菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法
2023-10-11 18:12:59 1
菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法
【專利摘要】本發明公開了一種菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，所述的方法包括以下步驟：(1)、通過數據採集系統在線實時採集物流系統整體運行狀態信息；(2)、針對普通物流設備，實現物流系統設備狀態的遠程實時監測，並進行故障診斷；(3)、針對關鍵物流設備，首先確定各關鍵物流設備故障原因的各種組合方式；然後診斷規則輸入故障診斷伺服器的SQL資料庫，作為故障經驗知識庫的來源；(4)、將故障診斷伺服器自動診斷得出的故障結果信息作為報警信息保存至故障報警記錄庫，且同時觸發無線報警模塊，以短消息方式將故障信息第一時間告知當值設備維護人員。本發明有效降低了菸草物流系統故障突發率，提高故障維修效率，降低設備維護成本。
【專利說明】菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及物流系統的運行狀態監測與故障診斷領域，具體涉及一種菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法。
【背景技術】
[0002]菸草物流系統是一種複雜的綜合性生產物流系統，具有一定的特殊性。由於捲菸廠利稅相對較高，尤其捲菸年產量在50萬箱以上的大型捲菸工廠技術改造起點和目標定位都很高，加之資金充足，其物流系統引領了工業先進水平，一些技術含量高的物流設備在菸草行業得到率先應用，如穿梭車、立體高架倉庫、工業機器人、自動導引車(AGV)等在煙廠物流系統中都得到了廣泛應用。目前應用於菸草行業的現代物流控制系統更多的偏重於對所管理的物品進行跟蹤、統計和分析，對設備運行情況卻缺乏卓有成效的故障監控、及預警功能，缺乏對設備可靠的運行統計，無法提供完善的運行分析數據，無法為維護人員提供必要的故障診斷輔助功能，從而導致維護人員在進行設備維護保養時常處於被動，維修及保養效率低下。
[0003]隨著菸草企業生產規模的擴大、產品品種的增加、先進設備的引入，自動化程度不斷提高，這也勢必對菸草物流系統設備本身的維護保養和安全管理提出了更高的要求。日益激烈的市場競爭也使眾多菸草企業更加重視設備維護管理，以降低企業生產成本，提高產品競爭力。為保證物流系統安全、經濟、穩定運行，物流設備的故障監測診斷將從以時間為基準的方式轉變到以狀態為基準的方式，其內容包括狀態監測與故障診斷兩個方面:前者通過提取故障的特徵信號為狀態維修提供檢修依據，後者則分析、處理所採集的狀態信息。現階段由於三維監控技術尚未成熟而且成本偏高，國內面向菸草物流系統的狀態監測仍多採用Intouch、wincc、iFIX等二維組態軟體，Intouch —種工業自動化組態軟體，Wonderware公司產品。相關系統如基於Intouch軟體的菸草物流自動化監控系統、基於Intouch9.0組態軟體的制絲生產線監控系統、青島菸捲煙廠的iFIX制絲線監控系統、濟南將軍菸草集團的基於wincc的鏈條爐監測系統等。這些系統功能齊全，性能穩定，在實際生產中發揮了具體作用；但是界面粗糙、直觀性差、可視化程度低，極大地降低了系統的實用性。隨著故障診斷技術的不斷成熟以及在我國航空、化工、冶金、電力等行業的成功應用，面向菸草行業的設備故障診斷系統也正如雨後春筍般的萌芽產生，相關系統如基於Web的菸草機械遠程故障診斷服務系統、雲南昆船設計研究院開發的菸草設備狀態監測和預測維護系統、青島市局開發的倉儲分揀設備故障監測系統、蘭州交通大學機電技術研究所研究的有軌巷道堆垛機故障診斷系統等，這些系統具有簡易的故障監測、診斷或預測功能，在一定程度上提高了設備故障維修效率和降低了設備故障率；但是對於突發故障、複雜故障無法進行深入分析和精確診斷，不能給維修人員提供有效的故障處理幫助。
【發明內容】
[0004]本發明克服了現有技術的不足，提供一種菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法與系統，其可以實現對菸草物流設備狀態的綜合性評估，提高菸草物流設備故障診斷的準確性。
[0005]為解決上述的技術問題，本發明採用以下技術方案:
[0006]一種菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，所述的方法包括以下步驟:
[0007](I)、通過數據採集系統在線實時採集物流系統整體運行狀態信息；
[0008](2)、針對普通物流設備，以採集的運行狀態數據為基礎，採用基於Intouch的可視化物流監控方法，組態實現物流系統設備狀態的遠程實時監測，並採用簡易比較故障診斷方法進行故障診斷；
[0009](3)、針對關鍵物流設備，首先根據各關鍵物流設備的運行原理和電氣原理，在獲知各關鍵物流設備基本失效模式的基礎上，建立各關鍵物流設備的故障樹，分析可能造成各關鍵物流設備故障的各種因素，確定各關鍵物流設備故障原因的各種組合方式；然後依據各關鍵物流設備故障樹中故障傳播的層次和父、子節點間的因果關係，採用「IF THEN」型的診斷規則來體現各個父、子節點間的正向因果關係鏈，並將所述診斷規則輸入故障診斷伺服器的SQL資料庫，作為故障經驗知識庫的來源；針對各關鍵物流設備新的突發故障問題，通過對各關鍵物流設備的故障數據進行實時在線分析獲得各關鍵物流設備故障數據流中的特徵信息，將所述的特徵信息進行規則匹配，採用基於故障樹與規則推理的故障診斷方法對物流系統各關鍵物流設備進行故障診斷:通過推理匹配故障經驗知識庫中的知識或規則，獲得與各關鍵物流設備新的突發故障問題具有最相似特徵的信息，解決診斷問題；
[0010](4)、將故障診斷伺服器自動診斷得出的故障結果信息作為報警信息保存至故障報警記錄庫，且同時觸發無線報警模塊，以短消息方式將故障信息第一時間告知當值設備維護人員。
[0011]更進一步的技術方案是步驟(I)所述的數據採集系統通過現場物流設備控制器實時收集、匯總設備運行數據，採用OPC技術，結合OPC伺服器所支持的訪問機制，故障診斷伺服器通過自主編寫了 OPC客戶端，實現相關應用軟體與底層不同類型物流設備間信息的實時交互。
[0012]更進一步的技術方案是步驟(2)所述的基於Intouch的可視化物流監控方法藉助監控工作站實現，其步驟包括:
[0013]A.根據現場設備實際布局狀況，確定監控界面所需的界面元素及其在Intouch中的布局信息；
[0014]B.採用SolidWorks繪製生產現場設備以及對監控界面進行整體布局，採用3DMax對所繪製的位圖進行渲染，並將其作為圖形界面元素導入Intouch ；
[0015]C.根據數據採集系統採集的現場設備運行狀態數據，將生產現場設備狀態信息與Intouch中的界面元素的狀態信息相匹配。
[0016]更進一步的技術方案是步驟(2)所述的簡易比較故障診斷方法是針對煙箱輸送過程中煙箱堆積、輸送機不動作以及光電檢測失準的簡易故障，根據煙箱實際傳輸速度，在監控界面煙箱輸送線路的各輸送機和光電檢測之間設置響應時間閾值，通過監測前一光電管或輸送機動作後在給定閾值時間內下一光電管或輸送機是否正常動作來判斷所述簡易故障是否發生，若檢測出有故障發生，則立即報警。
[0017]更進一步的技術方案是步驟(3)中推理匹配方法包括:當為單故障診斷推理，則採用啟發式規則搜索，根據故障樹中所述單故障前後相關的知識信息，進行快速診斷；當為複雜故障診斷推理，則採用概率優先規則搜索，根據所述複雜故障在其相關故障樹中的子節點概率大小順序進行全面診斷。
[0018]更進一步的技術方案是步驟(3)還包括所述設備維護人員藉助現場操作終端隨時訪問查看故障診斷伺服器自動診斷得出的故障結果信息；所述故障診斷伺服器在進行故障診斷之後，根據故障經驗知識庫對當前故障給出相關的處理建議和操作流程，以輔助設備維護人員進行故障修復步驟。
[0019]更進一步的技術方案是步驟(3)還包括:當設備維護人員藉助現場操作終端故障修復時，如果診斷結果與實際故障情況不同，設備維護人員根據維修實際情況修正故障結果信息，所述故障診斷伺服器自動將最終保存的故障處理結果信息上傳至所述的故障經驗知識庫步驟。
[0020]更進一步的技術方案是故障經驗知識庫還包括專家經驗知識以及設備操作流程、安全操作規範、日常保養守則中的一種或幾種技術文檔。
[0021]更進一步的技術方案是步驟(2)中所述的普通物流設備包括煙箱輸送鏈機、輸送輥機、提升機等煙箱輸送設備以其附屬的檢測光電管；步驟(3)中所述的關鍵物流設備包括碼垛機器人、穿梭車、堆垛機以及碼分機。
[0022]更進一步的技術方案是無線報警模塊採用GSM無線模塊，所述GSM無線模塊通過串口與所述故障診斷伺服器相連；所述的故障診斷伺服器與所述現場物流設備控制器之間通過工業乙太網連接。
[0023]與現有技術相比，本發明的有益效果是:(I)本發明採用OPC技術，結合OPC伺服器所支持的訪問機制，通過自主編寫OPC客戶端，在線實時獲取現場物流設備運行狀態數據，可有效解決系統應用軟體與底層不同類型設備間信息交互的問題，實現了上位機監控軟體、故障診斷軟體與現場物流設備之間的通訊，到達了系統各模塊之間數據實時傳輸的目的。
[0024](2)本發明提出的基於Intouch的可視化物流監控方法，以Intouch組態軟體為平臺，結合三維動態製圖方法，組態實現菸草物流系統設備狀態的遠程實時監測，解決了原有設備監控系統功能單一、界面粗糙、信息缺失、實時性差的問題。採用將三維製圖軟體(3DMax、SoIidworks)繪製渲染的位圖導入組態軟體的方法,大大增強了 Intouch組態可視化效果和組態動畫的實效性。
[0025](3)本發明突破了物流設備診斷知識獲取困難、知識量少的瓶頸。能夠自動地獲取診斷經驗而無需人工總結和輸入，大大提高了診斷效率和準確性，降低了診斷成本。
[0026](4)本發明面向菸草物流系統，提出了基於故障樹與規則匹配的物流系統故障診斷方法，可有效解決穿梭車、堆垛機等物流設備故障診斷困難、停機時間長、維修工作收效甚微的問題，極大填補我國菸草行業物流設備智能故障診斷的空白，有效降低了菸草物流系統故障突發率，提高故障維修效率，降低設備維護成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明一個實施例實施整體結構示意圖。
[0028]圖2為本發明一個實施例的實施流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明作進一步闡述。
[0030]如圖1、圖2所示，本發明一個實施例菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法:
[0031]本方法藉助於監控工作站、故障診斷伺服器、現場操作終端、無線報警模塊以及物流設備控制器實現，故障診斷伺服器與現場物流設備控制器之間通過工業乙太網連接。監控工作站通過遠程桌面方式訪問所述故障診斷伺服器，兩者之間通過工業乙太網連接。現場操作終端可以為帶Windows系統的平板電腦，但並不僅限於此，現場操作終端通過遠程桌面方式訪問所述故障診斷伺服器，兩者之間通過wifi無線網絡連接通信。本實施例的方法包括如下步驟:
[0032](I)通過數據採集系統在線實時採集物流系統整體運行狀態信息；本步驟中數據採集系統通過現場物流設備控制器實時收集、匯總設備運行數據，採用OPC技術，結合OPC伺服器所支持的訪問機制，故障診斷伺服器通過自主編寫了 OPC客戶端，實現相關應用軟體與底層不同類型物流設備間信息的實時交互。優選的，相關應用軟體包括上位機Intouch監控軟體和自主編寫的故障診斷軟體，且均安裝於故障診斷伺服器上。
[0033](2)針對普通物流設備，具體的實施方案是，本步驟中普通物流設備包括煙箱輸送鏈機、輸送輥機、提升機等煙箱輸送設備以其附屬的各類檢測光電管。以採集的運行狀態數據為基礎，採用基於Intouch的可視化物流監控方法，組態實現物流系統設備狀態的遠程實時監測，並採用簡易比較故障診斷方法進行故障診斷；具體的實施方案是，本步驟中基於Intouch的可視化物流監控方法藉助監控工作站實現,其步驟包括:
[0034]A.根據現場設備實際布局狀況，確定監控界面所需的界面元素及其在Intouch中的布局信息；
[0035]B.採用SolidWorks繪製生產現場設備以及對監控界面進行整體布局；採用3DMax進行渲染；將經過渲染後的位圖作為圖形界面元素導入Intouch ；
[0036]C.根據數據採集系統採集的現場設備運行狀態數據，將生產現場設備狀態信息與Intouch中的界面元素的狀態信息相匹配。
[0037]進一步的，對於本步驟中，簡易比較故障診斷方法指針對煙箱輸送過程中煙箱堆積、輸送機不動作以及光電檢測失準等簡易故障，根據煙箱實際傳輸速度，在監控界面煙箱輸送線路的各輸送機和光電檢測之間設置響應時間閾值，通過監測前一光電管或輸送機動作後在給定閾值時間內下一光電管或輸送機是否正常動作來判斷所述簡易故障是否發生，一旦檢測出有故障發生，則立即報警。
[0038](3)針對關鍵物流設備，具體的實施方案是，本步驟中關鍵物流設備包括碼垛機器人、穿梭車、堆垛機以及碼分機。首先採用故障樹分析法，根據各關鍵物流設備的運行原理和電氣原理，在弄清楚各關鍵物流設備基本失效模式的基礎上，建立各關鍵物流設備的故障樹，分析可能造成各關鍵物流設備故障的各中因素，確定各關鍵物流設備故障原因的各種組合方式；然後採用規則模型，依據各關鍵物流設備故障樹中故障傳播的層次和父、子節點間的因果關係，採用「 IF THEN」型的診斷規則來體現各個父、子節點間的正向因果關係鏈，並將所述診斷規則輸入故障診斷伺服器的SQL資料庫，作為故障經驗知識庫的來源；優選的，故障經驗知識庫還包括專家經驗知識以及設備操作流程、安全操作規範、日常保養守則等技術文檔。針對各關鍵物流設備新的突發故障問題，通過對各關鍵物流設備的故障數據進行實時在線分析獲得各關鍵物流設備故障數據流中的特徵信息，將所述的特徵信息進行規則匹配，採用基於故障樹與規則推理的故障診斷方法對物流系統各關鍵物流設備進行故障診斷:通過推理匹配故障經驗知識庫中的知識或規則，獲得與各關鍵物流設備新的突發故障問題具有最相似特徵的信息，解決診斷問題。具體的實施方案是，推理匹配方法包括:當單故障診斷推理，則採用啟發式規則搜索，根據故障樹中所述單故障前後相關的知識信息，進行快速診斷；當為複雜故障診斷推理，則採用概率優先規則搜索，根據所述複雜故障在其相關故障樹中的子節點概率大小順序進行全面診斷。優選的實施方案是，設備維護人員可藉助現場操作終端隨時訪問查看故障診斷伺服器自動診斷得出的故障結果信息；所述故障診斷伺服器在進行故障診斷之後，根據故障經驗知識庫對當前故障給出相關的處理建議和操作流程，以輔助設備維護人員進行故障修復。當設備維護人員藉助現場操作終端故障修復時，如果診斷結果與實際故障情況有出入，設備維護人員可自行根據維修實際情況修正故障結果信息，所述故障診斷伺服器自動將最終保存故障處理結果信息上傳至所述的故障經驗知識，從而更新豐富故障經驗知識庫，不斷提高診斷準確性。
[0039](4)將故障診斷伺服器自動診斷得出的故障結果信息作為報警信息保存至故障報警記錄庫，且同時觸發無線報警模塊，以短消息方式將故障信息第一時間告知當值設備維護人員。本步驟中無線報警模塊採用GSM無線模塊，GSM無線模塊通過串口與故障診斷伺服器相連。
[0040]在本說明書中所談到的「一個實施例」、「另一個實施例」、「實施例」、等，指的是結合該實施例描述的具體特徵、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一個實施例描述一個具體特徵、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特徵、結構或者特點也落在本發明的範圍內。
[0041]儘管這裡參照發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則範圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開權利要求的範圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對於本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【權利要求】
1.一種菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於:所述的方法包括以下步驟: (1)、通過數據採集系統在線實時採集物流系統整體運行狀態信息； (2)、針對普通物流設備，以採集的運行狀態數據為基礎，採用基於Intouch的可視化物流監控方法，組態實現物流系統設備狀態的遠程實時監測，並採用簡易比較故障診斷方法進行故障診斷； (3)、針對關鍵物流設備，首先根據各關鍵物流設備的運行原理和電氣原理，在獲知各關鍵物流設備基本失效模式的基礎上，建立各關鍵物流設備的故障樹，分析可能造成各關鍵物流設備故障的各種因素，確定各關鍵物流設備故障原因的各種組合方式；然後依據各關鍵物流設備故障樹中故障傳播的層次和父、子節點間的因果關係，採用「IF THEN」型的診斷規則來體現各個父、子節點間的正向因果關係鏈，並將所述診斷規則輸入故障診斷伺服器的SQL資料庫，作為故障經驗知識庫的來源；針對各關鍵物流設備新的突發故障問題，通過對各關鍵物流設備的故障數據進行實時在線分析獲得各關鍵物流設備故障數據流中的特徵信息，將所述的特徵信息進行規則匹配，採用基於故障樹與規則推理的故障診斷方法對物流系統各關鍵物流設備進行故障診斷:通過推理匹配故障經驗知識庫中的知識或規貝U，獲得與各關鍵物流設備新的突發故障問題具有最相似特徵的信息，解決診斷問題； (4)、將故障診斷伺服器自動診斷得出的故障結果信息作為報警信息保存至故障報警記錄庫，且同時觸發無線報警模塊，以短消息方式將故障信息第一時間告知當值設備維護人員。
2.根據權利要求1所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的步驟(1)所述的數據採集系統通過現場物流設備控制器實時收集、匯總設備運行數據，採用0PC技術，結合0PC伺服器所支持的訪問機制，故障診斷伺服器通過自主編寫了 0PC客戶端，實現相關應用軟體與底層不同類型物流設備間信息的實時交互。
3.根據權利要求1所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的步驟(2)所述的基於Intouch的可視化物流監控方法藉助監控工作站實現，其步驟包括: A.根據現場設備實際布局狀況，確定監控界面所需的界面元素及其在Intouch中的布局信息； B.採用SolidWorks繪製生產現場設備以及對監控界面進行整體布局，採用3DMax對所繪製的位圖進行渲染，並將其作為圖形界面元素導入Intouch ； C.根據數據採集系統採集的現場設備運行狀態數據，將生產現場設備狀態信息與Intouch中的界面元素的狀態信息相匹配。
4.根據權利要求1所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的步驟(2)所述的簡易比較故障診斷方法是針對煙箱輸送過程中煙箱堆積、輸送機不動作以及光電檢測失準等簡易故障，根據煙箱實際傳輸速度，在監控界面煙箱輸送線路的各輸送機和光電檢測之間設置響應時間閾值，通過監測前一光電管或輸送機動作後在給定閾值時間內下一光電管或輸送機是否正常動作來判斷所述簡易故障是否發生，若檢測出有故障發生，則立即報警。
5.根據權利要求1所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的步驟(3)中推理匹配方法包括:當為單故障診斷推理，則採用啟發式規則搜索，根據故障樹中所述單故障前後相關的知識信息，進行快速診斷；當為複雜故障診斷推理，則採用概率優先規則搜索，根據所述複雜故障在其相關故障樹中的子節點概率大小順序進行全面匹配診斷。
6.根據權利要求1所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的步驟(3)還包括所述設備維護人員藉助現場操作終端隨時訪問查看故障診斷伺服器自動診斷得出的故障結果信息；所述故障診斷伺服器在進行故障診斷之後，根據故障經驗知識庫對當前故障給出相關的處理建議和操作流程，以輔助設備維護人員進行故障修復步驟。
7.根據權利要求6所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的步驟(3)還包括:當設備維護人員藉助現場操作終端故障修復時，如果診斷結果與實際故障情況不同，設備維護人員根據維修實際情況修正故障結果信息，所述故障診斷伺服器自動將最終保存的故障處理結果信息上傳至所述的故障經驗知識庫步驟。
8.根據權利要求1或7所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的故障經驗知識庫還包括專家經驗知識以及設備操作流程、安全操作規範、日常保養守則中的一種或幾種技術文檔。
9.根據權利要求1所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於所述的步驟(2)中所述的普通物流設備包括煙箱輸送鏈機、輸送輥機、提升機等煙箱輸送設備以其附屬的檢測光電管；步驟(3)中所述的關鍵物流設備包括碼垛機器人、穿梭車、堆垛機以及碼分機。
10.根據權利要求2所述的菸草物流系統運行狀態監測及故障診斷方法，其特徵在於步驟(4)中所述的無線報警模塊採用GSM無線模塊，所述GSM無線模塊通過串口與所述故障診斷伺服器相連；所述的故障診斷伺服器與所述現場物流設備控制器之間通過工業乙太網連接。
【文檔編號】G06Q50/28GK104267711SQ201410609967
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】張寶, 廖倫彪, 李學軍, 楊豐, 陶栩, 周向陽, 孫長建 申請人:四川菸草工業有限責任公司