CN112817293B - 一种自动化传感器异常的智能检测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动化传感器异常的智能检测系统和方法，在自动化物流控制流程中，对控制流程信息跟踪的应用场景，利用控制器程序扫描特性，将传感器检测信号与控制器程序逻辑相结合，在控制器内编写专用程序模块算法，根据不同长度，不同加速度的输送设备等动态特性，动态计数，自学习检测控制，自适应动态故障触发，以达到预防跟踪出错，精准完成报警诊断、准确地识别故障类型，从而节省故障处理时间，提高故障处理的响应速度。

Description

一种自动化传感器异常的智能检测系统和方法
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，特别是一种自动化传感器异常的智能检测系统和方法。
背景技术
随着当今社会科学技术的不断发展，我国的自动化发展程度也越来越高，对设备故障产生的及时性和准确性需求越来越高，近年为解决此问题涌现出不少对设备故障检测的方法和专用检测设备，设备异常检测和诊断也成为自动化物流系统重要的组成部分，在自动化物流设备的控制中，传感器是控制器程序逻辑执行的“眼睛”，有着至关重要的作用。传感器一旦误触发或失效，必将影响相关控制程序的逻辑目的，如何对传感器的异常进行快速、及时的进行诊断变得至关重要。
现有的自动化物流行业中，对设备异常状态进行快速检测和诊断主要有两种方案，第一种方案是利用专用的检测装置，安装在设备端，对其主要传感器和控制器进行检测，这种方案，可以快速、准确的判断出单一器件故障，但成本较高，同时无法与控制流程向结合；第二种方案是根据自动化物流行业中各设备流程属性，提供专用的诊断方法，目前行业内主要针对单一设备或者单机设备进行诊断，而针对控制流程中信息跟踪，判断传感器异常诊断较少。
发明内容
针对现有诊断检测方法存在的不足，本发明要解决的技术问题是在自动化物流控制流程中，对控制流程信息跟踪的应用场景，利用控制器程序扫描特性，将传感器检测信号与控制器程序逻辑相结合，在控制器内编写专用程序模块算法，根据不同长度，不同加速度的输送设备等动态特性，动态计数，自学习检测控制，自适应动态故障触发，以达到预防跟踪出错，精准完成报警诊断、准确地识别故障类型，从而节省故障处理时间，提高故障处理的响应速度。
本发明提供了一种自动化传感器异常的智能检测系统，包括：
送料输送设备，与控制器连接，用于接收来自控制器的信号启、停对物料的送料；
接料输送设备，与控制器连接，用于接收来自控制器的信号启、停对物料的接料；
传感器，安装于送料输送设备和接料输送设备，用于获取当前设备的运行状态并反馈设备的物流输送方向、设备与设备相互连接信息、运行状态信号、信息占用、故障信号；
控制器，连接至各传感器和闪烁报警模块，用于基于各传感器反馈的状态信息进行异常检测，诊断设备运行与传感器状态，并基于诊断结果发出命令切断设备送物料或接物料条件，并发送警报指令至闪烁报警模块；
闪烁报警模块，用于接收控制器发送的警报指令启动报警功能，能执行停机报警、超时报警、传感器闪烁报警或传感器占用报警。
进一步的，控制器还用于根据各输送设备的长度信息、加速度信息、进行动态计数，自学习检测控制，自适应动态故障触发，对各设备能预防跟踪出错，精准完成报警诊断、准确地识别故障类型。
本发明的另一方面，还提供了一种自动化传感器异常的智能检测方法，包括以下步骤：
S1、按设备号定义传感器数据映射数据表、诊断数据表、状态数据表；
S2、将相关传感器I/O调整为暗通信号，按功能和顺序号映射到数据映射数据表中；
S3、将设备的运行反馈信号、信息占用、故障信号、手自动状态信号整合进状态数据表，并实时更新；
S4、建立、分配IEC_TIMER数据类型定时器：根据项目的设备明细表在控制器中按设备号为每台设备建立、分配IEC_TIMER供设备超时报警使用；
S5、建立、分配传感器诊断数据：按设备的传感器顺序号为每个传感器建立、分配传感器诊断数据，供占用报警、闪烁报警使用；
S6、创建物料输送错误机制：将传感器占用作为物料输送接物料准备好必要条件之一，逻辑执行顺序在信息传递之后执行；
S7、利用程序模块算法诊断设备运行与传感器状态：利用程序模块诊断算法，与建立的和分配的传感器诊断数据和IEC_TIMER数据类型定时器配合，为设备和与设备关联的传感器进行诊断，并将诊断结果汇总至单台设备故障中。
本发明的有益效果：
1.采用先进的算法诊断设备传感器故障、异常故障，对自动化物流信息跟踪运用场景设备特点进行分析，提出设备输送超时报警，传感器占用报警，传感器异常报警，将设备中传感器运用的特性数据储存在数据表中，利用控制器对应算法，产生相应诊断数据和信息，控制设备停机报警，
2.自学习，自适应更改故障触发时间，自动化物流系统中，每台设备的控制逻辑及相关触发报警诊断的时长各不相同，利用控制器程序模块，根据每台设备长度及运行速度、加速度等特性动态计算、自动分配，精准完成报警诊断，所谓动态计算是指当设备长度、速度及传感器设置位置变化时，控制器根据这些运行特性按照设定算法进行计算，之后将计算结果作为报警诊断的参数，实时计算报警条件是否成立。其中自学习是指控制器通过一段时间的运行后，对传感器采集数据次数与设备运行时间的分析，动态计算是分析的核心，通过分析后得出指导报警的依据，而自适应是指在自学习结果的基础上将这些报警依据应用到实际中，再根据运用效果不断调整报警参数；
自学习、自适应的逻辑步骤：
S1、传感器数据次数与设备运行时间采集至控制器存储区；
S2、分析同一传感器在设备开始运行时，传感器信号从无到有的持续时间；
S3、将这些持续时间通过公式进行分析得出报警依据；
S4、将报警依据应用到实际中，调整参数得出最佳参数。
3.编写专用程序模块算法，防止物料输送错误功能，利用控制器程序扫描特性，将传感器占用与物料输送接物料准备好关联，在收到送接物料任务之前如有相关传感器触发可使设备停止运行，配合报警诊断程序，产生报警信息。
4.本发明提供自动化传感器异常的智能检测方法，无需采用额外专用的检测装置，程序结构简单，效率高，稳定可靠且扩展性好。其关键点在于使用控制器柔性算法与控制程序相结合，可以实现对设备结长度差异较大，不同加速度的输送设备进行精准的故障诊断。
5.使用设备输送超时报警，传感器占用报警，传感器异常报警等报警功能可快速检测出传感器异常，输送物料卡顿，输送物料信息出错等故障，保证系统安全有效运行。
附图说明
图1为自动化物流物料运行示意图
图2为传感器闪烁报警诊断算法流程图
图3为传感器占用报警诊断算法流程图
其中：1为系统设备、2为物流方向、3为传感器、4为物料。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1：
一种自动化传感器异常的智能检测系统，包括：
送料输送设备，与控制器连接，用于接收来自控制器的信号启、停对物料的送料；
接料输送设备，与控制器连接，用于接收来自控制器的信号启、停对物料的接料；
传感器，安装于送料输送设备和接料输送设备，用于获取当前设备的运行状态并反馈设备的物流输送方向、设备与设备相互连接信息、运行状态信号、信息占用、故障信号；
控制器，连接至各传感器和闪烁报警模块，用于基于各传感器反馈的状态信息进行异常检测，诊断设备运行与传感器状态，并基于诊断结果发出命令切断设备送物料或接物料条件，并发送警报指令至闪烁报警模块；
闪烁报警模块，用于接收控制器发送的警报指令启动报警功能，能执行停机报警、超时报警、传感器闪烁报警或传感器占用报警。
控制器还用于根据各输送设备的长度信息、加速度信息、进行动态计数，自学习检测控制，自适应动态故障触发，对各设备能预防跟踪出错，精准完成报警诊断、准确地识别故障类型。
具体运作过程如下：
自动化物流系统中输送设备主要有物流设备、传感器、物料及对应的物流输送方向，设备与设备之间相互连接，如图1所示，在自动化物流系统运行时，A设备输送设备上有物料，且有上位计算机下达的物料信息，设备所属物料信息存储区与设备上物料对应，正常运行时，A设备满足送物料条件、B设备满足接物料条件时，A和B设备同时沿物流输送方向运行，当物料到达设备B，传感器检测到物料信号，A设备的传感器信号消失，则将A设备所属物料信息存储区转移到B设备物料信息存储区内。
当A的送物料运行时间或B的接物料运行时间在允许运行时间内无法完成接、送物料任务，输送设备立即产生超时报警数据，汇总至单台设备故障，切断A和B设备接、送物料条件，产生报警信息，控制器发出命令使A和B设备立刻停止运行，设备的允许运行时间利用控制器程序模块，根据每台设备长度及运行特性动态计算、自动分配；
当A设备满足送物料条件或满足送物料条件之前，B设备传感器检测到物料信号，将切断B设备接物料条件，控制器发出命令，A、B设备处于停机状态；
当B设备无所属物料信息，不满足接物料条件时，设备的传感器检测到物料信号，超过规定时间，进行传感器占用报警，产生占用报警信息，控制器发出命令不会产生B设备接物料条件，设备处于停机报警状态；
当设备在单位时间内设备的传感器检测到多次物料信号时，进行传感器闪烁报警，产生闪烁报警信息，控制器发出命令切断设备送物料或接物料条件。
实施例2：一种自动化传感器异常的智能检测方法，包括以下步骤：
①按自动化物流系统项目的设备明细表在控制器中按设备号定义传感器数据映射数据表、诊断数据表、状态数据表等；
②将相关传感器I/O调整为暗通信号，按功能和顺序号映射到数据映射数据表中；
③将设备的运行反馈信号、信息占用、故障信号、手自动状态等状态、信号整合进状态数据表，并实时更新；
④建立、分配IEC_TIMER数据类型定时器：根据项目的设备明细表在控制器中按设备号为每台设备建立、分配IEC_TIMER供设备超时报警使用；
⑤建立、分配传感器诊断数据：按设备的传感器顺序号为每个传感器建立、分配传感器诊断数据，供占用报警、闪烁报警使用；
⑥创建物料输送错误机制：将传感器占用作为物料输送接物料准备好必要条件之一，逻辑执行顺序在信息传递之后执行；
⑦利用程序模块算法诊断设备运行与传感器状态：利用程序模块诊断算法，与建立的和分配的传感器诊断数据和IEC_TIMER数据类型定时器配合，为设备和与设备关联的传感器进行诊断，并将诊断结果汇总至单台设备故障中；
程序模块诊断传感器异常算法
1.超时报警功能：假定物料从设备A到设备B物料检测装置处长度为l,设备A和设备B运行初速度为V0＝0m/s，运行速度为V1，末速度为V2，加速时间为t0，匀速运行时间为t1，减速时间为t1，物料输送时间算法的总时间为t
根据位移和时间的关系
Figure GDA0003023478910000081
加速度a：由于初速度为V0＝0m/s，因此
Figure GDA0003023478910000082
Figure GDA0003023478910000083
加速时间t0：根据加速度a＝(V1-V0)/t0,因为V0＝0m/s,所以t0＝V1/a
匀速运行时间为t1：根据位移公式
Figure GDA0003023478910000091
S＝l,所以t1＝V1/l
加速时间t2：根据加速度a＝(V1-V2)/t3,因为V3＝0m/s,所以t3＝V1/a
物料输送时间算法的总时间：t＝V1/a+V1/l+V1/a，所以t＝2V1/a+V1/l
运行速度、设备长度都为实际固定值、根据加速度既可得出物料输送时间，通过判断物料运行时间，既可到达超时报警效果。
2.传感器闪烁报警：如图2所示，当第一次接受到传感器信号、闪烁计数为0且系统处于在线(自动)模式下，配合已经分配的传感器诊断闪烁数据，闪烁诊断启用，开始启用诊断程序，设备无发生故障，闪烁次数未达到且在单位时间内开始计数，当未达到闪烁次数时，关闭闪烁诊断功能，当达到闪烁次数时，输出闪烁故障。
3.传感器占用报警：如图3所示，当传感器接收到信号，无物料信息，设备处于停止状态且系统处于在线(自动)模式下，配合已经分配的传感器诊断占用数据，条件成立则传感器占用启用，在单位时间内统计传感器占用情况，达到故障时间，输出占用故障，条件不成立时，关闭传感器启用，复位时间计数器。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种自动化传感器异常的智能检测系统，其特征在于，包括：
送料输送设备，与控制器连接，用于接收来自控制器的信号启、停对物料的送料；
接料输送设备，与控制器连接，用于接收来自控制器的信号启、停对物料的接料；
传感器，安装于送料输送设备和接料输送设备，用于获取当前设备的运行状态并反馈设备的物流输送方向、设备与设备相互连接信息、运行状态信号、信息占用、故障信号；
控制器，连接至各传感器和闪烁报警模块，用于基于各传感器反馈的状态信息进行异常检测，诊断设备运行与传感器状态，并基于诊断结果发出命令切断设备送物料或接物料条件，并发送警报指令至闪烁报警模块；
闪烁报警模块，用于接收控制器发送的警报指令启动报警功能，能执行停机报警、超时报警、传感器闪烁报警或传感器占用报警；
控制器还用于根据各输送设备的长度信息、加速度信息、进行动态计数，自学习检测控制，自适应动态故障触发；能对各设备能预防跟踪出错，精准完成报警诊断、准确地识别故障类型：能按设备号定义传感器数据映射数据表、诊断数据表、状态数据表；能根据项目的设备明细表在控制器中按设备号为每台设备建立、分配IEC_TIMER供设备超时报警使用；能按设备的传感器顺序号为每个传感器建立、分配传感器诊断数据，供占用报警、闪烁报警使用；能将传感器占用作为物料输送接物料准备好必要条件之一，逻辑执行顺序在信息传递之后执行；能利用程序模块算法诊断设备运行与传感器状态：利用程序模块诊断算法，与建立的和分配的传感器诊断数据和IEC_TIMER数据类型定时器配合，为设备和与设备关联的传感器进行诊断，并将诊断结果汇总至单台设备故障中。
2.一种自动化传感器异常的智能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按设备号定义传感器数据映射数据表、诊断数据表、状态数据表；
S2、将相关传感器I/O调整为暗通信号，按功能和顺序号映射到数据映射数据表中；
S3、将设备的运行反馈信号、信息占用、故障信号、手自动状态信号整合进状态数据表，并实时更新；
S4、建立、分配IEC_TIMER数据类型定时器：根据项目的设备明细表在控制器中按设备号为每台设备建立、分配IEC_TIMER供设备超时报警使用；
S5、建立、分配传感器诊断数据：按设备的传感器顺序号为每个传感器建立、分配传感器诊断数据，供占用报警、闪烁报警使用；
S6、创建物料输送错误机制：将传感器占用作为物料输送接物料准备好必要条件之一，逻辑执行顺序在信息传递之后执行；
S7、利用程序模块算法诊断设备运行与传感器状态：利用程序模块诊断算法，与建立的和分配的传感器诊断数据和IEC_TIMER数据类型定时器配合，为设备和与设备关联的传感器进行诊断，并将诊断结果汇总至单台设备故障中。
3.根据权利要求2所述的智能检测方法，其特征在于，步骤S3创建物料输送错误机制包括：
正常运行：送料设备满足送物料条件、接料设备满足接物料条件时，送料设备和接料设备同时沿物流输送方向运行，当物料到达接料设备，传感器检测到物料信号，送料设备的传感器信号消失，则将送料设备所属物料信息存储区转移到接料设备物料信息存储区内。
4.根据权利要求2所述的智能检测方法，其特征在于，步骤S3创建物料输送错误机制包括：当送料设备的送物料运行时间或接料设备的接物料运行时间在允许运行时间内无法完成接、送物料任务，输送设备立即产生超时报警数据，汇总至单台设备故障，切断送料设备和接料设备接、送物料条件，产生报警信息，控制器发出命令使送料设备和接料设备立刻停止运行，设备的允许运行时间利用控制器程序模块，根据每台设备长度及运行特性动态计算、自动分配。
5.根据权利要求2所述的智能检测方法，其特征在于，步骤S3创建物料输送错误机制包括：当送料设备满足送物料条件或满足送物料条件之前，接料设备传感器检测到物料信号，将切断接料设备接物料条件，控制器发出命令，送料设备、接料设备处于停机状态。
6.根据权利要求2所述的智能检测方法，其特征在于，步骤S3创建物料输送错误机制包括：当接料设备无所属物料信息，不满足接物料条件时，设备的传感器检测到物料信号，超过规定时间，进行传感器占用报警，产生占用报警信息，控制器发出命令不会产生接料设备接物料条件，设备处于停机报警状态。
7.根据权利要求2所述的智能检测方法，其特征在于，步骤S3创建物料输送错误机制包括：当设备在单位时间内设备的传感器检测到多次物料信号时，进行传感器闪烁报警，产生闪烁报警信息，控制器发出命令切断设备送物料或接物料条件。
8.根据权利要求6所述的智能检测方法，其特征在于，所述传感器占用报警包括：传感器接收到信号，无物料信息，设备处于停止状态且系统处于在线或自动模式下，配合已经分配的传感器诊断占用数据，条件成立则传感器占用启用，在单位时间内统计传感器占用情况，达到故障时间，输出占用故障，条件不成立时，关闭传感器启用，复位时间计数器。
9.根据权利要求7所述的智能检测方法，其特征在于，所述传感器闪烁报警包括：当第一次接受到传感器信号、闪烁计数为0且系统处于在线模式下，配合已经分配的传感器诊断闪烁数据，闪烁诊断启用，开始启用诊断程序，设备无发生故障，闪烁次数未达到且在单位时间内开始计数，当未达到闪烁次数时，关闭闪烁诊断功能，当达到闪烁次数时，输出闪烁故障。
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