經編織機生產過程實時監測軟件系統的開發

孫 坤,姚玉瑩

(西安工程大學 計算機科學學院,陜西 西安710600)

紡織行業是我國的傳統行業,針對生產車間織機多、人員多、生產數據采集海量等問題進行管理信息化升級。從傳統行業數字化升級出發,通過對織機實時運行相關數據的采集及歷史數據的分析,研究開發了一種織機運行數據的實時監測及運行狀態檢測系統,有效改善了織機管理效率低下、容易出錯、人力資源利用率低、難以整體管理的問題。

1 系統架構設計

系統由上位機和下位機兩部分組成,下位機利用MODBUS通訊協議與PLC進行實時數據交互并對數據持久化,然后通過TCP/IP協議將實時數據打包發送給上位機,上位機對實時數據可視化呈現,并通過故障樹對實時數據進行織機運行狀態判斷。下位機主要功能模塊包括PLC數據幀解析、實時數據分析采集、數據庫存儲、TCP/IP連接、實時數據發送。

PLC內由相關傳感器采集織機運行數據,包括班組產量、單機臺產量、織機車速、溫度、運行狀態、當日生產統計等相關數據,上位機主要功能模塊包括接收數據解析、可視化呈現、數據庫訪問、實時狀態分析、生產進度跟蹤。前者為后者提供了數據基礎。

2 MODBUS協議的數據采集中間件設計

2.1 系統功能模塊設計

根據MODBUS通訊協議向PLC發送數據請求,得到數據幀后進行解析,數據幀包括地址域、功能碼、數據、差錯校驗。內容主要有織機運行狀態、單臺產量、運行數據監測、故障時間統計、當日生產統計與織機生產進度跟蹤。結構如圖1所示。

2.2 主要技術

MODBUS通訊協議規定了主從機之間數據交換需要遵守的格式,并能保證主從機數據傳輸時不發生沖突,只要遵循MODBUS協議則不同品牌的主從機之間可以實現數據傳輸。本系統在QT開發平臺下利用TCP套接字向不同PLC發送數據請求,將得到的數據幀根據MODBUS數據幀格式進行解析,并將解析后的數據存入數據庫并向上位機發送。

圖1 系統功能模塊結構圖

3 經編織機生產過程實時監測軟件系統

3.1 系統功能模塊

主要模塊:(1)織機運行狀態監測模塊 主要負責接收下位機傳送的實時數據并進行可視化顯示;(2)織機運行數據監測 主要負責監測車速、環境溫度、濕度等運行參數;(3)異常檢測模塊 主要負責根據獲取的運行參數對織機運行異常進行判斷;(4)生產數據查詢模塊 利用QT的MODEL/VIEW架構對數據庫進行可視化查詢織機相關數據。

3.2 在線故障診斷技術

在線故障診斷包含三方面內容:

(1)在線監測機械設備的運行狀態。在線監測由傳感器、高速實時數據采集、信號調理設備、控制計算機及監測分析軟件等組成,特點是在線監測可以給出設備的當前狀態,捕捉突發故障并進行分析,能及時反映故障信息。

(2)檢測和診斷故障。是系統發現設備運行異常后能對設備的狀態特征進行分析和診斷,就是對采集到的織機運行狀態信號進行分析處理,從而對織機狀態進行有效判別。

(3)預測故障。以設備當前的運行狀態為起點,結合歷史數據,對設備的運行情況進行預測、分析和判斷,確定故障的類型、原因、部位及程度,以便預先消除故障,保證設備的正常運行。

根據織機終端顯示的故障現象、織機結構裝置分析和人機系統工程理論,設計的故障樹結構之一如圖2所示。

將故障樹轉化為二叉樹形式,其中每個結點用編碼1或0代表故障現象或故障原因,1或0代表故障現象是與否的邏輯關系,故障樹編碼規則如下[2]:

(1)根節點即第一層故障現象為1,葉子節點都是故障原因,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象還是故障原因;(3)用編碼末位1、0表示故障現象“是”與“否”邏輯關系;(4)編碼長度代表結點所在層;(5)從第n層到n+1層時,去掉編碼首位,然后按照下一層是故障現象還是故障原因,用1或0補充第一位,末尾編碼規則不變。

例如,斷緯停車故障樹編碼形式如圖3所示:

圖3 斷緯停車故障樹編碼

4 結語

經編織機生產過程實時監測軟件系統提供了從數據采集到數據分析呈現到故障檢測等一系列服務,上位機與下位機通過網絡連接,即使不在生產車間,技術人員依然可以對織機實時數據進行可視化操作,大大提升了操作人員的工作效率和管理效率,降低企業的人力成本。