一种卷包车间在线检测设备状态监控系统的制作方法

本发明涉及卷烟生产技术领域，具体涉及一种卷包车间在线检测设备状态监控系统。

背景技术：

在现代中式卷烟的生产工艺中，卷烟生产包括制丝和卷包两个主要过程，制丝负责原料的加工过程，而卷包负责烟支成型及卷烟成品包装的加工任务。其中，卷包的加工工艺主要包括卷烟喂丝、烟支卷制、滤嘴接装及卷烟的盒、条、箱的包装等重要工序，卷包工艺任务主要是充分发挥生产设备的运行效率，按照卷烟工艺规范及相关质量标准，将合格的烟丝卷制成合格的烟支，并接上过滤嘴，采用不同包装材料以及包装机械，将合格的烟支包装成小包、条包等成品，以便于卷烟的存储、运输及销售。

随着科学技术的快速发展，现代检测装置技术已在烟草行业中广泛应用，其对降低资源消耗、提高劳动生产率起到了十分关键的作用。这使得设备的自动化程度提高，设备间的关联度提高，让设备之间对应关系变得更加复杂，检测设备的停机故障定位及诊断困难，缺乏系统级设备诊断技术及预警技术，造成系统和硬件故障难以发现引起维修响应滞后带来产品质量隐患。由于卷包车间位置分散，使独立运行的在线检测设备的运行状态和产品缺陷数据无法集中分析和集中管理。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题，提出了一种卷包车间在线检测设备状态监控系统，用于解决现有技术中由于卷包车间位置分散，使独立运行的在线检测设备的运行状态和产品缺陷数据无法集中分析和集中管理的问题。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种卷包车间在线检测设备状态监控系统，包括监控子系统和多组检测系统，每组检测系统包括多个检测设备，所述检测设备包括检测设备工控机和与检测设备工控机连接的检测相机、条包箱到位传感器和剔除机构；所述监控子系统包括服务器、pc终端、多个终端监测器、多个监控模块喝多个监控系统工控机；所述检测设备工控机上安装有所述监控模块，每组检测系统均对应一个所述终端监测器和一个所述监控系统工控机；所述终端监测器的输入端连接其对应检测系统内的检测设备工控机、条包箱到位传感器和剔除机构，所述终端监测器的输出端连接与其对应同一组检测系统的监控系统工控机的输入端，所述监控系统工控机与服务器通过无线网络连接，服务器和pc终端也通过无线网络连接；

所述终端监测器采集各检测设备的数据，监测检测设备的运行状态和质量缺陷数据；

所述监控模块用于监控检测设备工控机和检测相机的运行状态和质量缺陷数据；

所述监控系统工控机采集与其对应同一组检测系统的终端监测器中的原始数据和部分已处理数据，包括检测设备的运行状态和分析数据、故障告警、故障历史记录和生产质量信息；

服务器通过监控系统工控机采集全厂检测设备的原始数据和部分已处理数据。

所述剔除机构包括气缸和剔除机构到位传感器，所述气缸紧靠条包箱到位传感器设置，所述剔除机构到位传感器设置在气缸推杆的行程终点处，所述检测设备工控机的输出端连接检测相机和气缸，所述检测设备工控机的输入端连接检测相机、条包箱到位传感器和剔除机构到位传感器；所述剔除机构到位传感器的输出端连接其所在检测系统对应的终端监测器。

本发明所述终端监测器获取条包箱到位传感器和剔除机构到位传感器的电压、时间信号和所属检测系统代码，并发送给服务器，服务器做批量数据时间比对，在收到条包箱到位传感器的到位信号的1秒内，若产生了外观缺陷的照片，而没有收到对应剔除机构到位传感器的信号，则认为该剔除机构到位传感器故障。

本发明所述监控模块通过监控检测相机和检测设备工控机之间的心跳连接，判断检测相机是否在线；通过监控检测相机和检测设备工控机之间的视频图片码流，判断检测相机是否在拍照。如果一个相机既没有心跳，也没有视频图片码流，则说明相机故障或相机和检测设备工控机之间的网线或数据线脱落松动。如果有心跳，但没有视频图片，则相机拍照功能故障或没有被触发拍照。

本发明所述监控模块读取检测设备工控机识别到的有外观缺陷的照片信息，通过终端监测器传递到服务器，服务器统计缺陷列表并生成缺陷趋势图；若缺陷数量超出设置的阈值，则生成告警。

优选地，所述照片信息包括文件名、文件路径、图片生成时间和镜头号。

本发明的监控系统还包括与服务器无线连接的移动终端。

本发明所述的服务器汇总每个监控系统工控机发来的监测信息(当前检测系统的状态信息和诊断出来的故障信息)，以及检测系统所检测到的缺陷照片信息，并按照检测设备运行状态信息、产品质量缺陷信息、趋势分析三大类进行分类处理保存，供历史数据统计分析与查询。

优选地，所述服务器的历史数据分析包括：

(1)一段时间内检测设备发生故障机组占比、发生故障设备占比、故障类型占比。

(2)通过故障历史记录和实时故障数据对比分析和长期发展的趋势分析。

(3)统计所有检测设备所检测质量缺陷的总数量，进行阈值分析预警。

(4)分析一段时间内发生缺陷的设备占比、缺陷的机组占比。

(5)通过质量缺陷历史记录和实时质量缺陷数据对比分析和长期发展的趋势分析。

本发明所述的监控系统工控机在检测设备不产生运行数据或者高于预警范围时产生报警，形成故障报警信息；服务器对历史故障信息进行统计分析，统计检测设备在一段时间内发生故障的次数和易发的故障；针对质量缺陷数据进行统计分析，分析一段时间缺陷总数量和发生质量缺陷较多的时间段。

本发明的有益效果在于：

1、本发明针对卷包车间位置分散、独立运行的在线检测设备，建设一套监控系统，采用本地报警、远程监控与报警及远程预警方式，对检测设备的运行状态实时监控，实现运行异常的远程和本地报警、远程质量预警，有效解决检测设备各类故障无报警提示、系统和硬件故障难以发现引起维修响应滞后带来产品的质量隐患。

2、该监控系统具有远程集中分析检测设备运行趋势和质量缺陷分析统计趋势等功能，实现对检测设备的运行状态和产品缺陷数据集中分析、集中管理。

3、能提高发现故障的及时率和维修响应速度，有效解决检测设备运行过程中发生故障后无法及时发现、有缺陷的烟品没有被检测出来和检测出缺陷产品没有被剔除的生产问题。

附图说明

图1为本发明卷包车间在线检测设备状态监控系统架构图；

图2为本发明卷包车间在线检测系统的控制原理图；

图3为本发明一检测系统组的监控原理图；

图4为绵阳卷烟厂卷包车间在线检测设备状态监控系统生成的检测设备故障趋势图；

图5为绵阳卷烟厂卷包车间在线检测设备状态监控系统生成的产品缺陷告警趋势图。

具体实施方式

为了更加清楚、详细地说明本发明的目的技术方案，下面通过相关实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为具体说明本发明的实施方法，并不限定本发明的保护范围。

卷包车间的多台在线检测系统在运行过程中发生故障很难被发现，且检测设备中检测的缺陷数据没有进行缺陷预警和趋势分析。本发明开发的监控系统专门用于监控检测系统和剔除机构是否在正常工作，当检测系统和剔除机构发生故障时及时告警并诊断出原因，以解决检测设备运行过程中发生故障后无法及时发现、有缺陷的烟品没有被检测出来和检测出缺陷产品没有被剔除的生产问题。并在现场和远程报警，防止检测系统发生故障而无人知晓，提高发现故障的及时率和维修响应速度。

实施例1：

如附图1-3所示，一种卷包车间在线检测设备状态监控系统，包括监控子系统和多组检测系统，每组检测系统包括多个检测设备，所述检测设备包括检测设备工控机和与检测设备工控机连接的检测相机、条包箱到位传感器、剔除机构；所述监控子系统包括服务器、pc终端和多个终端监测器、监控模块、监控系统工控机；所述检测设备工控机上设有所述监控模块，每个检测系统均对应一个所述终端监测器，每组检测系统均对应一个监控系统工控机；所述终端监测器的输入端连接对应检测系统内检测设备工控机、条包箱到位传感器和剔除机构，所述终端监测器的输出端连接对应检测系统组的监控系统工控机的输入端，所述监控系统工控机与服务器通过无线网络连接，服务器和pc终端也通过无线网络连接；

所述终端监测器采集各检测设备的数据，监测检测设备的运行状态和质量缺陷数据；

所述监控模块用于监控检测设备工控机和检测相机的运行状态和质量缺陷数据；

所述监控系统工控机采集该组终端监测器中的原始数据和部分已处理数据，包括检测设备的运行状态和分析数据、故障告警、故障历史记录和生产质量信息；

服务器通过监控系统工控机采集全厂检测设备的原始数据和部分已处理数据。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述剔除机构包括气缸和剔除机构到位传感器，所述气缸紧靠条包箱到位传感器设置，所述剔除机构到位传感器设置在气缸推杆的行程终点处，所述检测设备工控机的输出端连接检测相机和气缸，所述检测设备工控机的输入端连接检测相机、条包箱到位传感器和剔除机构到位传感器；所述剔除机构到位传感器的输出端连接对应的终端监测器。设置剔除机构到位传感器(即推杆到位传感器)用于控制气缸的推杆到位，若推杆行程到达指定位置，剔除机构到位传感器感应到位置信号发送给检测设备工控机，命令气缸推杆缩回到初始位置。剔除机构到位传感器连接终端监测器，返回推杆到位信号给终端监测器，可时实监测剔除机构是否正常运行。

检测系统有小包检测、条包检测、五轮检测、箱缺条检测等，这些系统可购自不同厂家。不同类型的检测系统所接入的控制信号数量、种类、用途不同，及各个信号的处理过程也不同。同类型的检测系统，不同厂家在产品的技术实现上也不同，包括控制信号数量、用途及处理过程不同。因此，要监控检测系统是否在正常工作，并进行故障报警和精确的故障定位，需要根据不同厂家、不同种类的检测系统的工作原理，研制出相应的、专业的监控系统，对工作过程中的每个控制信号进行监控。为使监控系统平台化、统一化，对不同厂家、不同检测系统的工作原理和产品进行抽象。经过抽象，发现这些检测系统都包括检测设备工控机、检测相机、条包箱到位传感器、剔除机构等设备，且工作原理都是相同的，工作原理见图2。

各检测系统的总体检测过程如下：

1)在检测设备工控机上，运行相应的检测软件；

2)在条包箱需要作外观检测的检测位置，安装上相应的检测相机对该位置照相，用网线或数据线将检测相机连接到检测设备工控机上，将检测相机所拍摄的照片传送给检测设备工控机，由检测设备工控机上的检测软件对照片作图像识别，识别条包箱外观有无缺陷。检测相机和工控机上的检测软件之间有相应的通信控制协议，实现相互间的握手和图片传送；

3)检测系统装有控制板，有i/o输入输出端口。在输入口上接入外部传感器或外部信号(如条包箱到位的传感器信号)，输出端口上接入待控制的设备(如相机、电磁阀等)。通过输入信号可以检测到待检物品(小包、条包、箱条等)的到位信号后，通过输出口端口触发相机拍照或触发电磁阀启动气缸推动将缺陷物品推出去；

4)检测到条包箱到位后，触发输出相机控制信号，触发相机拍照，相机在拍完照后，将照片发送到检测设备工控机上，检测软件对传来的照片进行图像识别；

5)如果检测软件识别到照片有外观缺陷，将该缺陷照片按约定格式(文件名为时分秒-1秒内序号-测点编号)保存到约定的文件目录中(按年月日建立目录)。同时，通过控制板的输出端口向剔除机构发出剔除控制信号；

6)剔除机构收到剔除控制信号后，完成剔除动作；

实施例3：

在实施例1的基础上，所述监控模块通过监控检测相机和检测设备工控机之间的心跳连接，判断检测相机是否在线；通过监控检测相机和检测设备工控机之间的视频图片码流，判断检测相机是否在拍照。如果一个相机既没有心跳，也没有视频图片码流，则说明相机故障或相机和检测设备工控机之间的网线或数据线脱落松动。如果有心跳，但没有视频图片，则相机拍照功能故障或没有被触发拍照。

实施例4：

在实施例1的基础上，所述监控模块通过监控检测相机和检测设备工控机之间的心跳连接，判断检测相机是否在线；通过监控检测相机和检测设备工控机之间的视频图片码流，判断检测相机是否在拍照。如果一个相机既没有心跳，也没有视频图片码流，则说明相机故障或相机和检测设备工控机之间的网线或数据线脱落松动。如果有心跳，但没有视频图片，则相机拍照功能故障或没有被触发拍照。

所述监控模块读取检测设备工控机识别到的有外观缺陷的照片信息，通过终端监测器传递到服务器，服务器统计缺陷列表并生成缺陷趋势图；若缺陷数量超出设置的阈值，则生成告警。

所述照片信息包括文件名、文件路径、图片生成时间和镜头号。

实施例5：

在实施例4的基础上，所述终端监测器获取条包箱到位传感器和剔除机构到位传感器的电压、时间信号和所属检测系统代码，并发送给服务器，服务器做批量数据时间比对，在收到条包箱到位传感器的到位信号的1秒内，若产生了外观缺陷的照片，而没有收到对应剔除机构到位传感器的信号，则认为该剔除机构到位传感器故障。

本发明的监控系统还包括与服务器无线连接的移动终端。

本发明针对绵阳卷烟厂卷包车间位置分散、独立运行的32台在线检测系统，现场车间一共16个机组，即16组检测系统，其中12个小盒包装生产机组(小包外观检测12台和五轮检测12台)和4个条箱封装机组(箱缺条检测4台和条外观检测4台)，建设一套监控系统。对32台检测系统的运行状态实时监控，实现运行异常的远程和本地报警、远程质量预警、远程集中分析检测设备运行趋势和质量缺陷分析统计趋势等功能。

在每台检测系统的检测设备工控机上安装监控软件，每台检测系统均对应一个终端监测器，即网关设备，共安装32台终端监测器，终端监测器有多个线路接口，输入端分别连接条包箱到位传感器、剔除机构到位传感器和检测设备工控机。每个机组均对应一台监控系统工控机，共计16台监控系统工控机。终端监测器采集不同部位监测到的运行信息并通过can总线将监测到的信息数据传给对应机组的监控系统工控机；监控系统工控机将信息再通过车间wifi传送给工厂内网服务器，服务器对每机组机台监控系统的信息数据进行汇总储存分析，通过pc端和移动端呈现整厂设备的健康状态和运行趋势。

监控系统工作原理：

1、在检测设备工控机上安装监控软件，在windows操作系统下，通过进程监控监测检测系统的软件是否正常运行，如果监控不到检测软件的进程，说明检测软件没有运行或死机；

2、监控软件通过监控检测相机和检测设备工控机之间的心跳连接，监测相机是否在线；监控软件通过监测检测相机和检测设备工控机之间的视频图片码流，监测相机是否在拍照；如果一个相机既没有心跳，也没有视频图片码流，则说明相机故障或相机和检测设备工控机之间的网线或数据线脱落松动。如果有心跳，但没有视频图片，则相机拍照功能故障或没有被触发拍照。

3、监控软件通过检测设备工控机提取缺陷图片数据(缺陷产生时间、缺陷数量和缺陷拍照镜头位置)。

4、终端监测器接入条包箱到位信号、剔除机构到位信号(推杆行程到位信号)、工控机上监控软件的监控数据情况，并通过监控系统工控机发送给服务器，服务器做批量数据时间比对，在收到条包箱到位信号的1秒内，若产生了外观缺陷的照片，而没有收到对应剔除机构到位信号，则认为该剔除机构到位传感器故障。

当检测设备出现摄像头掉线、软件系统死机或者对烟包不检测等故障时，监控系统工控机可进行故障提示，并显示故障信息内容，同时pc终端和移动终端进行远程报警，实现检测设备精准维护。

服务器将小包检测设备、五轮检测设备、箱缺条检测设备和条包检测设备按照质量缺陷图片名称信息数据(包括缺陷产品产生的时间、缺陷产品数量和缺陷产生的镜头部位)进行分析，当缺陷数量超出预警阈值范围进行产品缺陷预警。并可通过缺陷产品产生的时间和缺陷产品数量可统计分析一定时间内发生缺陷产品的频率和长期发展的趋势，可以有依据的进行设备评估管理，及时提醒维修人员调整管理，提高科学性的维修管理。

服务器汇总每个监控系统工控机发来的监测信息(当前检测系统的状态信息和诊断出来的故障信息)，以及检测系统所检测到的缺陷照片信息，并按照检测设备运行状态信息、产品质量缺陷信息、趋势分析三大类进行分类处理保存，供历史数据统计分析与查询。

所述服务器的数据分析包括：

1)一段时间内检测设备发生故障机组占比、发生故障设备占比、故障类型占比。

2)通过故障历史记录和实时故障数据对比分析和长期发展的趋势分析。

3)统计所有检测设备所检测质量缺陷的总数量，进行阈值分析预警。

4)分析一段时间内发生缺陷的设备占比、缺陷的机组占比。

5)通过质量缺陷历史记录和实时质量缺陷数据对比分析和长期发展的趋势分析。

监控系统工控机在检测设备不产生运行数据或者高于预警范围时产生报警，形成故障报警信息；服务器对历史故障信息进行统计分析，统计检测设备在一段时间内发生故障的次数和易发的故障，见图4；针对质量缺陷数据进行统计分析，分析一段时间缺陷总数量和发生质量缺陷较多的时间段，见图5。经实时监控得知2号机组的箱缺条检测的检测相机掉线，10号机组的小包外观检测系统缺陷产品高。针对频繁发生故障的机组、故障类型、故障设备进行计划性维护保养管理，避免故障发生。实现全厂设备集中统一管理。

本发明采用的条包箱到位传感器和剔除机构到位传感器均为红外线传感器，型号sharpgp2y0a21yk0f；工控机的控制模块采用的是工业级的nicompactrio嵌入式系统控制器；服务器为thinkserver数据服务器，存入sqlserver数据库，进行数据分析和处理。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。