CN202126622U - 一种针刺机远程状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种针刺机远程状态监测装置，其特征在于该装置包括系统总线连接的中央控制模块、现场状态监测模块、现场工况监测模块、通讯模块和驱动程序模块；中央控制模块包括高性能微处理器和其外围电路模块；现场状态监测模块包括状态局部总线相连接的信号采集单元、尖峰信号缓冲单元，微弱信号特征提取单元、电流监测单元、电压监测单元和特征信号分析单元；现场工况监测模块包括工况局部总线相连接的现场场景监测单元、现场非织造布监测单元、加工工况知识库、现场任务协调单元和监测信息存储单元；所述场景和非织造布监测单元还与高速CCD摄像头连接；通讯模块和驱动程序模块均与中央控制模块共用一个高性能微处理器。

Description

一种针刺机远程状态监测装置

技术领域

本实用新型涉及非织造机械设备和监测技术，具体为一种基于工况特征参量或多种状态信号的开放式针刺机状态远程监测装置。 

背景技术

针刺法是一种典型的非织造布机械加固方法，在世界上所有的干法非织造布中，针刺非织造布占40％以上，针刺法是干法非织造布中最重要的一种加工方法。 

针刺法离不开针刺机。针刺机的核心是针刺机构。目前大部分针刺机构为单轴驱动的偏心机构。该机构的工作原理是利用主轴带动偏心轮和平衡轮旋转，并通过连杆带动针梁和针板作上下重复运动，使针板上的刺针反复穿刺原料。由于装有偏心轮机构，为了平衡其产生的径向不平衡力，须在主轴上加装一个平衡机构，以平衡偏心机构产生的不平衡力。平衡机构与偏心机构的尺寸和重量完全一样，但安装方向相差180度。同时还要在平衡机构上加一个配重块，以对平衡力进行微调，保证机器尽量平稳工作，不产生过大的振动。 

影响针刺机正常运转的因素有很多，包括偏心轮、主轴、平衡块以及针梁针板等。任何一个零部件的运转异常或出现早期故障虽然可能对于当时的生产线运转没有显著影响，但如果不能及时进行处理，将来一定会对针刺产品的质量造成巨大的影响。而如果要及时目处理，就要及时的诊断和预测。遗憾的是目前国内对于针刺机运行状态的监控方式仍然停留在传统眼看手摸的经验方式上。 

在申请人检索的范围内，目前有关针刺机的专利主要集中在改善针刺机的机械结构，避免其在生产中出现问题和提高针频方面，有关对针刺机运行状态的监测方面的文献还未见报道。 

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种针刺机状态远程监测装置，该监测装置基于针刺机工况特征参量或多种状态信号，采用模块化方式构造，可以实现针刺机状态的远程监测、优化以及诊断，具有较好的实时性和可靠性。 

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，设计一种针刺机状态远程监测装置，其特征在于该监测装置包括通过系统总线连接的中央控制模块、现场状态监测模块、现场工  况监测模块、通讯模块和驱动程序模块；其中，中央控制模块包括高性能微处理器和其外围电路模块； 

所述现场状态监测模块包括通过状态局部总线相互连接的信号采集单元、尖峰信号缓冲单元，微弱信号特征提取单元、电流监测单元、电压监测单元和特征信号分析单元；所述尖峰信号缓冲单元由光电耦合器与电压频率转换装置构成，并经系统总线连接到中央控制模块；所述信号采集单元与测量系统平稳信号的信号传感器阵列相连接，信号采集单元配置有1至64通道；所述的特征信号分析单元以高速DSP处理器为核心，配置有FLASH存储器、大容量SDRAM存储器和专用芯片，专用芯片内固化有经典信号分析手段； 

所述现场工况监测模块包括通过工况局部总线相连接的现场场景监测单元、现场非织造布监测单元、加工工况知识库、现场任务协调单元和监测信息存储单元；现场场景监测单元和现场非织造布监测单元还与高速CCD摄像头相连接；现场场景监测单元、现场非织造布监测单元、现场任务协调单元分别经与系统总线连接的通讯模块连接至企业级远程监控终端和企业间远程监控终端；所述的现场任务协调单元内固化有现场任务协调控制软件； 

所述通讯模块与中央控制模块共用一个高性能微处理器，包括工业用接口芯片及接口、USB2.0接口芯片及接口和以太网接口芯片及接口； 

所述驱动程序模块与中央控制模块共用一个高性能微处理器，包括所述硬件的驱动程序。 

与现有技术相比，本实用新型针刺机状态远程监测装置有益效果是：监测装置基于针刺机工况特征参量或多种状态信号，能够充分利用高速发展的软硬件技术优势，不仅为远程监控终端提供不同加工工况下的针刺机在线或离线状态信息，同时还可以对非织造布表面质量进行监测，丰富了远程监控的数据来源依据，一体化实现了对针刺机现场工况物理状态的监测，增强了系统集成度与功能扩展，并使系统具有了一定的智能性。 

附图说明

图1是本实用新型针刺机远程状态监测装置一种实施例的整体组成结构示意图。 

图2是本实用新型针刺机远程状态监测装置一种实施例的现场状态监测模块2的组成结构示意图。 

图3是本实用新型针刺机远程状态监测装置一种实施例的现场工况监测模块3的组成结构示意图。 

图4是本实用新型针刺机远程状态监测装置一种实施例的处理流程图。 

图5是本实用新型针刺机远程状态监测装置另一种实施例的处理流程图。 

具体实施方式

以下通过实施例及其附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明。 

本实用新型设计的针刺机远程状态监测装置(简称监测装置，参见图1-5)，包括硬件和软件，其特征在于该监测装置的硬件包括通过系统总线10连接的中央控制模块1、现场状态监测模块2、现场工况监测模块3、通讯模块4和驱动程序模块5，其中，中央控制模块1包括高性能微处理器11和其外围电路模块12(参见图1)；中央控制模块1主要完成系统自检与初始化、参数设置、数据协调、多任务规划、人机交互、程序运行报警、用户自定义功能扩展和系统帮助等任务。 

所述现场状态监测模块2(参见图2)包括信号采集单元21、尖峰信号缓冲单元22，微弱信号特征提取单元23、电流监测单元24、电压监测单元25和特征信号分析单元26，现场状态监测模块2内部通过状态局部总线27相互连接；所述尖峰信号缓冲单元22由光电耦合器221与电压频率转换装置222构成，并经系统总线10连接到中央控制模块1；所述信号采集单元21与测量系统平稳信号的信号传感器阵列7相连接，信号采集单元21配置有1至64通道，配以信号传感器阵列7可完成针刺机振动、针刺力、温度等加工状态信号的连续采集；所述的特征信号分析单元26以高速DSP处理器261为核心，配置有分别双向连接的FLASH存储器262、大容量SDRAM存储器263和专用芯片264，FLASH存储器262和大容量SDRAM存储器263用以维持单元内程序运行所需内存空间，并可作为各通道采集数据的缓存区，专用芯片264内固化有经典信号分析手段，完成信号常规特征量提取，并通过FLASH存储器262所存储的信号分析方法完成信号状态识别计算，所得结果通过系统总线10送至中央控制模块1； 

现场状态监测模块2包括的信号采集单元21、尖峰信号缓冲单元22，微弱信号特征提取单元23、电流监测单元24、电压监测单元25和特征信号分析单元26各单元之间并行实施各自监测任务。电流监测单元24、电压监测单元25依靠其高速运行于系统后台的端口监测程序经系统总线循环检测各电气端口状态，确定特定工况条件下的系统内部接口电气状态、通讯连接状态、继电器驱动状态以及其它外设状态等离散形式的物理状态信号。若监测到某一端口状态发生异常，首先将异常信号转换为安全信号，然后触发系统的消息响应机制并查询加工工况知识库中在特定存储区内存储各种工况条件下的优先级信号，包括工况索引、信息索引、信息含义等在内的相关状态信息，经系统总线向中央控制模块提交报警、危险、急停三级处理措施并记录在系统优先处理日志中。对于平稳信号，由信号传感器阵列7连续不断的监测相应的针刺机振动、针刺力、温度等加工状态信号，由信号采  集单元21微弱信号特征提取单元23、特征信号分析单元26独立完成对这些加工状态信号的连续采集与特征提取与分析，并通过调用特征信号分析单元26内部存储有信号分析方法的FLASH存储器262完成信号状态识别计算，同时向中央控制模块1报告结果数据。对于尖峰信号，由尖峰信号缓冲单元22跟踪监测各端口状态。若出现无法预警的超过1800V的尖峰信号，首先进行极限报警，然后包括信号来源，发生时间在内的尖峰信号处理结果经系统内部总线通知中央控制模块，并被记录在尖峰信号日志。 

现场工况监测模块3(参见图3、1)包括通过工况局部总线36相连接的现场场景监测单元31、现场非织造布监测单元32、加工工况知识库33、现场任务协调单元34和监测信息存储单元35；现场场景监测单元31和现场非织造布监测单元32还与高速CCD摄像头6相连接；现场场景监测单元31、现场非织造布监测单元32、现场任务协调单元34分别经与系统总线10连接的通讯模块4连接至企业级远程监控终端8和企业间远程监控终端9；所述的现场任务协调单元34内固化有现场任务协调控制软件。 

所述的通讯模块4与中央控制模块1共用的一个高性能微处理器11、包括工业用RS485接口芯片及接口、USB2.0接口芯片及接口和以太网接口芯片及接口。实施例的工业用接口芯片及接口为工业用RS485接口芯片及接口。这些器件是现有技术的商品。 

所述的驱动程序模块5与中央控制模块1共用的一个高性能微处理器11，包括所述硬件的驱动程序。所述的硬件都需要驱动程序，驱动程序安装在驱动程序模块5中。 

本实用新型实施例的现场任务协调控制软件的控制流程如下： 

由信号采集单元21现场采集：现场工况信息、现场非织造布信息、现场加工场景信息和测量系统平稳信号与电气信号，并根据加工工况知识库33与特征信号分析单元26结果判断现场设备状态： 

若状态正常，由本机决策控制，并反馈现场控制； 

若状态不正常，启用企业级远程监控终端8，将现场状态信息通过企业网上传至企业级远程监控终端8，判断结果信息返回本机，同时将判断结果信息进行本机存储； 

并判断企业级远程监控终端8能否对设备状态进行正确判断： 

若能正确判断，则以企业级远程监控终端8的判断结果为最终结果进行决策控制，并反馈现场控制； 

若不能正确判断，则启用企业间远程监控终端9，将现场状态信息通过Internet网上传至企业间远程监控终端9，判断结果信息返回本机，同时将判断结果信息进行本机存储； 

并判断企业间远程监控终端9能否对设备状态进行正确判断： 

若能，则以企业间远程监控终端9的判断结果为最终结果进行决策控制，并反馈现场控制； 

若否，则将现场工况信息数据进行管理及存储。 

本实用新型监测装置采用模块化设计思想，相互协作的各功能模块间又保持相对独立性，以适应用户特殊定制需求，便于升级扩展与功能裁减。系统功能单元级底层硬件间通过PC104plus总线形式进行通讯。其中，中央控制模块1以高性能微处理器为核心，主要完成系统自检与初始化、参数设置、数据协调、多任务规划、人机交互、程序运行报警、用户自定义功能扩展、系统帮助等任务，同时提供标准的扩展接口及API函数库，提供动态分层链式任务管理结构，支持系统的灵活配置需求。 

本实用新型监测装置以针刺机远程状态为对象，综合运用测控、网络以及人工智能技术，以高性能微处理器与DSP核心，构建基于工况特征参量的开放式针刺机远程状态监测装置，实现针刺加工控制、状态监测与优化以及远程诊断的协调并行运行。 

本实用新型的特色主要是一种融合多种类状态信号、多对象的网络化综合监控诊断体系的开放式针刺状态监测装置。基于所述硬件系统，本实用新型可采用以下两种实施方式： 

实施例1 

基于多种状态信号的针刺机远程状态监测装置： 

针刺机运行状态信息由现场状态监测模块2进行处理。在该模块中，设备运行状态信息又进一步分为系统平稳信号以及尖峰信号两种类型分别处理。系统平稳信号又进一步分为特定工况条件下的系统内部接口电气状态、通讯连接状态、继电器驱动状态以及其它外设状态等离散形式的物理状态信号与针刺机及针刺加工过程状态变量的平稳信号。电气信号中的电流信号及电压信号分别对应由电流监测单元24和电压监测模块25进行监测，同时对报警信号进行快速响应。 

针刺机工况状态信息包括特定工况条件下的系统内部接口电气状态、通讯连接状态、继电器驱动状态以及其它外设状态等离散形式的物理状态信号与非织造布加工直接相关，是保证针刺机能够正常生产的最初始信息，属于优先处理的状态信息，分别由运行于系统后台的端口监测程序循环检测各电气端口状态，对该类信号进行监测并将监测结果送入中央控制模块1，通过查询加工工况知识库(简称知识库)33中在特定存储区内存储各种工况条件下的优先级信号，包括工况索引、信息索引、信息含义等在内的相关状态信息来确定系统状态。该类信号发生时，首先由电流、电压监测单元对系统进行处理，转异常信号为安全信号，并触发系统的信息响应，然后由电流监测单元24、电压监测单元25根据异  常情况以工况索引查询知识库33，通过状态局部总线27与系统总线10连接传输数据并向中央控制模块1提交报警、危险、急停三级处理措施，并记录在系统优先处理日志中。 

由传感器阵列7测量来针刺机及针刺加工过程状态变量的平稳信号。通常稳定加工情况下，这类信号不会有长时间超越各自门限值的波动。以高速DSP处理器261为核心配以大容量SDRAM263、FLASH存储器262和专用芯片264构建特征信号分析单元26。大容量SDRAM263用以维持特征信号分析单元26内程序运行所需内存空间，并可作为各通道采集数据的缓存区。FLASH存储器262存储可多次下载的知识库，信号采集单元21按需要可配置为1至64通道，配以前端传感器阵列7可完成针刺机振动、针刺力、温度等针刺加工状态信号的连续采集。特征信号分析单元26通过固化有经典信号分析手段的专用芯片264完成信号常规特征量提取。特征信号分析单元26通过FLASH存储器262所存储专家知识库完成信号状态识别计算。特征信号分析单元26通过状态局部总线27与系统总线10连接向中央控制模块1报告结果数据，包括原始采样数据、信号特征量、信号所代表的物理量状态。 

对于在加工中无法预知何时发生而又对系统或针刺设备造成重大影响的尖峰信号，如电网电压突变、不规范作业或针刺机断针、斜针等而造成的刺针与针板之间的干涉碰撞等，虽然发生几率较小，但在发生时系统没有足够的时间进行响应，也会造成对针刺设备或系统的伤害。尖峰信号缓冲单元22负责该类信号的缓冲处理。通过光电耦合器221与电压频率转换装置222相结合构建成的尖峰信号缓冲单元22，实现对尖峰信号最大限度的跟踪与缓冲，当超过3000V(或1800V)的光电耦合器的极限电压时，实现极限预警。此时尖峰信号处理结果通过状态局部总线27与系统总线10连接通知中央控制模块1，包括信号来源，发生时间，已采取的处理措施在内的尖峰信号属性被记录在尖峰信号日志。 

实施例2 

基于工况特征参量的多对象综合针刺机远程状态监测装置： 

工况特征参量分为运行状态信息以及被加工非织造布基本特征信息。考虑到不同非织造布表面有较大特性差异，因此必须要在工况特征参量中体现非织造布基本特征信息。 

通讯模块4通过以太网接口建立与企业级远程监控终端8、企业间远程监控终端9的网络通讯连接。 

企业级远程监控终端8、企业间远程监控终端9则将网络化监测对象确认为现场工况信息、现场加工场景信息、现场非织造布信息、现场状态监测模块2获得的监测数据或处理结果4种信息。 

现场工况信息利用电流监测单元24与电压监测单元25监测电压电流的变化量来完成，其结果由数据缓冲区经现场任务协调单元34的判断后通过工况局部总线36连接至系统总线10将数据由通讯模块4上传至企业级远程监控终端8或企业间远程监控终端9，并作为远程专家对系统运行状态正常与否的判断依据。 

现场场景监测单元31利用高速CCD摄像头6拍摄现场运行场景，其结果由数据缓冲区经现场任务协调单元34的判断后通过工况局部总线36连接至系统总线10将数据由通讯模块4上传至企业级远程监控终端8或企业间远程监控终端9，并作为远程专家对系统运行状态正常与否的判断依据。 

现场非织造布监测单元32利用高速CCD摄像头6按照一定的时间间隔，不断获取针刺固网设备加工过程中非织造布表面图像信息，其结果由数据缓冲区经现场任务协调单元34的判断后通过工况局部总线36连接至系统总线10将数据由通讯模块4上传至企业级远程监控终端8或企业间远程监控终端9，并作为远程专家对系统运行状态正常与否的判断依据。 

监测信息存储单元35保存现场状态监测模块2获得的监测数据或处理结果，其信息由数据缓冲区经现场任务协调单元34的判断后通过工况局部总线36连接至系统总线10将数据由通讯模块4上传至企业级远程监控终端8或企业间远程监控终端9，并作为远程专家对系统运行状态正常与否的判断依据。 

在和企业级远程监控终端8或企业间远程监控终端9进行通信时，通讯模块4首先检测网络连接是否存在，若存在则发出登陆请求进行远程监控或发送工况信息。企业级远程监控终端8响应远程登陆请求，并判断登陆请求。启动现场状态监测模块2、现场工况监测模块3中各个单元依次对现场工况信息、现场加工场景信息、现场非织造布信息、现场状态监测模块获得的监测数据或处理结果进行收集，并将结果送入特征信号分析单元26与加工工况知识库33进行分析，若通过现场分析得出结果，则由现场任务协调单元34将决策直接反馈现场控制，若不能通过现场分析得出结果，则按照现场任务协调单元34协调策略分别将结果发送至企业级远程监控终端8，完成最终决策并反馈控制。 

本实用新型监测装置是一种针刺机远程状态监测装置，主要包括中央控制模块1、现场状态监测模块2、远程状态监测模块3、通讯模块4、驱动程序模块5几个部分。除特征信号分析单元26以高速DSP处理器261为核心处理器外，其余部分与中央控制模块1共享高性能微处理器11。各模块之间经系统总线10连接，实现功能调用以及数据传输。各模块的协同运行，可构建对针刺机多种状态信号的开放式针刺机运行状态监测装置，并实  现基于工况特征参量的多对象针刺机远程状态监测。 

本实用新型监测装置能够充分利用高速发展的软硬件技术优势，不仅为远程监控终端提供不同加工工况下在线或离线状态信息，同时还可以对非织造布表面质量进行监测，丰富了远程监控的数据来源依据，一体化实现了对针刺机现场工况物理状态的监测，增强了系统集成度与功能扩展，并使系统具有了一定的智能性。 

本说明未述及之处适用于现有技术。 

Claims (1)

1.一种针刺机远程状态监测装置，其特征在于该监测装置包括通过系统总线连接的中央控制模块、现场状态监测模块、现场工况监测模块、通讯模块和驱动程序模块；其中，中央控制模块包括高性能微处理器；

所述现场状态监测模块包括通过状态局部总线相互连接的信号采集单元、尖峰信号缓冲单元，微弱信号特征提取单元、电流监测单元、电压监测单元和特征信号分析单元；所述尖峰信号缓冲单元由光电耦合器与电压频率转换装置构成，并经系统总线连接到中央控制模块；所述信号采集单元与测量系统平稳信号的信号传感器阵列相连接，信号采集单元配置有1至64通道；所述的特征信号分析单元以高速DSP处理器为核心，配置有FLASH存储器、大容量SDRAM存储器和专用芯片，专用芯片内固化有经典信号分析手段；

所述现场工况监测模块包括通过工况局部总线相连接的现场场景监测单元、现场非织造布监测单元、加工工况知识库、现场任务协调单元和监测信息存储单元；现场场景监测单元和现场非织造布监测单元还与高速CCD摄像头相连接；现场场景监测单元、现场非织造布监测单元、现场任务协调单元分别经与系统总线连接的通讯模块连接至企业级远程监控终端和企业间远程监控终端；

所述通讯模块与中央控制模块共用一个高性能微处理器，包括工业用接口芯片及接口、USB2.0接口芯片及接口和以太网接口芯片及接口；

所述驱动程序模块与中央控制模块共用一个高性能微处理器程序。 

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