孫 坤,姚玉瑩

(西安工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,陜西 西安710600)

紡織行業(yè)是我國(guó)的傳統(tǒng)行業(yè),針對(duì)生產(chǎn)車(chē)間織機(jī)多、人員多、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集海量等問(wèn)題進(jìn)行管理信息化升級(jí)。從傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化升級(jí)出發(fā),通過(guò)對(duì)織機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集及歷史數(shù)據(jù)的分析,研究開(kāi)發(fā)了一種織機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng),有效改善了織機(jī)管理效率低下、容易出錯(cuò)、人力資源利用率低、難以整體管理的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成,下位機(jī)利用MODBUS通訊協(xié)議與PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互并對(duì)數(shù)據(jù)持久化,然后通過(guò)TCP/IP協(xié)議將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)打包發(fā)送給上位機(jī),上位機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn),并通過(guò)故障樹(shù)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)判斷。下位機(jī)主要功能模塊包括PLC數(shù)據(jù)幀解析、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析采集、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、TCP/IP連接、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送。

PLC內(nèi)由相關(guān)傳感器采集織機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù),包括班組產(chǎn)量、單機(jī)臺(tái)產(chǎn)量、織機(jī)車(chē)速、溫度、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等相關(guān)數(shù)據(jù),上位機(jī)主要功能模塊包括接收數(shù)據(jù)解析、可視化呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)、實(shí)時(shí)狀態(tài)分析、生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤。前者為后者提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)采集中間件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)MODBUS通訊協(xié)議向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求,得到數(shù)據(jù)幀后進(jìn)行解析,數(shù)據(jù)幀包括地址域、功能碼、數(shù)據(jù)、差錯(cuò)校驗(yàn)。內(nèi)容主要有織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、單臺(tái)產(chǎn)量、運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、故障時(shí)間統(tǒng)計(jì)、當(dāng)日生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)與織機(jī)生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 主要技術(shù)

MODBUS通訊協(xié)議規(guī)定了主從機(jī)之間數(shù)據(jù)交換需要遵守的格式,并能保證主從機(jī)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不發(fā)生沖突,只要遵循MODBUS協(xié)議則不同品牌的主從機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)在QT開(kāi)發(fā)平臺(tái)下利用TCP套接字向不同PLC發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求,將得到的數(shù)據(jù)幀根據(jù)MODBUS數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行解析,并將解析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)并向上位機(jī)發(fā)送。

圖1 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

3 經(jīng)編織機(jī)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)功能模塊

主要模塊:(1)織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊 主要負(fù)責(zé)接收下位機(jī)傳送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行可視化顯示;(2)織機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè) 主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)車(chē)速、環(huán)境溫度、濕度等運(yùn)行參數(shù);(3)異常檢測(cè)模塊 主要負(fù)責(zé)根據(jù)獲取的運(yùn)行參數(shù)對(duì)織機(jī)運(yùn)行異常進(jìn)行判斷;(4)生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊 利用QT的MODEL/VIEW架構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行可視化查詢(xún)織機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 在線(xiàn)故障診斷技術(shù)

在線(xiàn)故障診斷包含三方面內(nèi)容:

(1)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)由傳感器、高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、控制計(jì)算機(jī)及監(jiān)測(cè)分析軟件等組成,特點(diǎn)是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)可以給出設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài),捕捉突發(fā)故障并進(jìn)行分析,能及時(shí)反映故障信息。

(2)檢測(cè)和診斷故障。是系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常后能對(duì)設(shè)備的狀態(tài)特征進(jìn)行分析和診斷,就是對(duì)采集到的織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析處理,從而對(duì)織機(jī)狀態(tài)進(jìn)行有效判別。

(3)預(yù)測(cè)故障。以設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)為起點(diǎn),結(jié)合歷史數(shù)據(jù),對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析和判斷,確定故障的類(lèi)型、原因、部位及程度,以便預(yù)先消除故障,保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

根據(jù)織機(jī)終端顯示的故障現(xiàn)象、織機(jī)結(jié)構(gòu)裝置分析和人機(jī)系統(tǒng)工程理論,設(shè)計(jì)的故障樹(shù)結(jié)構(gòu)之一如圖2所示。

將故障樹(shù)轉(zhuǎn)化為二叉樹(shù)形式,其中每個(gè)結(jié)點(diǎn)用編碼1或0代表故障現(xiàn)象或故障原因,1或0代表故障現(xiàn)象是與否的邏輯關(guān)系,故障樹(shù)編碼規(guī)則如下[2]:

(1)根節(jié)點(diǎn)即第一層故障現(xiàn)象為1,葉子節(jié)點(diǎn)都是故障原因,則最前面一位都是0;(2)用編碼首位1、0表示下一層是故障現(xiàn)象還是故障原因;(3)用編碼末位1、0表示故障現(xiàn)象“是”與“否”邏輯關(guān)系;(4)編碼長(zhǎng)度代表結(jié)點(diǎn)所在層;(5)從第n層到n+1層時(shí),去掉編碼首位,然后按照下一層是故障現(xiàn)象還是故障原因,用1或0補(bǔ)充第一位,末尾編碼規(guī)則不變。

例如,斷緯停車(chē)故障樹(shù)編碼形式如圖3所示:

圖3 斷緯停車(chē)故障樹(shù)編碼

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)編織機(jī)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析呈現(xiàn)到故障檢測(cè)等一系列服務(wù),上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接,即使不在生產(chǎn)車(chē)間,技術(shù)人員依然可以對(duì)織機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作,大大提升了操作人員的工作效率和管理效率,降低企業(yè)的人力成本。