一种滤棒成型机开松质量检测方法与流程

1.本发明涉及丝束开松质量检测技术领域，具体涉及一种滤棒成型机开松质量检测方法。


背景技术：

2.近几年烟草行业发展迅速，卷烟科技的发展水平是日后烟草行业发展的核心，为了保证烟草行业的健康可持续发展，各国烟草企业需采取更为自动化智能化的生产方式，以减少卷烟中的有害成分，促使卷烟生产行业的环境友好发展。
3.目前国内的卷烟厂在开松工艺上存在很多问题，例如开松不均匀、滤棒吸阻不稳定，标准偏差大等，易导致成品率低下，难以把控产品质量。目前开松工艺过程中常利用高压气流吹散丝束，开松后喷洒甘油，但因丝束分散或甘油喷洒不均匀，产生胶孔，影响滤棒过滤效果，降低产品品质。滤棒是卷烟生产过程中重要的一步，丝束是滤棒生产过程中的主要辅料，丝束开松的质量和生产的滤棒工艺质量有较强的相关性。目前文献资料中很少有气流式开松装置的描述，以及针对气流式的丝束开松过程进行研究。此外，仅有极少数卷烟工厂在线下使用气流式开松装置，由于设备的特殊性、气流开松方式的环境复杂性以及当下的管理水平不足，大多气流式装置是靠经验法和试错法进行设计，缺乏理论模型指导和充分的数据分析。此外，目前丝束开松质量存在在线、离线监测信息断层问题。
4.研究丝束开松工艺需要对开松机构关键位置的流场进行模拟和分析，由于丝束开松设备的特殊性，例如设备的高压喷嘴部分是一个多孔薄壁结构，其周边流场的分析十分困难；在二级开松辊附近的流场分布极其复杂，丝束存在高速运动，难以用单一的湍流模型进行模拟，需要针对具体的开松工况，对湍流模型进行进一步改进，进而模拟出更加符合工况的开松机构流场分布。将流场中的细节全面量化，包括整个流场各个点位气流的速度、压力、气体和丝束之间的相互影响以及作用力的大小，这些关键参数可以为后续的丝束质量模型提供数据。
5.近年来，数据驱动算法在各个领域中迅速发展，在流体模拟领域，数据驱动算法也被广泛的应用。传统的丝束开松技术只能实现基本的定时离线监测，不具有参考性和指导意义。


技术实现要素：

6.针对目前开松设备的数据检测手段有限、获取的在线数据量不足、采集数据可视化缺乏研究、在线数据与丝束质量的关系不明确等问题，本发明提供一种滤棒成型机开松质量检测方法，研究丝束开松过程数据与开松质量之间的关系，建立所需的丝束开松过程中关键参数与最终成型质量的相互关系，并设计相关测试、验证方案，将研究成果形成封装提供可视化的上位机，供开松设备的相关操作人员进行参考，旨在后续为各环节的硬件、位置调整、优化、设备维修等提供指导意见。
7.为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：
8.一种滤棒成型机开松质量检测方法，包括如下步骤：
9.步骤1.针对高速丝束开松机构运行特点，建立以气流分布特性的开松流场模型；
10.步骤2.在运用改进的湍流分析模型的同时，对cfd模型进行多次内部参数修正，从而得到相对精确的cfd仿真模型，提高与实际工作状况的匹配度；
11.步骤3.通过plc技术建立监测系统，采集设备的关键数据，并建立数据库用来存放监测得到的数据以及cfd模型仿真后的结果数据；
12.步骤4.构建质量开松模型，通过ann网络训练，以及cfd模型模拟设备部件的在不同工况下的参数，挖掘影响丝束质量的关键参数；
13.步骤5.搭建基于cfd-开松机构的测试平台；
14.步骤6.搭建基于开松结构-丝束的上位机平台，提供高效可视化的人机交互系统，以供操作人员进行参考。
15.进一步的技术方案为，步骤1具体为利用cfd分析软件建立开松机构流场的修正s-a湍流模型与统一壁面模型，针对建模中气流场与固壁模型时刻变化的问题，运用动网格技术对气固两相模型进行网格划分，对开松机构的流场进行仿真建模，得到基于cfd的开松机构的空气动力学模型，基于此模型可获取开松机构设备参数，为基于数据驱动的预测模型建立提供数据支撑。
16.进一步的技术方案为，所述气固两相模型中分别采用固相分析和气相分析，所述固相分析采用修正后的统一的壁面函数，仿真壁面复杂且粗糙的情况，将腔体中的流体的信息作为网格的边界条件进行网格划分和数值仿真模拟；所述气相分析，对于真实数据和模型计算的偏差使用离散伴随的方法进行梯度优化算法的迭代优化，使得计算得到的流场逼近实际开松机构的工况，方便对实验过程中的测量得出的数据进行标定。
17.进一步的技术方案为，所述动网格技术具体为：在气固二相耦合的cfd模拟中，用气相和固相分别对腔内气体和工艺固件进行仿真时，仿真中的相互作用归结于网格的变化和更新，在cfd中先把几何空间离散，对两相耦合上的数据进行传递，解决了建模中气流场与固壁模型时刻变化的问题。
18.进一步的是，步骤1具体针对开松环境，对基于湍流的逐级开松特性进行分析，着重分析多个出气口的流动分布情况、丝束周围的流场分布以及高压喷嘴流场分布情况。
19.使用原始的壁面函数进行模拟的同时运用统一的壁面函数进行辅助分析，使其更符合复杂工况下开松机构和喷嘴内壁的仿真模型，标准壁面函数控制方程进行描述边界层内流动：
[0020][0021]
其中，x——平行壁面的流向，y——表示壁面法向，ρ——密度，u，v——不同方向的流体力。
[0022]
针对本方案中的喷嘴和开松机构存在温度变化的特殊壁面运用对数律层一致有效的流动湍流边界层统一壁面函数进行辅助理论分析：
[0023][0024]
其中，u
+
——温度的函数，k——传热系数，e-kb
，——不可压壁面率。
[0025]
统一的壁面函数充分考虑了边界中速度和温度的耦合情况，对逐级开松，螺旋辊运动以及喷嘴的气流变化提供合理性理论指导。
[0026]
进一步的是，选用湍流模型方程需要考虑网格模块化过程中的动态过程。基本s-a湍流模型是一方程湍流模型方程中的雷诺平均模拟(rans)。模型方程在使用中主要用于模化壁面附近的湍流边界层，方程模型采用不可压形式：
[0027][0028]
其中，——湍流涡粘系数求解变量，p——生成项，d——“破坏”项，t——耗散项。
[0029]
针对丝束的这一流场变化情况以及丝束动态网格的划分，在s-a湍流模型方程的基本形式的基础上，对模型中源项的生成项p添加修正因子β，修正后的湍流模型方程为:
[0030][0031]
进一步的是，本方案要使用到动网格技术，拉格朗日法和欧拉法是在动网格技术中描述流体运动的两种不同的方法，分别描述动态与静态的网格单元体。ale是用任意拉格朗日法把两种方法统一起来，使得网格以任意速度运动。三维直角坐标中的euler方程组是：
[0032][0033]
其中，x,y,z——直角坐标方向变量，t——时间变量，q——流场守恒变量，ec,fc,gc——三个坐标方向上的无粘对流通量。
[0034]
网格中心运动速度的计算过程分为两步：第一步通过几何公式重建网格运动速度；第二步把几何守恒律带入数值计算中。
[0035]
网格中心的运动速度计算公式：
[0036][0037][0038]
其中，ψ
t
——网格运动速度，ne——无粘度系数，ω——网格体积。
[0039]
要求所建网格选取或者构造合适的计算格式，本方案使用二阶通量型nnd格式的耗散格式，便于提高cfd仿真精度，减少飞花状况。要求cfd具有二阶及其以上的精度，将其等价于二阶空间离散。用此方法提高精度又防止动网格震荡。这种近似的表示用泰勒展开表示为：
[0040][0041][0042][0043]
——守恒变量的梯度，δr
po
从点p到点o的矢径。
[0044]
进一步的是，本方案用的是半离散形式是控制方程：
[0045][0046]
其中，q是网格中的平均值
[0047]
在烟丝和螺旋辊的运动过程中的由于收到风压风阻的多因素影响，网格运动采用的是迭代收敛的方式，运用双时间全隐格式在动态网格解决多因素限制对于计算速度的影响。其表示为n+1时刻，采用时间二阶精度的隐式三点后差离散。式子为：
[0048][0049]
进一步的是，根据丝束和气流运动环境分析，本方案采用固壁边界，对称边界的边界条件，自动生成四面体网络。借助fluent中适用于高速的可压缩流动的基于密度的求解器。在tecplot后处理单元，先导入数据，再进行文件数据类型修改，最后对图片信息进行设置。
[0050]
进一步的技术方案为，所述步骤2具体为在运用改进的湍流分析模型的同时，根据采集到的设备参数与丝束成形参数对cfd模型进行多次内部参数修正，得到相对精确的cfd仿真模型，通过仿真结果对cfd模型内部参数进行调整：
[0051]
1)将多次cfd仿真结果与实际开松设备和丝束质量参数对比，对cfd内部参数的调整，通过其与实际参数范围的差距得出cfd模型与实际映射关系的匹配度；
[0052]
2)将当前cfd模型下的仿真结果输入数据驱动的ann模型中得出开松板-丝束基于数据去动的仿真模型，通过仿真结果与实际采集到的数据范围的差距对cfd模型进行内部参数的调整；
[0053]
3)输入开松结构设备参数，得出通过两种方式进行模型内部参数调整的cfd模型的仿真结果，验证其数据的准确度从而对cfd模型的高精度进行验证。
[0054]
进一步的技术方案为，所述步骤3具体为采用plc技术开发开松工艺设备实时监测系统，把可测气压，气流量、和温度与已经建立的空气动力学cfd模型得到结果进行数据处理，然后将处理过后的数据放到数据库里，再建立基于质量开松工艺设备模型，通过cfd模型模拟工艺部件的摆放对丝束开松的影响，从而对设备部件位置摆放以及设备购买提供参考作用。
[0055]
数据采集方案原理是用can总线数据模块链接到设备控制总线，把监测系统所监测的数据记录加密压缩后由专用服务器实时接收和存储并上传至建立的数据库。
[0056]
进一步的技术方案为，所述监测系统包括丝束飞花监测系统和松设备气流量的监测系统，所述丝束飞花监测系统通过测量螺纹辊气压来间接判断是否可能会有飞花的产生；所述开松设备气流量的监测系统根据已经建立的cfd气流模型规划管道通风系统气流参数监测分站、传感器以及线缆布局，通过数据检测传感器获取通道气流量参数的实时数据，并对当前数据进行分析判断，采用无线温度监测装置，实时检测设备的温度，并将数据发送到数据库和上位机中。
[0057]
进一步的是，开松板间隙检测使用塞尺以及范围极限值来测量(如间隙范围值为1.5mm到3mm之间)；开松设备内部气流的检测方案采用压差法，气流速度可以根据伯努力方程计算：
[0058][0059]
公式中：v——被测气流速度，g——重力加速度，δp——压差，ρ——空气密度。
[0060]
进一步的是，开松板气压测量，在开松板的边缘处安装空气测压模块，测出开松板到边缘的距离和出气口的横截面积。运用公式
[0061]
δp＝λ*(l/d)*(v2/2g)*γ
[0062]
间接计算出开松机构的内部气压。
[0063]
其中δp——损失气压，λ——开松板摩擦系数，l——开松板到边缘的距离，d——气口的横截面积，v——气流流速，g——重力加速度，γ——气比重。
[0064]
此外该方案还需检测开松板尺寸、滚轮转速比、磨损状况、高压喷嘴。此外，需要对数据进行预处理、剔除并分析异常数据。
[0065]
进一步的技术方案为，所述步骤4具体为构建质量开松模型，其中包括开松设备预测模型、ann-cfd质量设备模型、丝束开松关键参数挖掘；其具体分别为：建立丝束质量成形预测模型，挖掘设备参数与丝束开松过程的关系；建立ann-cfd质量设备模型，识别影响后续质量的关键参数，以及在不同丝束规格、不同开松设备下影响丝束质量的关键参数；丝束开松关键参数挖掘拟以历史数据为基础，通过对历史数据的挖掘指导系统关键参数的整定，以获得理想的优化运行效果。
[0066]
此外，本方案还验证了cfd模型的可靠性，并使用了不同规格丝束-开松设备-丝束质量成型关键参数挖掘技术，从历史数据的角度出发，对丝束开松系统中关键参数的设置进行分析。
[0067]
进一步的技术方案为，所述步骤5具体为搭建基于开松结构-丝束的硬件仿真平台与软件平台，经过封装得出开松结构-丝束的测控系统，实现上位机可视化人机交互。
[0068]
其目的在于验证开松机构与丝束数据采集功能、开松机构与丝束参数数据处理的功能、丝束-开松结构监测功能、丝束-开松结构数据存储功能、高质量实时通信功能、开松机构与cfd模型的匹配程度、数据挖掘
‑‑
关键参数
‑‑
反馈决策的合理性。
[0069]
进一步的技术方案为，步骤6具体为所述人机交互系统包括数据采集模块、数据处理模块、开松过程监测与预警模块、数据存储和数据仿真模块，所述数据采集模块对逐级开松结构喷嘴螺纹辊具体参数，以及传感器采集到的丝束与气压数据进行采集，并通过显示屏对实际数据进行实时显示实现数据采集；所述数据处理模块对不同工况下各参数进行数据分析与校对，舍弃由测量误差等因素造成的冗余数据，在数据库中储存有效数据；所述开松过程监测与预警模块通过传感器采集到的当前工况下丝束质量参数进行状态进行监测实现监测与预警；所述数据存储和数据仿真模块通过上位机查询离线记录与传感器采集到的数据以及plc提供的反馈信息实现数据存储，通过上位机对开松结构设备参数与丝束参数进行理论分析的功能实现数据仿真。
[0070]
进一步的，步骤6中搭建了开松机构-丝束上位机软件平台，通过上位机软件平台对该系统进行模拟仿真，得到实际工况的参考值，便于操作员根据目前的设备参数等进行调整。在整个作业过程中，操作员可以根据终端显示窗口，实时掌握开松结构等设备的参数，丝束质量参数，模型仿真数据，仿真数据与实际数据差距，通信，开松结构等工况，预警信号等状态信息。根据次平台，操作能根据当前数据进行人工的系统调整，以确保开松结构
等设备能得到高质量成形的丝束。
[0071]
系统采用三层架构模型，将应用系统划分为用户界面应用层、数据管理层以及执行层组成，开松结构-丝束传感数据监测界面图是实时监测开松结构等设备各传感单元数据与丝束状况。对cfd仿真参数，实际工况参数，基于数据驱动模型的参数进行显示，给出参考调整数据的最大值与最小值。查询历史各数据的历史值，选中特定设备后，显示实际参数最值与历史仿真值最值。检测并保存传感器与开松结构等设备的异常状态。
[0072]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过计算流体力学(cfd)的开松机构空气动力学分析、多源数据结合的在线监测技术、大数据挖掘等技术，建立所需的丝束开松过程中关键参数与最终成型质量的相互关系。该质量模型所包含的预测模型环节具有两部分，其一是建立开松过程中基于质量相关的开松工艺数据模型，通过对历史数据进行分析和处理，可预测开松过程中可能存在的异常或者机械故障率等。其二是通过分析、对比监测的过程数据和cfd模拟数据，预测丝束开松是否达到成品标准、以及开松环节各参数，并挖掘该过程中影响丝束开松质量的关键参数，旨在后续为各环节的硬件、位置调整、优化、设备维修等提供指导意见。
附图说明
[0073]
图1为方案总路线图；
[0074]
图2为气固二相流技术框图；
[0075]
图3为cfd模型验证框图；
[0076]
图4为丝束开松监测系统框图；
[0077]
图5为飞花监测系统框图；
[0078]
图6为预测模型流程框图；
[0079]
图7为ann-cfd质量设备模型框图；
[0080]
图8为关键参数挖掘算法流程框图；
[0081]
图9为分析平台安装测试流程框图；
[0082]
图10为平台工作流程框图；
[0083]
图11为上位机系统架构框图；
[0084]
图12为硬件平台搭建框图；
[0085]
图13为工控机外形图；
[0086]
图14为工控机结构尺寸图；
[0087]
图15为无线路由器实物图；
[0088]
图16为触摸屏实物图；
[0089]
图17为温度传感器实物图；
[0090]
图18为气压传感器实物图；
[0091]
图19为湿度传感器实物图；
[0092]
图20为开松结构-丝束上位机测控平台框架；
[0093]
图21为开松结构-丝束上位机传感数据监测界面图；
[0094]
图22为开松结构-丝束上位机数据仿真界面图；
[0095]
图23为开松结构-丝束上位机历史数据界面图；
[0096]
图24为开松结构-丝束上位机系统报错界面图；
[0097]
图25为温度传感器参数表。
具体实施方式
[0098]
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
[0099]
实施例1
[0100]
本方案提出了一种新型滤棒丝束开松的方案，其中，该方案包括如下步骤：
[0101]
s1.针对高速丝束开松机构运行特点，建立以气流分布特性的开松流场模型；
[0102]
s2.在运用改进的湍流分析模型的同时，对cfd模型进行多次内部参数修正，从而得到相对精确的cfd仿真模型，提高与实际工作状况的匹配度；
[0103]
s3.通过plc技术建立监测系统，采集设备的关键数据，并建立数据库用来存放监测得到的数据以及cfd模型仿真后的结果数据；
[0104]
s4.构建质量开松模型，通过ann网络训练，以及cfd模型模拟设备部件的在不同工况下的参数，挖掘影响丝束质量的关键参数；
[0105]
s5.搭建基于cfd-开松机构的测试平台；
[0106]
s6.搭建基于开松结构-丝束的上位机平台，提供高效可视化的人机交互界面，以供操作人员进行参考。
[0107]
本实施例中，完整的技术路线如图1。首先研究基于cfd的开松机构空气动力学模型，其中包括气固二相流分析(见图2)、动网格技术以及模型可信度和数据自修正的合理性验证(图3)；接下来研究基于数据驱动的质量开松模型，其中包括数据库的建立及质量开松模型的建立(图4、5)。更具体地，质量开松模型包括开松设备的预测模型(图6)、ann-cfd质量设备模型(图7)以及丝束开松关键参数挖掘(图8)。本方案还搭建了基于cfd开松机构的测试平台(图9、10)，其目的在于验证开松机构与丝束数据采集功能、开松机构与丝束参数数据处理的功能、丝束-开松结构监测功能、丝束-开松结构数据存储功能、高质量实时通信功能、开松机构与cfd模型的匹配程度、数据挖掘
‑‑
关键参数
‑‑
反馈决策的合理性。此外，本方案还提出了上位机可视化人机交互(图11、20)，硬件平台搭建如图12所示，主要的硬件设备相关信息见表1、2、3、4、5、6、7、8，图13、14、15、16、17、18、19。将具体实现数据采集、数据处理、开松过程监测与预警、数据储存、数据仿真的功能(图21、22、23、24)。
[0108]
实际应用过程中，本实施例的上述方法对新型滤棒丝束开松方案具体如下：
[0109]
步骤1.研究基于cfd的开松机构空气动力学模型，气固二相流技术包含壁面函数理论(即固相分析)、k湍流模型(即气相分析)。着重分析多个出气口的流动分布情况、丝束周围的流场分布以及高压喷嘴流场分布情况。
[0110]
标准壁面函数控制方程进行描述边界层内流动：
[0111][0112]
其中，x——平行壁面的流向，y——表示壁面法向，ρ——密度，u，v——不同方向的流体力。
[0113]
针对本方案中的喷嘴和开松机构存在温度变化的特殊壁面运用对数律层一致有效的流动湍流边界层统一壁面函数进行辅助理论分析：
[0114][0115]
其中，u
+
——温度的函数，k——传热系数，e-kb
，——不可压壁面率。
[0116]
进一步的是，选用湍流模型方程需要考虑网格模块化过程中的动态过程。基本s-a湍流模型是一方程湍流模型方程中的雷诺平均模拟(rans)。模型方程在使用中主要用于模化壁面附近的湍流边界层，方程模型采用不可压形式：
[0117][0118]
其中，——湍流涡粘系数求解变量，p——生成项，d——“破坏”项，t——耗散项。
[0119]
针对丝束的这一流场变化情况以及丝束动态网格的划分，在s-a湍流模型方程的基本形式的基础上，对模型中源项的生成项p添加修正因子β，修正后的湍流模型方程为:
[0120][0121]
进一步的是，本方案要使用到动网格技术，拉格朗日法和欧拉法是在动网格技术中描述流体运动的两种不同的方法，分别描述动态与静态的网格单元体。ale是用任意拉格朗日法把两种方法统一起来，使得网格以任意速度运动。三维直角坐标中的euler方程组是：
[0122][0123]
其中，x,y,z——直角坐标方向变量，t——时间变量，q——流场守恒变量，ec,fc,gc——三个坐标方向上的无粘对流通量。
[0124]
网格中心的运动速度计算公式：
[0125][0126][0127]
其中，ψ
t
——网格运动速度，ne——无粘度系数，ω——网格体积。
[0128]
要求所建网格选取或者构造合适的计算格式，本方案使用二阶通量型nnd格式的耗散格式，便于提高cfd仿真精度，减少飞花状况。要求cfd具有二阶及其以上的精度，将其等价于二阶空间离散。用此方法提高精度又防止动网格震荡。这种近似的表示用泰勒展开表示为：
[0129][0130][0131][0132]
——守恒变量的梯度，δr
po
从点p到点o的矢径。
[0133]
进一步的是，本方案用的是半离散形式是控制方程：
[0134][0135]
其中，q是网格中的平均值
[0136]
在烟丝和螺旋辊的运动过程中的由于收到风压风阻的多因素影响，网格运动采用的是迭代收敛的方式，运用双时间全隐格式在动态网格解决多因素限制对于计算速度的影响。其表示为n+1时刻，采用时间二阶精度的隐式三点后差离散。式子为：
[0137][0138]
进一步的是，根据丝束和气流运动环境分析，本方案采用固壁边界，对称边界的边界条件，自动生成四面体网络。借助fluent中适用于高速的可压缩流动的基于密度的求解器。在tecplot后处理单元，先导入数据，再进行文件数据类型修改，最后对图片信息进行设置。
[0139]
步骤2.在运用改进的湍流分析模型的同时，根据采集到的设备参数与丝束成形参数对cfd模型进行多次内部参数修正，得到相对精确的cfd仿真模型。通过仿真结果对cfd模型内部参数进行调整(图3)：
[0140]
1)将多次cfd仿真结果与实际开松设备和丝束质量参数对比，对cfd内部参数的调整，通过其与实际参数范围的差距得出cfd模型与实际映射关系的匹配度。
[0141]
2)将当前cfd模型下的仿真结果输入数据驱动的ann模型中得出开松板-丝束基于数据去动的仿真模型，通过仿真结果与实际采集到的数据范围的差距对cfd模型进行内部参数的调整。
[0142]
3)输入开松结构设备参数，得出通过两种方式进行模型内部参数调整的cfd模型的仿真结果，验证其数据的准确度从而对cfd模型的高精度进行验证。
[0143]
步骤3.通过plc技术建立监测系统(图4)，采集设备的关键数据。构建质量开松模型，挖掘影响丝束质量的关键参数，并在此基础上进一步探究不同丝束、不通开松设备在丝束开松中共同关键参数。
[0144]
数据采集方案原理是用can总线数据模块链接到设备控制总线，把监测系统所监测的数据记录加密压缩后由专用服务器实时接收和存储并上传至建立的数据库。本方案需要建立丝束飞花监测系统(图5)，主要通过测量螺纹辊气压来间接判断是否可能会有飞花的产生；另外还需要建立开松设备气流量的监测系统，即根据已经建立的cfd气流模型规划管道通风系统气流参数监测分站、传感器以及线缆布局。通过数据检测传感器获取通道气流量参数的实时数据，并对当前数据进行分析判断。采用无线温度监测装置，实时检测设备的温度，并将数据发送到数据库和上位机中。
[0145]
进一步的是，开松板间隙检测使用塞尺以及范围极限值来测量(如间隙范围值为1.5mm到3mm之间)；开松设备内部气流的检测方案采用压差法，气流速度可以根据伯努力方程计算：
[0146][0147]
公式中：v——被测气流速度，g——重力加速度，δp——压差，ρ——空气密度。
[0148]
进一步的是，开松板气压测量，在开松板的边缘处安装空气测压模块，测出开松板
到边缘的距离和出气口的横截面积。运用公式
[0149]
δp＝λ*(l/d)*(v2/2g)*γ
[0150]
间接计算出开松机构的内部气压。
[0151]
其中δp——损失气压，λ——开松板摩擦系数，l——开松板到边缘的距离，d——气口的横截面积，v——气流流速，g——重力加速度，γ——气比重。
[0152]
此外该方案还需检测开松板尺寸、滚轮转速比、磨损状况、高压喷嘴。此外，需要对数据进行预处理、剔除并分析异常数据。
[0153]
步骤4.建立基于质量相关的开松工艺设备模型。通过建立设备预测模型(图6)，得到开松机构参数，螺纹辊参数，设备出口气流与丝束的质量的关系。再根据已经建立的cfd模型获得不可直接测量的因素，分析得出部件位置与丝束质量的关系。此外，本方案还验证了cfd模型的可靠性(图7)，并使用了不同规格丝束-开松设备-丝束质量成型关键参数挖掘技术(图8)，从历史数据的角度出发，对丝束开松系统中关键参数的设置进行分析。
[0154]
步骤5.搭建了基于cfd开松机构的测试平台(图9、10)，其目的在于验证开松机构与丝束数据采集功能、开松机构与丝束参数数据处理的功能、丝束-开松结构监测功能、丝束-开松结构数据存储功能、高质量实时通信功能、开松机构与cfd模型的匹配程度、数据挖掘
‑‑
关键参数
‑‑
反馈决策的合理性
[0155]
步骤6.搭建了开松机构-丝束上位机软件平台(图11)，通过上位机软件平台对该系统进行模拟仿真，得到实际工况的参考值，便于操作员根据目前的设备参数等进行调整。在整个作业过程中，操作员可以根据终端显示窗口，实时掌握开松结构等设备的参数，丝束质量参数，模型仿真数据，仿真数据与实际数据差距，通信，开松结构等工况，预警信号等状态信息。根据次平台，操作能根据当前数据进行人工的系统调整，以确保开松结构等设备能得到高质量成形的丝束。
[0156]
平台工作过程：电控总体设计如图所示(图12)，主要由plc模块(表1、2)、开松设备工控模块、多信息传感模块、高性能工控机模块(图13、14，表3)、无线通信模块(图15表4)、远程控制模块(图16表5)组成。其中开松设备工控模块控制开松板，吹风槽，加热器与螺纹辊，通过提供的数据作为平台仿真的输入数据。多信息传感模块包括温度传感器(图17图25)，气压传感器(图18表6)和湿度传感器(图19表7)，对丝束的状态与质量进行检测。因此plc模块用于传输控制信号；工控机模块用于传感器数据、hmi的处理，并将处理返回hmi进行可视化，对工况进行实时管控，同时将信号结果与数据传输至在线端进行分组储存和处理；无线通信模块用于传送工控机的数据至hmi，解决设备工作时工控机上无法直连显示器的问题；数据仿真模块包括cfd仿真模型与基于数据驱动的预测模型，通过输入数据对于丝束-开松结构进行数据模拟分析，得出丝束与开松结构间的映射关系，提供期望的设备结构参数。开松结构-丝束上位机测控平台实现对开松设备参数，丝束质量参数的监测以及对开松设备内部流场对丝束的影响关系。开松开松结构-丝束上位机测控平台(图20)大致分为通信控制模块、数据库管理模块、数据监测模块三大部分。
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开松结构-丝束上位机监测与人机交互界面包括传感数据监测界面、数据仿真界面、历史数据界面、系统报错界面四个界面，四个界面可以根据现场需求进行切换，具体的开松结构-丝束上位机传感数据监测界面图、开松结构-丝束上位机数据仿真界面图、开松结构-丝束上位机历史数据界面图、开松结构-丝束上位机系统报错界面图如图(21、22、23、
24)。
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通过上述一种估计与数据驱动的丝束开松质量相关模型，通过计算流体力学(cfd)的开松机构空气动力学分析、多源数据结合的在线监测技术、大数据挖掘等技术，揭示当下丝束开松质量背后的“数字化”机理，实现对丝束开松的质量评估。
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表1plc模块型号配合表
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电源直流24v数字量输入点数32点数字量输出点数24点模拟量输入点数20点电流供应2a最大功率3w工作/贮存温度0～+55℃、-25～+85℃相对湿度95％，无冷凝尺寸64mm x 100mm x 73mm
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表2io模块电气参数表
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表3工控机电气参数表
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表4无线路由器参数表
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屏幕尺寸32英寸分辨率1920*1080外形尺寸749.7mm*444.3mm*65mm定位技术：红外感应书写工具：无需专用笔，手指或其他任何不透明物体触摸寿命：超过60000000单击感应分辨率：4096*4096(实际取决于计算机及投影机)工作温度：-10℃～+50℃
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表5触摸屏参数表
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表6气压传感器参数表
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表7湿度传感器参数表
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尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。