CN114962393B - 一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统及方法，所述系统包括数据采集单元、服务器端服务单元和在线客户端应用单元。所述方法包括S1、在液压系统安装压力变送器采集实时压力值并传输给下位机；S2、根据故障特征仿真，建立故障样本库；S3、下位机接收压力信息并传输给上位机，上位机分析所述压力信息并进行故障预警；S4、利用所述图像摄取装置得到图像信息；S5、下位机接收所述图像信息并传输给上位机，上位机利用其分析烟叶打包状况，反馈调节液压系统压力值；S6、根据不同烟叶等级建立配方参数库。本发明实现方法简单，适用性广，能够实现对复烤烟叶打包的液压系统实时状态监测、故障预警、故障诊断、配方参数化。

Description

一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统及方法

技术领域

本发明涉及复烤烟叶打包液压系统管理领域，特别是指一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统及方法。

背景技术

液压系统阀块多，长时间运行容易出现密封圈、阀块老化磨损等情况，出现液压油泄露，污染烟叶。保证产品质量的情况下，压力值可调范围小，人为控制难度较大，对于传统的烟叶打包液压系统的管理，一般采用机械压力表进行压力检测与显示，需专业的液压工程师进行维护、调校，电气控制系统无法在故障发生的早期对设备状态进行监测，故无法做出任何预警或是保护，且通过对液压设备工作介质一个月或半年等定期取样检测的方法，存在故障缺陷发现不及时，采样时需要停机等缺点。如果对烟叶采用每箱取样检测，也存在取样检测与得到检测结果具有时间差的问题。取样检测时间至少为半小时，若检测出压油烟，液压油污染烟叶的情况，在检测时间里，已经有大批烟叶不合格，无法及时反馈生产状况。

设备出现油路泄露或油路堵塞时，只能靠现场操作人员发现，无法快速准确地诊断和解决故障，必须由设备生产厂家派专业技术人员前往现场排除故障。一旦因设备故障造成停机，会对复烤烟叶的生产造成较大损失，对设备生产厂家和企业用户都造成很大不便，耗时耗力，导致设备维护成本高昂。

综上所述，现有技术无法实现对复烤烟叶打包液压系统的实时状态监测、故障预警、故障诊断。

因此，为了对人身、设备安全以及物料安全进行必要的保护，建立一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统及方法，对液压系统早期故障进行预警或是危及设备安全时进行停机保护，对提升设备自我保护、诊断能力，保证设备正常高效运行以及复烤烟叶成品打包质量具有重要的意义。

发明内容

本发明为解决目前对于复烤烟叶打包液压系统不能实时监测，故障预警、故障诊断，一旦发生故障就会造成复烤烟叶打包停产的问题，提供一种适用于复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统及方法，实现对复烤烟叶打包的液压系统实时状态监测、故障预警、故障诊断、配方参数化。

本发明的技术方案如下所述：

一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，其特征在于，包括数据采集单元、服务器端服务单元和在线客户端应用单元。

所述数据采集单元包括压力变送器和图像摄取装置，分别用于采集压力信息和图像信息。

所述服务器端服务单元包括下位机、上位机，用于接收数据采集单元的压力信息和图像信息并进行数据分析，所述上位机包括对故障特征进行仿真并以此得到故障样本库的故障样本模块、根据故障样本库与压力值关系建立的故障预警模块、根据烟叶打包状况与液压系统压力值对应关系建立的打包质量反馈调节模块和根据不同烟叶等级建立配方参数库的配方参数模块，所述下位机与数据采集单元相连，传递给上位机压力信息和图像信息，上位机分析信息并把反馈调节指令传输给执行单元。

所述在线客户端应用单元包括监测诊断客户端和管理客户端，用于接收服务器端服务单元的数据并输入处理指令反馈给所述服务器端服务单元。

所述压力变送器安装在液压系统关键位置，包括预压机油泵出油口、复压机油泵出油口、预压机主油缸上腔阀块出油口、预压机主油缸上腔油缸进油口、预压机主油缸下腔阀块出油口、预压机主油缸下腔油缸进油口、复压机油缸上腔阀块出油口、复压机油缸上腔油缸进油口、复压机油缸下腔阀块出油口、复压机油缸下腔油缸进油口。

故障特征是引起所述液压系统关键位置出现的任何故障，包括所述液压系统关键位置的各点位压力过大、压力过小、管道出现漏油、压头动作不到位等。

所述压力变送器测量范围＞1.5倍液压系统正常运行最大压力值，测量精度高于0.5%FS。

所述上位机的打包质量反馈调节模块主要为PID控制，辅以前馈调节加以修正。

所述图像摄取装置安装在负压机压头位置，获取图像信息并转换成电信号输入给所述服务器端服务单元的下位机。 所述图像摄取装置具备自动对焦功能，拍摄间隔≤0.01s/张。

一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的管控方法，包括以下步骤：

S1、在液压系统关键位置安装压力变送器采集所述液压系统实时压力值，并将压力值转换为低压直流模拟电信号接入下位机的PLC信号接收端口，得到压力信息；

S2、根据故障特征进行仿真，建立故障样本库；

S3、下位机接收所述压力信息并传输给上位机，上位机通过所述故障样本库对实时压力值进行分析，实现设备故障预警；

S4、利用所述图像摄取装置抓取机器视觉监测图像数据得到图像信息；

S5、下位机接收所述图像信息并传输给上位机，上位机通过AI图像识别技术利用所述图像信息分析烟叶打包状况，反馈调节液压系统压力值；

S6、根据不同烟叶等级建立配方参数库。

步骤S1所述低压直流模拟电信号的电压为0-10V。

步骤S2所述仿真通过AME Sim仿真软件对液压系统进行建模仿真，建立故障特征和故障点并建立对应的故障样本库。

步骤S2所述故障样本库根据故障频率的高低确定故障原因优先级，所述故障频率为根据实际生产情况、通过机器学习不断更新的故障频率。

步骤S3所述液压系统故障预警由所述上位机对故障样本库和实时压力值进行分析，确定液压系统是否发生异常，发生异常后发出控制命令控制电控系统发出声光预警；若发生重大故障，电控系统将强制停止液压系统，并触发声光警报及报警信息，操作人员可通过所述监测诊断客户端检查设备状态并进行开关机处理。

步骤S5所述AI图像识别技术通过对大量压油烟的图片进行训练学习，提取图片的共同特征，实时监测液压机打包质量。

步骤S5所述的反馈调节液压系统压力值是指当机器视觉检测到液压系统压力值过大或者过小时，会把信息传输给所述服务器端服务单元的下位机PLC端口，所述下位机把信息传输给上位机使其自动进行压力值的调整。

步骤S6所述配方参数库为不同等级烟叶的伺服电缸参数，包括各等级烟叶工作速度、中间位角度、最大位角度、中间位停留时间、最大位停留时间、末位停留时间。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明提供一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统及方法，实现对复烤烟叶打包的液压系统实时状态监测、故障预警、故障诊断、配方参数化。

首先，本发明实现了对烟叶打包质量的实时状态监测。在关键位置设置了压力变送器和在负压机压头位置设置图像摄取装置，通过实时采集压力信息和图像信息，实现对复烤烟叶打包液压系统的实时监测，若出现故障及时进行故障诊断、故障预警。解决烟叶打包质量不能出现压油烟，不能出现液压油轻微泄露滴到烟叶上污染烟叶，不能过于蓬松导致装箱质量不合格，液压设备压头面要水平，动作时要垂直动作，避免压头偏移压坏纸箱，装箱烟叶密度要尽可能均匀，装箱密度偏差过多会导致烟叶水分不均匀，后期醇化出现霉变等问题，从而提升烟叶打包质量。

并且，本发明使液压系统配方参数化并可及时调整配方参数。本发明通过上位机显示整个生产车间所有电机，变频器，液压系统的实时状态，以及电流，电压，压力值，温度等各种信号实时变化值。工作人员可通过在线客户端应用单元的监测诊断客户端和管理客户端输入液压系统参数的处理指令。不再需要通过取样检测的方法定期测量对液压系统设备工作介质以及对烟叶每箱取样检测，来检测液压系统设备是否运行良好以及烟叶打包品质是否符合标准，便于进行更简化、准确地操作，也解决了取样检测与得到检测结果存在时间差的问题。

其次，本发明提升了生产连续性。相对于传统故障检修方式，通过复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统可通过监测诊断客户端及时发现液压系统异常情况，明确液压系统的故障点，涉及阀门等小部件损坏可以自行更换，若不影响生产，可在液压系统定时检修期间进行更换，不必立即停机检修进而影响生产连续性。若无法维修，也可提供给厂家或专业人员一些故障参数信息，使其进行判断更有利于尽快维修。

同时，本发明延长液压系统使用寿命，提升其自我保护能力。对液压系统实现压力值的实时监测、故障预警、故障诊断，使液压系统出现的小故障都能得到及时处理，有利于更好地维护设备运行，延长液压系统的使用寿命。

附图说明

图1为一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的架构图。

图2为一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的管控方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及附图进行详细描述。

如图1所示，一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，包括数据采集单元、服务器端服务单元和在线客户端应用单元。

所述数据采集单元包括压力变送器和图像摄取装置，分别用于采集压力信息和图像信息。

所述服务器端服务单元包括下位机、上位机，用于接收数据采集单元的压力信息和图像信息并进行数据分析。

所述上位机包括对故障特征进行仿真并以此得到故障样本库的故障样本模块、根据故障样本库与压力值关系建立的故障预警模块、根据烟叶打包状况与液压系统压力值对应关系建立的打包质量反馈调节模块和根据不同烟叶等级建立配方参数库的配方参数模块，所述下位机与数据采集单元相连，传递给上位机压力信息和图像信息。

所述在线客户端应用单元包括监测诊断客户端和管理客户端，用于接收服务器端服务单元的数据并输入处理指令反馈给所述服务器端服务单元。

所述压力变送器安装在液压系统关键位置，包括预压机油泵出油口、复压机油泵出油口、预压机主油缸上腔阀块出油口、预压机主油缸上腔油缸进油口、预压机主油缸下腔阀块出油口、预压机主油缸下腔油缸进油口、复压机油缸上腔阀块出油口、复压机油缸上腔油缸进油口、复压机油缸下腔阀块出油口、复压机油缸下腔油缸进油口。

所述压力变送器测量范围＞1.5倍液压系统正常运行最大压力值，测量精度高于0.5%FS。

所述图像摄取装置安装在负压机压头位置且具备自动对焦功能，拍摄间隔≤0.01s/张。

如图2所示，一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的管控方法，包括以下步骤：

S1、在液压系统关键位置安装压力变送器采集液压系统实时压力值，并将压力值转换为0-10V模拟电信号接入下位机的PLC信号接收端口。

在液压系统关键位置包括预压机油泵出油口、复压机油泵出油口、预压机主油缸上腔阀块出油口、预压机主油缸上腔油缸进油口、预压机主油缸下腔阀块出油口、预压机主油缸下腔油缸进油口、复压机油缸上腔阀块出油口、复压机油缸上腔油缸进油口、复压机油缸下腔阀块出油口、复压机油缸下腔油缸进油口十个位置安装PT3000型压力变送器。

通过安装压力变送器实时采集液压系统关键位置压力值，并将压力值转换为0-10V模拟电信号接入下位机的PLC信号接收端口，如表一所示：

S2、根据故障特征进行仿真，建立故障样本库。

通过AME Sim仿真软件对液压系统进行建模仿真，建立包括预压机油泵出油口、复压机油泵出油口、预压机主油缸上腔阀块出油口、预压机主油缸上腔油缸进油口、预压机主油缸下腔阀块出油口、预压机主油缸下腔油缸进油口、复压机油缸上腔阀块出油口、复压机油缸上腔油缸进油口、复压机油缸下腔阀块出油口、复压机油缸下腔油缸进油口的液压系统关键位置的点位。

设置与上述各点位压力过大、压力过小、管道出现漏油、压头动作不到位等在内的故障特征和电机、泵、马达、缸、蓄能器、溢流阀、减压阀、充气阀等故障点一一对应的故障样本库。故障样本库根据故障频率的高低确定故障原因优先级，如表二所示：

故障样本库能够在设备长期运行过程中通过机器学习进行不断更新完善，以适应液压设备的运行状态，提高故障诊断准确率。

S3、下位机接收所述压力信息并传输给上位机，上位机通过所述故障样本库对实时压力值进行分析，实现设备故障预警。

液压系统故障预警由上位机对故障样本库和实时压力值进行分析，确定液压系统是否发生异常，发生异常电控系统就会发出声光预警提醒操作人员检查设备状态；若发生重大故障，电控系统将强制停止液压系统，并触发声光警报及报警信息，直至故障排除。

S4、利用所述图像摄取装置抓取机器视觉监测图像数据得到图像信息。

机器视觉监测首先要对上位机进行模型训练，通过人工的方式提取图片中压油烟、装箱平整度、装箱深度等特征并打上标签，大量的训练使得机器能够识别图片特征与标签之间的一一映射关系。

其次通过在复压机压头位置安装图像摄取装置获取信息，将各类信息通过传感器向电信号转换；接下来采用去噪、变换及平滑等操作对图像进行处理，使图像的重要特点提高；最后进行特征抽取及选择，将抽取到的特征与标签进行匹配。达到实时监测液压机打包质量的要求。

S5、下位机接收所述图像信息并传输给上位机，上位机通过AI图像识别技术利用所述图像信息分析烟叶打包状况，反馈调节液压系统压力值。

液压系统控制端、声光预警系统与上位机相连，上位机反馈调节液压系统压力值的方式主要为PID控制，辅以前馈调节进行修正，使控制效果更好。

操作端控制信号的变化经由上位机分析后作为传感器的测量值从检测端返回。并在反馈控制前段加入温度，水分，烟叶等级等修正控制信号。

在打包之前若温度较正常值偏大容易压缩，可以相应减小压力值，温度偏低可适当增加压力值；水分较正常值偏大可适当增加压力值，水分较小由于烟叶容易造碎，可适当减小压力值；根据所加工烟叶等级进行前馈控制，下部烟叶较薄，可适当减小压力值，中上部烟叶较厚，可增加液压系统压力值。保证烟叶打包质量。

S6、根据不同烟叶等级建立配方参数库。

配方参数库包括各等级烟叶工作速度、中间位角度、最大位角度、中间位停留时间、最大位停留时间、末位停留时间等伺服电缸参数。所述配方参数库中可调节的参数范围如表三所示。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (14)

1.一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，其特征在于，包括数据采集单元、服务器端服务单元和在线客户端应用单元；所述数据采集单元包括压力变送器和图像摄取装置，分别用于采集压力信息和图像信息；所述压力信息为压力变送器采集实时压力值转换形成的低压直流模拟电信号，所述压力变送器安装在液压系统关键位置，包括预压机油泵出油口、复压机油泵出油口、预压机主油缸上腔阀块出油口、预压机主油缸上腔油缸进油口、预压机主油缸下腔阀块出油口、预压机主油缸下腔油缸进油口、复压机油缸上腔阀块出油口、复压机油缸上腔油缸进油口、复压机油缸下腔阀块出油口、复压机油缸下腔油缸进油口；所述图像信息为所述图像摄取装置抓取机器视觉监测图像数据；所述服务器端服务单元包括下位机、上位机，所述服务器端服务单元用于接收数据采集单元的压力信息和图像信息并进行数据分析，所述上位机包括对故障特征进行仿真并以此得到故障样本库的故障样本模块、根据故障样本库与压力值关系建立的故障预警模块、根据所述图像信息显示的烟叶打包状况与液压系统压力值对应关系建立的打包质量反馈调节模块和根据不同烟叶等级建立包括不同等级烟叶的伺服电缸参数的配方参数库的配方参数模块，所述下位机与数据采集单元相连，传递给上位机压力信息和图像信息，上位机分析信息并把反馈调节指令传输给执行单元；所述在线客户端应用单元包括监测诊断客户端和管理客户端，用于接收服务器端服务单元的数据并输入处理指令反馈给所述服务器端服务单元。

2.根据权利要求1所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，其特征在于，故障特征是引起所述液压系统关键位置出现的故障，包括所述液压系统关键位置的各点位压力过大、压力过小、管道出现漏油、压头动作不到位。

3.根据权利要求1所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，其特征在于，所述压力变送器测量范围＞1.5倍液压系统正常运行最大压力值，测量精度高于0.5%FS。

4.根据权利要求1所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，其特征在于，所述上位机的打包质量反馈调节模块主要为PID控制，辅以前馈调节加以修正。

5.根据权利要求1所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，其特征在于，所述图像摄取装置安装在负压机压头位置，获取图像信息并转换成电信号输入给所述服务器端服务单元的下位机。

6.根据权利要求5所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统，其特征在于，所述图像摄取装置具备自动对焦功能，拍摄间隔≤0.01s/张。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，包括以下步骤：

S1、在液压系统关键位置安装压力变送器采集所述液压系统实时压力值，并将压力值转换为低压直流模拟电信号接入下位机的PLC信号接收端口，得到压力信息；

S2、根据故障特征进行仿真，建立故障样本库；

S3、下位机接收所述压力信息并传输给上位机，上位机通过所述故障样本库对实时压力值进行分析，实现设备故障预警；

S4、利用所述图像摄取装置抓取机器视觉监测图像数据得到图像信息；

S5、下位机接收所述图像信息并传输给上位机，上位机通过AI图像识别技术利用所述图像信息分析烟叶打包状况，反馈调节液压系统压力值；

S6、根据不同烟叶等级建立配方参数库。

8.根据权利要求7所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，其特征在于，步骤S1所述低压直流模拟电信号的电压为0-10V。

9.根据权利要求7所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，其特征在于，步骤S2所述仿真通过AME Sim仿真软件对液压系统进行建模仿真，建立故障特征和故障点并建立对应的故障样本库。

10.根据权利要求7所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，其特征在于，步骤S2所述故障样本库根据故障频率的高低确定故障原因优先级，所述故障频率为根据实际生产情况、通过机器学习不断更新的故障频率。

11.根据权利要求7所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，其特征在于，步骤S3所述液压系统故障预警由所述上位机对故障样本库和实时压力值进行分析，确定液压系统是否发生异常，发生异常后发出控制命令控制电控系统发出声光预警；若发生重大故障，电控系统将强制停止液压系统，并触发声光警报及报警信息，操作人员通过所述监测诊断客户端检查设备状态并进行开关机处理。

12.根据权利要求7所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，其特征在于，步骤S5所述AI图像识别技术通过对大量压油烟的图片进行训练学习，提取图片的共同特征，实时监测液压机打包质量。

13.根据权利要求7所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，其特征在于，步骤S5所述的反馈调节液压系统压力值是指当机器视觉检测到液压系统压力值过大或者过小时，会把信息传输给所述服务器端服务单元的下位机PLC端口，所述下位机把信息传输给上位机使其自动进行压力值的调整。

14.根据权利要求7所述的一种复烤烟叶打包液压系统的智能运行管控系统的方法，其特征在于，步骤S6所述配方参数库为不同等级烟叶的伺服电缸参数，包括各等级烟叶工作速度、中间位角度、最大位角度、中间位停留时间、最大位停留时间、末位停留时间。

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