CN114265377A - 纸机抄造系统的集成优化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于纸机抄造系统技术领域,提供了一种纸机抄造系统的集成优化系统,所述系统包括采用统一底层平台进行开发的集成控制端,所述集成控制端包括通过工业以太网进行通讯的纸机传动模块、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块,本发明的有益效果是:基于工业以太网将纸机传动系统、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块进行信息融合,建立统一的架构,解决抄造系统的时间同步、数据共享、过程检测信息控制的问题,基于数据的完全连通和纸机信息的充分检测,实现造纸机抄造段的系统的数据完全融合,形成智能化生产和智能化运维支持系统。
Description
技术领域
本发明涉及纸机抄造技术领域,尤其涉及一种纸机抄造系统的集成优化系统。
背景技术
在当前高速纸机系统中,对于抄造段的控制往往分为传动控制、DCS控制系统,MCS系统等,往往由不同的厂家来集成,即使由一个厂家来完成,也均采用独立的控制器。传动控制系统负责从网部到卷纸部主要传动分部的控制,DCS控制系统负责控制从流送到到卷纸段的流程控制,MCS控制系统负责纸机辅助系统的控制。
但纸机抄造段作为一个整体,控制上存在连锁,系统之间的关联程度较高,不同的系统存在数据交换,数据交换在不同的厂家和控制器之间需要增加较多的硬件成本,或采用硬接线通讯,或采用现场总线进行通讯;系统出现故障时,一旦涉及到系统之间的连锁,造成排查故障的时间较高,系统间的通讯也成为故障点之一,对维护工程师而言,需熟悉各个独立的系统及彼此间的连锁;纸机检测信息不够完整或同一设备的属性分别属于不同的系统,如传动电机的控制和温度检测属于传动系统,而涉及到传动系统的润滑则属于MCS系统,同时现有的系统缺乏对传动电机或减速箱的振动监测,对减速箱、烘缸齿轮箱等润滑系统的单独的流量检测,对减速箱和关键设备的温度检测等;同时现有检测对象不同属性的割裂,关联对象的信息在不同的系统之间,对于实现工厂的智能化生产、智能化诊断带来严重的制约。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种纸机抄造系统的集成优化系统,旨在解决背景技术中确定的现有技术存在的技术问题。
本发明实施例是这样实现的,纸机抄造系统的集成优化系统,所述系统包括采用统一底层平台进行开发的集成控制端,所述集成控制端包括通过工业以太网进行通讯的纸机传动模块、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块,其中,所述纸机状态信息检测模块用于检测旋转类设备的振动频率,所述纸机工艺信息检测模块用于检测纸机本体的各关键点的质量信息以及接入工艺评价检测参数,所述纸机MCC模块用于检测纸机本体内电机的参数信息。
作为本发明进一步的方案:所述纸机本体的各关键点的质量信息至少包括水分、定量和厚度,所述工艺评价检测参数至少包括纸张耐破度、环压、松厚度、耐折度、透气度、平滑度、偏斜度和抗张指数。
作为本发明再进一步的方案:所述集成控制端还通过基于OPC的通讯技术与质量控制模块通信,用于根据质量控制模块获取的检测质量检测数据形成评价指标,所述集成控制端还预留有数据输入接口,用于接收输入的手动测量数据。
作为本发明再进一步的方案:所述集成控制端还通过特征分析优化模块与运维决策支持平台通信,所述特征分析优化模块用于对纸机传动模块、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块的数据进行采集分析,以获取优化决策。
作为本发明再进一步的方案:所述运维决策支持平台包括智能化生产支持模块和预测性维保模块,所述智能化生产支持模块用于对纸机本体的运行参数信息进行优化,所述预测性维保模块用于对纸机本体的组成结构生成寿命预测和维保建议。
作为本发明再进一步的方案:所述特征分析优化模块用于根据决策树算法对采集到的数据进行分析处理以获取优化决策建议。
作为本发明再进一步的方案:所述纸机状态信息检测模块通过低功耗蓝牙技术或无线射频识别与所述集成控制端通讯,将设备的振动频率信息输出给所述集成控制端。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:基于工业以太网将纸机传动系统、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块进行信息融合,建立统一的架构,解决抄造系统的时间同步、数据共享、过程检测信息控制的问题,基于数据的完全连通和纸机信息的充分检测,实现造纸机抄造段的系统的数据完全融合,实现造纸机抄造段的运维完全智能化诊断、生产过程中专家型的工艺控制参数优化支持、关键传动和旋转设备的寿命预测、关键的网布寿命预测、烘缸温度节能优化、网压部真空度与压榨部压力优化、从网部后烘的脱水节能优化等。
附图说明
图1为一种纸机抄造系统的集成优化系统的结构示意图。
图2为一种纸机抄造系统的集成优化系统的特征分类图。
图3为一种纸机抄造系统的集成优化系统中获取获取优化决策的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示,为本发明一个实施例提供的一种纸机抄造系统的集成优化系统的结构图,所述系统包括采用统一底层平台进行开发的集成控制端,所述集成控制端包括通过工业以太网进行通讯的纸机传动模块、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块,其中,所述纸机状态信息检测模块用于检测旋转类设备的振动频率,所述纸机工艺信息检测模块用于检测纸机本体的各关键点的质量信息以及接入工艺评价检测参数,所述纸机MCC模块用于检测纸机本体内电机的参数信息。
本发明实施例中,基于工业以太网将纸机传动系统、纸机MCS模块(辅助控制系统)、纸机DCS模块(分布式控制系统)、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块进行信息融合,建立统一的架构,解决抄造系统的时间同步、数据共享、过程检测信息控制的问题,特别的,本系统还额外增加了纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块,基于数据的完全连通和纸机信息的充分检测,实现造纸机抄造段的系统的数据完全融合,实现造纸机抄造段的运维完全智能化诊断、生产过程中专家型的工艺控制参数优化支持、关键传动和旋转设备的寿命预测、关键的网布寿命预测、烘缸温度节能优化、网压部真空度与压榨部压力优化、从网部后烘的脱水节能优化等。
如图1~3所示,作为本发明一个优选的实施例,所述纸机本体的各关键点的质量信息至少包括水分、定量和厚度,所述工艺评价检测参数至少包括纸张耐破度、环压、松厚度、耐折度、透气度、平滑度、偏斜度和抗张指数。
如图1所示,作为本发明另一个优选的实施例,所述集成控制端还通过基于OPC的通讯技术与质量控制模块通信,用于根据质量控制模块获取的检测质量检测数据形成评价指标,所述集成控制端还预留有数据输入接口,用于接收输入的手动测量数据。
本发明实施例中,集成控制端根据质量控制模块获取的检测质量检测数据可以形成评价指标,同时通过高速摄像机、在线检测设备将传统的手动测量获取的手动测量数据接入系统,实现评价指标与生产数据的实时闭环评价系统。
如图1和3所示,作为本发明另一个优选的实施例,所述集成控制端还通过特征分析优化模块与运维决策支持平台通信,所述特征分析优化模块用于对纸机传动模块、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块的数据进行采集分析,以获取优化决策。
具体的来说,所述运维决策支持平台包括智能化生产支持模块和预测性维保模块,所述智能化生产支持模块用于对纸机本体的运行参数信息进行优化,所述预测性维保模块用于对纸机本体的组成结构生成寿命预测和维保建议。
本发明实施例的一种情况中,所述智能化生产支持模块包括网压部真空系统压力优化单元、网部脱水元件排布建议单元、留浆箱总压头压力设定优化单元、摇振运行频率和振幅优化单元、压榨部件压力控制优化单元、烘缸组温度压力和温度设定优化单元、蒸汽及热泵系统压力单元和温度设定优化单元、施胶部压力与施胶量设定优化单元、压光部压力与温度设定优化单元、卷纸部压力与转矩设定优化单元、传动系统速差设定优化单元、纸病分析及优化单元、纸浆质量分析及优化单元。所述预测性维保模块包括网部寿命预测及维保建议单元、压榨毛布寿命预测及维保建议单元、辊类磨损寿命预测及维保建议单元、轴承寿命预测及维保建议单元、电机温度振动分析寿命预测及维保建议单元、油站液压站流量压力预测及维保建议单元、辊面质量分析及维保建议单元、电机功率节能分析及优化建议单元、齿轮箱温度振动分析及维保建议单元、纸机状态监测元件寿命预测及维保建议单元和刮刀等辅助设备寿命预测及维保建议单元。
如图3所示,作为本发明另一个优选的实施例,所述特征分析优化模块用于根据决策树算法对采集到的数据进行分析处理以获取优化决策建议。
本发明实施例中,决策树算法模型中,主要步骤包括特征选择、决策树生成和剪枝。特征选择是指从训练数据中众多的特征中如图2中选择一个特征作为当前节点的分裂标准,如何选择特征有着很多不同量化评估标准标准,从而衍生出不同的决策树算法。决策树生成是指根据选择的特征评估标准,从上至下递归地生成子节点,直到数据集不可分则停止决策树停止生长。剪枝是指决策树容易过拟合,一般来需要剪枝,缩小树结构规模、缓解过拟合。特征选择的依据具有最高信息增益的特征作为测试特征,利用该特征对节点样本进行划分子集,会使得各子集中不同类别样本的混合程度最低,在各子集中对样本划分所需的信息(熵)最少。
在实际应用时,首先对采集到的数据进行处理,利用归纳算法生成可读的规则,运用决策对新数据进行分析。本质上决策树是通过一系列规则对数据进行分类的过程。决策树分类具有代表性的三个算法,分别为CART,CHAID,C4.5,其中CART和C4.5算法可以用于数值型数据,CHAID算法适用于种类变量。从生产控制的复杂性来看,本发明选用C4.5算法。
C4.5是ID3的一个改进算法,继承了ID3算法的优点。C4.5算法用信息增益率来选择属性,克服了用信息增益选择属性时偏向选择取值多的属性的不足在树构造过程中进行剪枝;能够完成对连续属性的离散化处理;能够对不完整数据进行处理。C4.5算法产生的分类规则易于理解、准确率较高。
以造纸机最常见的烘缸状态监测作试点研究举例,为后续完成此类设备的全面覆盖,采集数据的深入分析应用做研究。因此,本系统状态数据采集的重点对象之一是烘缸,主要对烘缸的振动监测、数据采集、数据分析、数据应用进行图形分析、故障追踪和故障判断预测的设计开发。实施该项目后将对烘缸存在的以下问题进行改进:一是安装设备运行状态监测传感器和数据采集单元,实现对烘缸在工作时的振动情况、位移情况、效率情况进行检测,代替人为判断,依靠数据分析,不是靠经验判断,减少盲目性;二是增加烘缸状态监测数据记录和图形展示,让设备运行情况更为直观。
在实际应对时,先完成设备现场布点即传感器安装,开展整个系统架构的搭设及软件设计开发,然后从现场设备状态监测,在线实时信息的检测和转换后,通过速度、功率、电流曲线、振动频谱图和其它来自其它子系统的温度、压力等参数的方式,完成对设备状态检测数据的存储和分析展示,再是分析设备振动、温度、位移等物理数据,实现对烘缸的运行稳定性、机械可靠性和故障预警,对设备运行进行了全方位检测和全过程监控,提高了设备运行寿命,及时发现设备异常,科学安排设备检修,避免过度维修,保证设备健康长效运行。
作为本发明另一个优选的实施例,所述纸机状态信息检测模块通过低功耗蓝牙技术或无线射频识别与所述集成控制端通讯,将设备的振动频率信息输出给所述集成控制端。
本发明上述实施例采用工业以太网,彻底融合MCS系统、传动控制系统及DCS控制系统,并在统一的融合平台之上增加纸机状态信息检测系统、工艺数据监测系统,实现数据的完全共享和连通,形成智能化生产和智能化运维支持系统。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (7)
1.纸机抄造系统的集成优化系统,其特征在于,所述系统包括采用统一底层平台进行开发的集成控制端,所述集成控制端包括通过工业以太网进行通讯的纸机传动模块、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块,其中,所述纸机状态信息检测模块用于检测旋转类设备的振动频率,所述纸机工艺信息检测模块用于检测纸机本体的各关键点的质量信息以及接入工艺评价检测参数,所述纸机MCC模块用于检测纸机本体内电机的参数信息。
2.根据权利要求1所述的纸机抄造系统的集成优化系统,其特征在于,所述纸机本体的各关键点的质量信息至少包括水分、定量和厚度,所述工艺评价检测参数至少包括纸张耐破度、环压、松厚度、耐折度、透气度、平滑度、偏斜度和抗张指数。
3.根据权利要求1所述的纸机抄造系统的集成优化系统,其特征在于,所述集成控制端还通过基于OPC的通讯技术与质量控制模块通信,用于根据质量控制模块获取的检测质量检测数据形成评价指标,所述集成控制端还预留有数据输入接口,用于接收输入的手动测量数据。
4.根据权利要求1所述的纸机抄造系统的集成优化系统,其特征在于,所述集成控制端还通过特征分析优化模块与运维决策支持平台通信,所述特征分析优化模块用于对纸机传动模块、纸机MCS模块、纸机DCS模块、纸机状态信息检测模块、纸机工艺信息检测模块和纸机MCC模块的数据进行采集分析,以获取优化决策。
5.根据权利要求4所述的纸机抄造系统的集成优化系统,其特征在于,所述运维决策支持平台包括智能化生产支持模块和预测性维保模块,所述智能化生产支持模块用于对纸机本体的运行参数信息进行优化,所述预测性维保模块用于对纸机本体的组成结构生成寿命预测和维保建议。
6.根据权利要求4所述的纸机抄造系统的集成优化系统,其特征在于,所述特征分析优化模块用于根据决策树算法对采集到的数据进行分析处理以获取优化决策建议。
7.根据权利要求1所述的纸机抄造系统的集成优化系统,其特征在于,所述纸机状态信息检测模块通过低功耗蓝牙技术或无线射频识别与所述集成控制端通讯,将设备的振动频率信息输出给所述集成控制端。
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