CN112213999B - 一种集散监控系统及监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纺织技术领域，具体涉及一种集散监控系统及监控方法，针对叠层织物成型过程设计包含位移传感器、压力传感器的在线采集单元，通过其实时采样实现监测织物成型过程中织物高度、所受压力的变化，借助总线通讯方式将所有传感器的弱电检测信号及时传递至可编程控制器；可编程控制器对接收的信号进行集中处理，结合施加压力触发信号、设定的工艺参数，判断织物成型是否出现异常，并将处理后的监测、异常状态等数据传输上位机；上位机将数据存储至织物数据库中，并实现集中在线监视、追溯织物生产状态，便于用户通过人机交互设备知悉叠层织物成型信息。该系统结构简单、提升了织物质量、保证产品稳定性与织物数据信息完整性。
Description
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，具体涉及一种集散监控系统及监控方法。
背景技术
叠层织物是指将布或纤维层在外力的作用下加密压实，并由Z向纤维建立连接的立体织物。该类织物具有良好的整体结构和较高的纤维体积含量，解决了航天航空等领域用立体织物大尺寸、高厚度成型难题，逐渐应用于航天航空、化工、汽车、医疗以及其他高新技术领域。
在叠层织物成型过程中，施加压力是织物成型的重要工序，且是影响织物对比高度的重要因素。目前叠层织物成型过程中缺乏有效手段对织物所受压力、对比高度进行有效集中监控，从而影响产品织造质量的监测，使织物质量问题难以及时预警，且影响过程数据的进一步挖掘。
专利CN103383555A《一种多功能液压砌块机集散控制系统》公开了一种适用于液压砌块机现场控制、整条生产线运行状况的集中监控，论文《基于组态软件的液压支架压力远程监测系统》公开了一种应用于井下液压支架压力采集并基于组态王软件实现压力远程监测，论文《基于Modbus协议的药液温度集散控制系统研究》公开了一种应用于中药药液降温过程的集散控制。虽然这些文献均采用集散控制DCS结构，但在传感器设计、数据库创建等方面未开展研究，同时第一篇侧重于现场控制与生产线运行状况监控，第二篇侧重于取消人工现场观测、保证安全，第三篇侧重于药液罐温度的实时控制，与提升叠层织物质量、保证产品稳定性与织物数据信息完整性的出发点不同，使这些系统的运行方法不能适用于叠层织物成型过程的集散监控。
综上所述，集散监控系统在叠层织物成型上尚无研究与应用，因此，本发明提出了一种集散监控系统及监控方法可实现叠层织物成型过程中工艺参数的自动监测、提升织物质量、保证产品稳定性与织物数据信息完整性，进而为实现该类织物产业信息化、智能化奠定基础。
发明内容
本发明要解决的技术问题是对叠层织物成型过程所受压力、对比高度、压力保持时间进行有效集中监控，提升织物质量、保证产品稳定性与织物数据信息完整性。
本发明的一种集散监控系统，用于对叠层织物成型过程的集散监控，包括在线采集单元、可编程控制器、上位机和人机交互设备；
在线采集单元，与叠层织物成型设备相连接，是用于检测织物高度和所受压力；在线采集单元包括压力传感器、位移传感器和压力智能显示仪表；
可编程控制器，与在线采集单元和叠层织物成型设备连接，用于接受并处理在线采集单元输出的弱电信号、叠层织物成型设备输出的施加压力触发信号，分析在线采集单元输出的弱电信号，对异常数据具有报警输出功能；
上位机，包括组态软件，与可编程控制器连接，用于对叠层织物成型过程的集中监控、状态显示、SQL数据库创建、数据存储与管理；
人机交互设备，与上位机相连接，用于用户对叠层织物成型信息进行准确追溯、实时查看、操作和管理。
进一步的，根据权限等级的不同将用户分为普通操作人员，生产管理人员，工艺人员和系统管理员；
普通操作人员可查看生产状态，生产管理人员除了具有普通操作人员的权限外，还具有输入新的产品记录信息权限，工艺人员除了具有生产管理人员的权限外，还具有获取数据库数据的权限，系统管理员除了具有以上所有权限外，还具有人员管理的权限。
进一步的，所述在线采集单元的压力传感器为轴型结构压力传感器或轴承座式压力传感器，与压力智能显示仪表连接。
进一步的，所述在线采集单元的位移传感器为精密级多圈绝对值编码器，编码器与叠层织物成型设备移动平台之间通过拉绳连接，拉绳一端缚在叠层织物成型设备移动平台上，编码器轴上设置有第一过渡轮，拉绳末端与编码器之间还设置有第二过渡轮，拉绳末端绕过第一过渡轮和第二过渡轮与重锤连接，位于第一过渡轮和移动平台之间的拉绳方向与移动平台位移方向相同。重锤保持拉绳张力，实现平台运动时过渡轮带动编码器轴旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的弱电检测信号，进一步提高测量精度。
一种集散监控系统用于对叠层织物成型过程的监控方法，具体包括如下步骤；
步骤1，在织物生产前，上位机组态软件运行系统开始运行，在系统正常状态下用户通过人机交互设备在线设置织物生产与设计信息，所述的生产与设计信息包括产品代号、尺寸、生产机位、成型压力F'、织物高度H'、对比高度△H'、压力和高度的允许偏差范围δF'和δH'、施加压力的持续时间T'，添加记录至“产品目录表”，同时，系统自动创建属于该产品的“生产数据记录表”，确保每一个织物拥有唯一的生产数据记录表，用于实时查看、追溯织物生产过程状态；
步骤2，在线采集单元实时采集叠层织物高度和所受压力，并将高度和压力的弱电检测信号通过RS485总线通讯传输至可编程控制器，可编程控制器处理与控制的具体过程为：
步骤2.1，在织物成型前，不添加原材料进行一次施加压力过程，可编程控制器采集施加压力触发信号并从零开始计时，当计时时间T达到设定的压力持续时间T'时，记录当前高度H0，且H0为初始成型基准高度；所述的原材料是指布或纤维层等材料。
步骤2.2，添加原材料到载物平台，施压，可编程控制器采集施加压力触发信号，开始压力保持计时T，织物开始成型。成型初期，织物所受压力、高度处于波动状态，当成型中后期，趋于稳定，即实时压力值每秒波动范围小于0.01kg时，记录当前压力保持计时时间为T1，在T1≤T≤T'时间段内，记录测量压力Fij、高度Hij，i为织物当前层数，j为第i层在T1≤T≤T'时间内记录的次数，当T＝T'时输出本次施加压力完成信号；当T<T'而施加压力触发信号已消失，输出本次施加压力异常结束；
步骤2.3，计算当前层织物的高度Hi、对比高度△Hi、织物所受压力Fi：
其中：j≤n，n≥5，n为当前层数据记录总次数；
步骤2.4，计算实际织物对比高度、所受压力与设定工艺参数的偏差量δH、δF：
δH＝|△Hi-△H'|，δF＝|Fi-F'|；其中ΔH′是指对比高度，F′是指成型压力。
步骤2.5，比较压力、高度实际偏差量δF、δH与其允许偏差量δF'、δH'，若超出范围，可编程控制器自动输出报警信号；
步骤2.6，可编程控制器将所有叠层织物的生产与设计信息通过总线通讯实时传输至上位机组态软件；
步骤2.7，当实际织物高度Hi未达到设定织物高度H'时，织物当前层数i＝i+1，重复步骤2.2～2.6，进行下一层纤维叠层成型；否则，可编程控制器向叠层织物设备及上位机输出织物成型完成信号，准备下样。
步骤3，上位机组态软件根据织物成型过程中施加压力的完成信号，自动向该织物的“生产数据记录表”中插入一条生产信息，所述的生产信息包括当前成型施加压力开始与结束时间、织物所受压力、织物高度、织物对比高度、是否有报警和施加压力次数，同时，实时显示、查询所有运行设备上叠层织物成型状态，提供用户快速追溯生产过程与信息导出功能。
进一步的，一种集散监控系统，所述的可编程控制器中含有可完成步骤2.1～2.6的软件程序。
有益效果
(1)通过在线采集单元、可编程控制器、上位机和人机交互设备的协调、配合运作，实现所有设备生产信息的分布式高精度采集、集中式高效管理与存储，从而提高了批量数据测量精度及数据存储的效率；
(2)实现织物高度、压力和压力保持时间的自动判定与实时预警，进一步提高织物质量的可控性、稳定性；
(3)保证了织物数据信息的完整性及织物信息的在线、离线的可追溯性，且提高了信息追溯效率；
(4)为工艺数据的进一步挖掘提供了一种新的方式，为优化成型工艺提升织物的综合性能奠定基础。
附图说明
图1为本发明的集散监控系统结构图。
图2为一种设置有压力传感器和位移传感器的叠层织物成型设备图。
其中，1-横梁；2-叠层织物；3-轴；4-第一轴承座；5-机架；6-驱动机构；7-第一过渡轮；8-精密级多圈绝对值编码器；9-重锤；10-第二过渡轮；11-拉绳；12-底板；13-第二轴承座；14-平台；15-立柱
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例是对本发明的解释而本发明不局限于以下实施例。
如图1所示，一种集散监控系统，用于对叠层织物成型过程的集散监控，包括在线采集单元、可编程控制器、上位机和人机交互设备；
在线采集单元，与叠层织物成型设备相连接，是用于检测织物高度和所受压力；在线采集单元包括压力传感器、位移传感器和压力智能显示仪表；叠层织物成型设备上设置有用于检测织物高度的位移传感器和用于检测织物所受压力的压力传感器；
可编程控制器，与在线采集单元和叠层织物成型设备连接，用于接受并处理在线采集单元输出的弱电信号、叠层织物成型设备输出的施加压力触发信号，分析在线采集单元输出的弱电信号，对异常数据具有报警输出功能；可编程控制器通过485通讯模块与位移传感器以及压力智能显示仪表通讯，通过数字输入模块接收叠层织物成型设备输出的施加压力信号，通过数字输出模块向报警终端发出报警信号。可编程控制器可对在线采集单元输出的弱电信号、叠层织物成型设备输出的施加压力触发信号进行集中处理和分析，实现大批量数据的集中处理、分析、异常警示；
上位机，包括组态软件，与可编程控制器连接，用于对叠层织物成型过程的集中监控、状态显示、SQL数据库创建、数据存储与管理；
人机交互设备，与上位机相连接，用于用户对叠层织物成型信息进行准确追溯、实时查看、操作和管理。所述的人机交互设备是指液晶触控显示屏，用户根据功能需求分配不同的权限等级，普通操作人员仅可查看生产状态，生产管理人员还具有输入新的产品记录信息权限，工艺人员还具有获取数据库数据的权限等，系统管理员除了具有以上权限外，还具有人员管理的权限。
系统采用SQL数据库创建叠层织物数据库，并自动生成“生产数据记录表”、“产品目录表”，便于实时查看、追溯织物生产过程状态。生产数据记录表用于记录织物成型过程中产生的涵盖织物工艺参数、异常状态在内的生产数据，产品目录表用于记录包含产品代号、尺寸、生产机位、工艺设计等在内的产品信息。
所述在线采集单元的压力传感器为轴型结构压力传感器或轴承座式压力传感器，与压力智能显示仪表连接。具体如图2所示，一种设置有压力传感器和位移传感器的叠层织物成型设备，包括机架5、设置在机架上表面的载物平台14、移动平台12、横梁1、用于连接横梁1和移动平台12的立柱、用于驱动移动平台上下移动的驱动机构6、用于测量移动平台位位移的位移传感器、用于连接驱动机构6与移动平台12的轴承3、第一轴承座4和第二轴承座13。其中轴承3采用轴型结构压力传感器，或第一轴承座4和第二轴承座轴承座式压力传感器；驱动机构6向下移动带动移动平台12和横梁1向下移动，横梁1对载物平台14上的叠层织物2施压，轴型结构压力传感器或轴承座轴承座式压力传感器将测到的压力数据显示到压力智能显示仪表上，同时，集散监控系统也采集到压力数据。
位移传感器采用精密级多圈绝对值编码器8，编码器8固定在机架底板的上表面，第一过渡轮7与精密级多圈绝对值编码器8的轴连接，第二过渡轮10固定在机架5上；拉绳11首端缚在设备施压机构底板12的下表面上，拉绳11依次绕过第一过渡轮7、第二过渡轮10，拉绳11的末端与重锤9连接；位于第一过渡轮7与移动平台12之间的拉绳11段与水平面垂直，保证移动距离精确反应施压机构运行高度变化。所述的第一过渡轮7是直径极小的过渡轮；重锤9保持拉绳张力，实现移动平台12运动时过渡轮10带动编码器7轴旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的弱电检测信号至集散监控系统，进一步提高测量精度。
一种集散监控系统用于对叠层织物成型过程的监控方法，具体包括如下步骤；步骤1，在织物生产前，上位机组态软件运行系统开始运行，在系统正常状态下用户通过人机交互设备在线设置织物生产与设计信息，所述的生产与设计信息包括产品代号、尺寸、生产机位、成型压力F'、织物高度H'、对比高度△H'、压力和高度的允许偏差范围δF'和δH'、施加压力的持续时间T'，添加记录至“产品目录表”，同时，系统自动创建属于该产品的“生产数据记录表”，确保每一个织物拥有唯一的生产数据记录表，用于实时查看、追溯织物生产过程状态；
步骤2，在线采集单元实时采集叠层织物高度和所受压力，并将高度和压力的弱电检测信号通过RS485总线通讯传输至可编程控制器，可编程控制器处理与控制的具体过程为：
步骤2.1，在织物成型前，不添加布或纤维层等原材料进行一次施加压力过程，可编程控制器采集施加压力触发信号并从零开始计时，当计时时间T达到设定的压力持续时间T'时，记录当前高度H0，且H0为初始成型基准高度；
步骤2.2，添加布或纤维层等原材料到载物平台，施压，可编程控制器采集施加压力触发信号，开始压力保持计时T，织物开始成型，当实时压力值每秒波动范围小于0.01kg时，记录当前压力保持计时时间为T1，在T1≤T≤T'时间内，记录测量压力Fij、高度Hij，i为织物当前层数，j为第i层在T1≤T≤T'时间内记录的次数，当T＝T'时输出本次施加压力完成信号；当T<T'而施加压力触发信号已消失，输出本次施加压力异常结束信号；
步骤2.3，计算当前层织物的高度Hi、对比高度△Hi、织物所受压力Fi：
其中：j≤n，n≥5，n为当前层数据记录总次数；
步骤2.4，计算实际织物对比高度、所受压力与设定工艺参数的偏差量δH、δF：
δH＝|△Hi-△H'|，δF＝|Fi-F'|；其中ΔH′是指对比高度，F′是指成型压力。
步骤2.5，比较压力、高度实际偏差量δF、δH与其允许偏差量δF'、δH'，若超出范围，可编程控制器自动输出报警信号；
步骤2.6，可编程控制器将所有叠层织物的生产与设计信息通过总线通讯实时传输至上位机组态软件；
步骤2.7，当实际织物高度Hi未达到设定织物高度H'时，织物当前层数i＝i+1，重复步骤2.2～2.6；否则，可编程控制器向叠层织物设备及上位机输出织物成型完成信号，准备下样；
步骤3，上位机组态软件根据织物成型过程中施加压力的完成信号，自动向该织物的“生产数据记录表”中插入一条生产信息，所述的生产信息包括当前成型施加压力开始与结束时间、织物所受压力、织物高度、织物对比高度、是否有报警和施加压力次数，同时，实时显示、查询所有运行设备上叠层织物成型状态，提供用户快速追溯生产过程与信息导出功能。
可编程控制器通过软件编程、程序设计实现步骤2.1～2.6的功能。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种集散监控系统，其特征在于，用于对叠层织物成型过程的集散监控，包括在线采集单元、可编程控制器、上位机和人机交互设备；
在线采集单元，与叠层织物成型设备相连接，是用于检测织物高度和所受压力；在线采集单元包括压力传感器、位移传感器和压力智能显示仪表，压力传感器与压力智能显示仪表连接；所述在线采集单元的压力传感器为轴型结构压力传感器或轴承座式压力传感器；叠层织物成型设备，包括机架、设置在机架上表面的载物平台、移动平台、横梁、用于连接横梁和移动平台的立柱、用于驱动移动平台上下移动的驱动机构、用于测量移动平台位位移的位移传感器、用于连接驱动机构与移动平台的轴承、第一轴承座和第二轴承座；其中轴承采用轴型结构压力传感器，或第一轴承座和第二轴承座轴承座式压力传感器；驱动机构向下移动带动移动平台和横梁向下移动，横梁对载物平台上的叠层织物施压，轴型结构压力传感器或轴承座式压力传感器将测到的压力数据显示到压力智能显示仪表上；
可编程控制器，与在线采集单元和叠层织物成型设备连接，用于接受并处理在线采集单元输出的弱电信号、叠层织物成型设备输出的施加压力触发信号，分析在线采集单元输出的弱电信号，对异常数据具有报警输出功能；
上位机，包括组态软件，与可编程控制器连接，用于对叠层织物成型过程的集中监控、状态显示、SQL数据库创建、数据存储与管理；
人机交互设备，与上位机相连接，用于用户对叠层织物成型信息进行准确追溯、实时查看、操作和管理；
所述在线采集单元的位移传感器为精密级多圈绝对值编码器，编码器与叠层织物成型设备移动平台之间通过拉绳连接，拉绳一端缚在叠层织物成型设备移动平台上，编码器轴上设置有第一过渡轮，拉绳末端与编码器之间还设置有第二过渡轮，拉绳末端绕过第一过渡轮和第二过渡轮与重锤连接，位于第一过渡轮和移动平台之间的拉绳方向与移动平台位移方向相同；
编码器固定在机架底板的上表面，第一过渡轮与精密级多圈绝对值编码器的轴连接，第二过渡轮固定在机架上；拉绳首端缚在设备施压机构底板的下表面上，拉绳依次绕过第一过渡轮、第二过渡轮，拉绳的末端与重锤连接；位于第一过渡轮与移动平台之间的拉绳段与水平面垂直；所述的第一过渡轮是直径极小的过渡轮；重锤保持拉绳张力，实现移动平台运动时过渡轮带动编码器轴旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的弱电检测信号至集散监控系统。
2.根据权利要求1所述的一种集散监控系统，其特征在于，根据权限等级的不同将用户分为普通操作人员，生产管理人员，工艺人员和系统管理员；
普通操作人员可查看生产状态，生产管理人员还具有输入新的产品记录信息权限，工艺人员还具有获取数据库数据的权限，系统管理员除了具有以上所有权限外，还具有人员管理的权限。
3.如权利要求1所述的一种集散监控系统的监控方法，其特征在于，所述的监控方法是集散监控系统用于对叠层织物成型过程的监控方法，具体包括如下步骤；
步骤1，在织物生产前，上位机组态软件运行系统开始运行，用户通过人机交互设备在线设置织物生产与设计信息，所述的生产与设计信息包括产品代号、尺寸、生产机位、成型压力F'、织物高度H'、对比高度ΔH'、压力和高度的允许偏差范围δF'和δH'、施加压力的持续时间T'，添加记录至“产品目录表”，同时，系统自动创建属于该产品的“生产数据记录表”，确保每一个织物拥有唯一的生产数据记录表，用于实时查看、追溯织物生产过程状态；
步骤2，在线采集单元实时采集叠层织物高度和所受压力，并将高度和压力的弱电检测信号通过RS485总线通讯传输至可编程控制器，可编程控制器处理与控制的具体过程为：
步骤2.1，在织物成型前，不添加原材料进行一次施加压力过程，可编程控制器采集施加压力触发信号并从零开始计时，当计时时间T达到设定的压力持续时间T'时，记录当前高度H0，且H0为初始成型基准高度；
步骤2.2，添加原材料到载物平台，施压，可编程控制器采集施加压力触发信号，开始压力保持计时T，织物开始成型，当实时压力值每秒波动范围小于0.01kg时，记录当前压力保持计时时间为T1，在T1≤T≤T'时间内，记录测量压力Fij、高度Hij，i为织物当前层数，j为第i层在T1≤T≤T'时间内记录的次数，当T＝T'时输出本次施加压力完成信号；当T<T'而施加压力触发信号已消失，输出本次施加压力异常结束信号；
步骤2.3，计算当前层织物的高度Hi、对比高度ΔHi、织物所受压力Fi：
其中：j≤n，n≥5，n为当前层数据记录总次数；
步骤2.4，计算实际织物对比高度、所受压力与设定工艺参数的偏差量δH、δF：
δH＝|ΔHi-ΔH'|，δF＝|Fi-F'|；其中ΔH′是指对比高度，F′是指成型压力；
步骤2.5，比较压力、高度实际偏差量δF、δH与其允许偏差量δF'、δH'，若超出范围，可编程控制器自动输出报警信号，预警织物质量问题；
步骤2.6，可编程控制器将所有叠层织物的生产与设计信息通过总线通讯实时传输至上位机组态软件；
步骤2.7，当实际织物高度Hi未达到设定织物高度H'时，织物当前层数i＝i+1，重复步骤2.2～2.6；否则，可编程控制器向叠层织物设备及上位机输出织物成型完成信号，准备下样；
步骤3，上位机组态软件根据织物成型过程中施加压力的完成信号，自动向该织物的“生产数据记录表”中插入一条生产信息，所述的生产信息包括当前成型施加压力开始与结束时间、织物所受压力、织物高度、织物对比高度、是否有报警和施加压力次数，同时，可实时显示、查询所有运行设备上叠层织物成型状态，提供用户快速追溯生产过程与信息导出功能。
4.根据权利要求1所述的一种集散监控系统，其特征在于，所述的可编程控制器中含有可完成权利要求3中步骤2.1～2.6的软件程序。
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