者激光器外部功率或者火焰直径与激光器运行时间之间的对应关系的信号模拟变化图；
如单位时间内的波动幅度大于预设波动差值，则报警或停机等待人工处理，反之则运行正常。
进一步的，S1或者S2进行的各输入信息横向交叉的交联关系的运算具体为：
设定打孔机运行速度标准值，智能处理单元按照预设时间周期获取打孔机运行和控制装置的运行和控制参数；
当打孔机运行速度超过设定值后，智能处理单元立即采集功率检测传感器数据、外部状态和数据传感器数据；
根据烟支打孔的运行和控制参数、功率检测传感器数据、外部状态和数据传感器数据分析判断，实现对在线式烟支激光打孔质量的智能化评判；
根据智能化评判的结果，系统做出相应的干预操作。
进一步的，S1或者S2进行的各输入信息横向交叉的交联关系的运算具体为：
设定打孔机运行速度标准值，对打孔机运行速度进行持续采集；
当两次速度采样值差大于预设值时，智能处理单元立即采集功率检测传感器数据；
当两次功率检测传感器数据差大于零时，对所有输入的数据和信息根据设定波动范围或阈值进行自我变化率的计算，超过变化阈值即报警。
进一步的，S1中的输入的数据和信息来自于：烟支打孔的运行和控制参数、功率检测传感器数据、外部状态和数据传感器数据和激光器状态，包括有：烟支通风度检测数据、打孔火焰检测数据、激光外部功率检测数据、激光器工作电流、激光器输出脉冲占空比、烟支运行的速度。
进一步的，激光器状态包括但不限于：激光器电流、温度、占空比、forward、reflect。
一种激光打孔智能评判预警系统，用于采集激光打孔内部/外部的有关状态和信息，并进行纵向自我变化的关系或/和横向交叉的交联关系的分析计算后，对打孔的运行情况进行评判，包括：
具有数据存储功能和打孔机运行和控制功能的智能处理单元；
安置在激光器外部光路中的功率检测传感器；所述的外光路有分光镜，激光器输出光的一部分通过分光镜分离后输送给功率检测传感器；
至少一个外部数据传感器，安装在烟支拨辊和打孔鼓轮两个拨滚之外的区域，用于实时地检测两个拨滚之内侧、烟支表面与光束聚焦镜之间的区域内，激光作用于细棒时所产生的声、光、热的变化以及/或环境状态等物理变化；
功率检测传感器、外部数据传感器、激光器和卷烟机速度定位采集装置以及互联互锁信号分别连接智能处理单元。
本发明进一步限定的技术方案为：
进一步的，所述智能处理单元为单片机或PLC，所述智能处理单元将数据存储在本地或者通过网络传输给远端服务器；
外部数据传感器主要用于采集：烟支通风度数据、打孔火焰检测数据、烟支吸阻数据、烟支硬度数据、烟支周长数据、烟支周围环境状态；所述激光器内置有运行数据采集输出功能；
外部状态反馈回路，所述外部状态反馈回路用于检测激光作用于细棒时所产生的声、光、热等物理变化或者作用于细棒后产生的理、化性能参数变化。
进一步的，外部数据传感器安装在烟支拨辊和打孔鼓轮两个拨滚之外的区域，用于实时地检测两个拨滚之间的区域内，聚焦光束下方与烟支表面之间垂直空间内的区域，激光作用于细棒时所产生的声、光、热的变化、以及/或环境状态等物理变化。
进一步的，激光聚焦装置设定在光束出口与拨滚传动动力输出口之间的区域内，打孔鼓轮上部90度、以及右侧45度-90度之间的位置。
进一步的，还包括一个内部状态反馈回路，用于实现激光器状态的反馈或者打孔运行和控制状态的反馈。本发明提供的系统能够根据客户关注点，自行输入阈值或者参数，即可实现符合自身要求的调节评价条件和评价结构，非常简单实用。
附图说明
图1是本系统的流程示意图。
图2是信号传输过程示意图。
图3为激光器外部功率和激光器运行时间信号模拟图。
图4为激光器电流和激光器运行时间信号模拟图。
图5为激光器火焰直径和激光器运行时间信号模拟图。
图6为使用状态示意图。
图7为使用状态示意图。
图8 为一种分离式智能处理合成单元的实施案例图。
具体实施方式
实施例1
一种激光打孔智能评判预警系统，用于采集激光打孔装置内部/外部的有关状态和信息，并进行纵向自我变化的关系或/和横向交叉的交联关系的分析计算后，对打孔装置的运行情况进行评判,包括：
具有数据存储功能和打孔机运行和控制功能的智能处理单元，智能处理单元为单片机或PLC，所述智能处理单元将数据存储在本地或者通过网络传输给远端服务器；也可以采用具有数据存储功能的智能处理单元和打孔机运行和控制装置两个设备来协同工作。
安置在激光器外部光路中的功率检测传感器；外光路有分光镜，激光器输出光的一部分通过分光镜分离后输送给功率检测传感器；
至少一个外部数据传感器，安装在分离式拨辊和打孔鼓轮两个拨滚之间的区域，用于实时地检测激光作用于细棒时所产生的声、光、热、环境状态等物理变化；优选的，外部状态和数据采集传感器安装在聚焦光束下方与烟支表面之间垂直空间内的区域。外部状态和数据采集传感器主要用于采集：烟支通风度数据、打孔火焰检测数据、烟支吸阻数据、烟支硬度数据、烟支周长数据；所述激光器内置有运行数据采集输出功能；激光聚焦装置设定在光束出口与拨滚传动动力输出口之间的区域内，打孔鼓轮右侧45度-90度之间的位置。
一个内部状态反馈回路，用于实现激光器状态的反馈或者打孔运行和控制状态的反馈；
一个外部状态反馈回路，所述外部状态反馈回路用于检测激光作用于细棒时所产生的声、光、热等物理变化或者作用于细棒后产生的理、化性能参数变化。
功率检测传感器、外部状态和数据采集传感器、打孔机运行和控制装置分别连接智能处理单元。
实施例2
一种在线式烟支激光打孔智能评判系统的评判方法，基本是有两种进行的各输入参数的监控即纵向自我变化的关系的运算包括：
第一种简单来讲就是定值比对，设定所有输入的数据和信息的标准值和允许变化差，如变化差=|（Xi-X标准值）|≤允许变化差，则正常，如变化差=|（Xi-X标准值）|＞允许变化差，即报警：
第二种简单来讲就是动态标准值比对，对所有输入的数据和信息的实时数值进行下列统计和运算，并对每个结果设定标准值和允许变化率，超出即报警:
S2.1,短期误差的报警：
将当前采样值Xi与前n次的其他采样值（Xn）汇总，
平均值X均=（Xi+∑（Xi-n））/（n+1)；
短期误差：S=Xi-（Xi+∑（Xi-n））/（n+1)，设定标准值和允许变化率，超出即报警；
S2.2,长期误差的报警：
长期误差：D=Di+1-∑Di/(n)；设定标准值和允许变化率，超出即报警；
其中：根差Di=
，
Di即本次计算所获得的根差；
平均根差Di为前N次采样获得根差的平均值。
下面举几个具体的实际案例：
功率检测数据
| 采样序号 | 功率模拟量 | 采样序号 | 功率模拟量 |
| 1 | 2968 | 11 | 2951 |
| 2 | 2879 | 12 | 2944 |
| 3 | 2872 | 13 | 2936 |
| 4 | 2865 | 14 | 2921 |
| 5 | 2878 | 15 | 2915 |
| 6 | 2897 | 16 | 2898 |
| 7 | 2910 | 17 | 2872 |
| 8 | 2931 | 18 | 2853 |
| 9 | 2945 | 19 | 2847 |
| 10 | 2966 | 20 | 2712 |
平均值：X均1 = （X19+∑（Xi-n））/19=2908，X均2 = （X20+∑（Xi-n））/20=2898，
短期误差：S1=X19-（X19+∑（Xi-n））/19=-61，S2=X20-（X20+∑（Xi-n））/20=-186
如允许标准范围为：±100，则前19次数据在允差范围内，第20次数据则超限，短期误差报警；
再以上述数据计算一下长期误差,以上述20个数据为一组则
Di=
推出D1=57.4，
后续再以20个数据为一组依次得出D2、D3 ...Dn，
D =Di+1-∑Di/(n)=Di+1-（D1+D2+...+Dn）/n
长期误差也设定一个范围，超出则报警。
实施例3
一种在线式烟支激光打孔智能评判系统的评判方法，运算具体为：
绘制激光器工作电流或者激光器外部功率或者火焰直径与激光器运行时间之间的对应关系的信号模拟变化图如图3-图5所示；
如单位时间内的波动幅度大于预设波动差值，则报警或停机等待人工处理，反之则运行正常。
实施例4
一种在线式烟支激光打孔智能评判系统的评判方法，按照如下步骤进行：
S1:设定打孔机运行速度标准值a，智能处理单元按照预设时间周期获取打孔机运行和控制装置的运行和控制参数；
S2:当|an-a|/a≥10%，an为打孔机实时运行速度，智能处理单元立即采集功率检测传感器数据、外部状态和数据传感器数据；
S3:根据烟支打孔的运行和控制参数、功率检测传感器数据、外部状态和数据传感器数据分析判断，实现对在线式烟支激光打孔质量的智能化评判；
S4:根据智能化评判的结果，系统做出相应的干预操作确保|an-a|/a≤5%。
输入的数据和信息来自于：烟支打孔的运行和控制参数、功率检测传感器数据、外部状态和数据传感器数据和激光器状态，包括有：烟支通风度检测数据、打孔火焰（直径、高度、面积等）检测数据、激光外部功率检测数据、激光器工作电流、激光器输出脉冲占空比、烟支运行的速度。
激光器状态包括但不限于：激光器电流、温度、占空比、forward、reflect。
实施例5
一种在线式烟支激光打孔智能评判系统的评判方法，按照如下步骤进行：
S1: 对应外部功率数据=24W的激光功率，换算得到激光器电流应为13A，智能处理单元按照预设时间周期获取激光器实际电流；
S2:当激光器实际电流达16A，则超过15%的阈值，则立即降低激光器实际电流确保激光功率达标。
采取本技术方案后，分离式拨滚改变了空间狭小的状态，特定的检测区域，即只在烟支上方与聚焦镜之间的区域内出现残烟，本系统才可以报警，杜绝烟支燃烧的情况发生也减少了误检，降低停机率。同样，一旦上述区域内打孔所产生的火焰、以及其他物理参数发生偏离，本系统也立即报警。
从多个方面保证了打孔的正常，使得打孔这个过程实现真正的安全、智能，从而取得了意想不到的效果。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种激光打孔智能评判预警系统的评判方法，其特征在于：
选择S1或者S2进行的各输入参数的监控即纵向自我变化的关系的运算包括：
S1设定所有输入的数据和信息的标准值和允许变化差，如变化差＝|(Xi-X标准值)|≤允许变化差，则正常，如变化差＝|(Xi-X标准值)|＞允许变化差，即报警：
S2对所有输入的数据和信息的实时数值进行下列统计和运算，并对每个结果设定标准值和允许变化率，超出即报警:
S2.1,短期误差的报警：
将当前采样值Xi与前n次的其他采样值(Xi-n)汇总，
平均值X均＝(Xi+∑(Xi-n))/(n+1)；
短期误差：S＝Xi-X均＝Xi-(Xi+∑(Xi-n))/(n+1)，设定标准值和允许变化率，超出即报警；
S2.2,长期误差的报警：
长期误差：D＝Di-∑Di/(n)，设定标准值和允许变化率，超出即报警；
其中：∑Di/(n)为前N次采样值的偏差的平均值,
D即本次计算所获得的差值--长期误差。
2.根据权利要求1所述的激光打孔智能评判预警系统的评判方法，其特征在于：
S1或者S2进行的各输入信息横向交叉的交联关系的运算具体为：
绘制激光器工作电流或者激光器外部功率或者火焰直径与激光器运行时间之间的对应关系的信号模拟变化图；
如单位时间内的波动幅度大于预设波动差值，则报警或停机等待人工处理，反之则运行正常。
3.根据权利要求1所述的激光打孔智能评判预警系统的评判方法，其特征在于：S1或者S2进行的各输入信息横向交叉的交联关系的运算具体为：
设定打孔机运行速度标准值，智能处理单元按照预设时间周期获取打孔机运行和控制的运行和控制参数；
当打孔机运行速度超过设定值后，智能处理单元立即采集功率检测传感器数据、外部状态和数据传感器数据；
根据烟支打孔的运行和控制参数、功率检测传感器数据、外部数据传感器数据分析判断，实现对在线式烟支激光打孔质量的智能化评判；
根据智能化评判的结果，系统做出相应的干预操作。
4.根据权利要求3所述的激光打孔智能评判预警系统的评判方法，其特征在于：S1或者S2进行的各输入信息横向交叉的交联关系的运算具体为：
设定打孔机运行速度标准值，对打孔机运行速度进行持续采集；
当两次速度采样值差大于预设值时，智能处理单元立即采集功率检测传感器数据；
当两次功率检测传感器数据差大于零时，对所有输入的数据和信息根据设定波动范围或阈值进行自我变化率的计算，超过变化阈值即报警。
5.根据权利要求1所述的激光打孔智能评判预警系统的评判方法，其特征在于：S1中的输入的数据或信息来自于：烟支打孔的运行和控制参数、功率检测传感器数据、外部数据传感器数据或激光器状态，包括有：烟支通风度检测数据、打孔火焰检测数据、激光外部功率检测数据、激光器工作电流、激光器输出脉冲占空比、烟支运行的速度等。
6.根据权利要求1所述的激光打孔智能评判预警系统的评判方法，其特征在于：激光器状态包括但不限于：激光器电流、温度、占空比、forward状态、reflect状态。
7.一种激光打孔智能评判预警系统，其特征在于：用于采集激光打孔内部/外部的有关状态和信息，并进行纵向自我变化的关系或/和横向交叉的交联关系的分析计算后，对打孔的运行情况进行评判，包括：
具有数据存储功能和打孔机运行和控制功能的智能处理单元；
安置在激光器外部光路中的功率检测传感器；所述的外光路有分光镜，激光器输出光的一部分通过分光镜分离后输送给功率检测传感器；
至少一个外部数据传感器，安装在烟支拨辊和打孔鼓轮两个拨滚之外的区域，用于实时地检测两个拨滚之内侧、烟支表面与光束聚焦镜之间的区域内，激光作用于细棒时所产生的声、光、热的变化以及/或环境状态等物理变化；
功率检测传感器、外部数据传感器、激光器和卷烟机速度定位采集装置以及互联互锁信号分别连接智能处理单元。
8.根据权利要求7所述的在线式激光打孔智能评判预警系统，其特征在于：所述智能处理单元为单片机或PLC，所述智能处理单元将数据存储在本地或者通过网络传输给远端服务器；
外部数据传感器主要用于采集：烟支通风度数据、打孔火焰检测数据、烟支吸阻数据、烟支硬度数据、烟支周长数据、烟支周围环境状态；所述激光器内置有运行数据采集输出功能；
外部状态反馈回路，所述外部状态反馈回路用于检测激光作用于细棒时所产生的声、光、热等物理变化或者作用于细棒后产生的理、化性能参数变化。
9.根据权利要求7或8所述的在线式激光打孔智能评判预警系统，其特征在于：外部数据传感器安装在烟支拨辊和打孔鼓轮两个拨滚之外的区域，用于实时地检测两个拨滚之间的区域内，聚焦光束下方与烟支表面之间垂直空间内的区域，激光作用于细棒时所产生的声、光、热的变化、以及/或环境状态等物理变化。
10.根据权利要求7所述的在线式激光打孔智能评判系统，其特征在于：
激光聚焦装置设定在光束出口与拨滚传动动力输出口之间的区域内，打孔鼓轮上部90度、以及右侧45度-90度之间的位置。
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