CN109002005A - 一种智能化气动数据采集控制终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化气动数据采集控制终端，涉及智能化技术领域，该终端连接在气动系统和主控系统之间，该终端包括：运算处理模块、IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块，运算处理模块分别连接IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块，运算处理模块中安装有数据分析系统；该终端通过对气动系统的底层硬件的流量、压力、开关信号等多数据源的数据的监控，并结合智能系统中多因素相关性分析和故障预测与诊断，从而实现对自动化设备中气动系统的智能化独立控制，集中式的数据采集与监控，通过深度结合机器学习和深度学习分析，进一步还可以提供气动元件的磨损检测和整体气源的能耗分析。

Description

一种智能化气动数据采集控制终端

技术领域

本发明涉及智能化技术领域，尤其是一种智能化气动数据采集控制终端。

背景技术

自动化设备中包括多个不同类型的系统，这些系统互相配合实现自动化设备的正常运转，其中，气动系统是自动化设备比较重要的一个系统。

在现有的自动化设备中，通常采用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)对这些系统进行集中管理，以气动系统为例，气动系统中的各类气动器件的信号采集和动作控制与其他系统的相关数据一同集中采集于PLC进行管理。由于PLC的处理和分析能力有限，因此这一结构在用于需要进行复杂数据分析的场景中时，还需要借助额外的上位机系统进行数据分析，较为繁琐。同时现有的自动化设备中的气动系统的结构和功能较为简单，也不适用于精密控制的场景。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种智能化气动数据采集控制终端，该发。

本发明的技术方案如下：

一种智能化气动数据采集控制终端，该终端连接在气动系统和主控系统之间，其特征在于，该终端包括：运算处理模块、IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块，运算处理模块分别连接IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块，运算处理模块中安装有数据分析系统；

IO通信模块用于连接气动系统中的气动元件，气动元件至少包括检测元件和气动执行元件，检测元件至少包括流量传感器、压力传感器和位置传感器，气动执行元件至少包括流量阀、真空发生器、三联件和气缸；IO通信模块用于采集气动系统中的检测元件的气动数据，气动数据至少包括流量数据、压力数据和气动系统运行过程中的各类开关信号；

运算处理模块，用于利用预设分析模型对气动数据进行数据分析，并根据分析结果执行对气动系统中的气动执行元件的动作控制；

协议转换模块用于在采集到气动数据后，对气动数据的物理协议进行转换，得到转换后的气动数据；

网络通信模块用于连接主控系统，网络通信模块用于将转换后的气动数据进行数据上传至主控系统。

其进一步的技术方案为，开关信号中包括气动执行元件的到位信号，则：

IO通信模块，还用于采集气动执行元件的动作时间；

运算处理模块，还用于利用预设检测模型根据到位信号和动作时间检测气动执行元件的元件磨损程度；

运算处理模块，还用于在检测到气动执行元件的元件磨损程度达到磨损阈值时发出异常报警。

其进一步的技术方案为，IO通信模块采集到的压力数据中包括真空值，则：

运算处理模块，还用于利用预设耗气模型根据流量数据、压力数据和真空值计算得到气动执行元件的耗气量；

运算处理模块，用于根据耗气量实时调节气动系统的供气量。

本发明的有益技术效果是：

1、本申请公开了一种智能化气动数据采集控制终端，该终端不仅包含数据采集接口，还可包含处理和分析的功能，无需独立外接上位机系统，可对自动化设备或产线中，所有气动系统进行独立而集中的管控，气动系统可进行独立扩展，无需与其他系统共用主控PLC。该终端可以针对气动系统的各个部分，分别进行底层硬件数据采集、数据分析和反馈闭环控制，从而可针对自动化设备进行独立的气动系统管控，通过对气动执行元件、控制器件、检测器件的集成式数据采集，实现对气动系统的动作控制、信息处理和异常诊断。对于整体自动化设备，该终端可接入PLC的接口或者直接接入工控机的上位机系统中。

2、该终端在将气动系统的底层硬件数据汇集到运算处理模块后，可进一步进行筛选、分类和智能化建模分析，通过对流量、压力、开关信号灯多数据源的监控和组合分析，可对气压和流量等与启动执行过程和检测相互影响的因素进行定量检测和分析，通过机器学习、深度学习模型进行诊断与分析，大大提高故障诊断效率，可以适用于精密控制的场景。

3、该终端可进行气动执行元件的磨损检测，无需对接上位机系统，实时性强、分析响应高效。

4、通过本申请公开的智能化气动数据采集控制终端，可实时监控和动态分析气动执行元件的耗气量，并与供气源的气压和流量监控结合，通过智能分析和参数组合优化，确定整机的最优供气量。同时，可以通过该终端对多种信号的监控和实时分析，诊断整机运行中不同时段的耗气程度，从而反馈调节气流、压力终端，动态控制调压阀，而不只是设定固定的供气源，通过实时而智能化的数据监控与分析，实现对能源消耗的优化分析与控制，无需由上位机系统做分析和判断，直接对接硬件响应快、效率高，可有效提高供气的利用效率，减少耗气量浪费。

附图说明

图1是本申请公开的智能化气动数据采集控制终端的系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种智能化气动数据采集控制终端，该终端连接在自动化设备的气动系统和主控系统之间，如图1，该终端包括：运算处理模块、IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块，运算处理模块分别连接IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块。运算处理模块可以由市售的处理器实现，运算处理模块中安装有数据分析系统，可独立运行通信协议服务和数据分析与存储系统，比如安装有SPC(Statistical Process Control，统计过程控制)软件。IO通信模块可以实现为终端上的IO口，IO通信模块用于连接气动系统中的气动元件，气动元件至少包括检测元件和气动执行元件，检测元件至少包括流量传感器、压力传感器和位置传感器，气动执行元件至少包括流量阀、真空发生器、三联件和气缸。根据气动系统实际情况不同，IO通信模块可能连接有更多的气动元件，本申请不一一列举。协议转换模块可以实现为一协议转换器，其具有对物理协议转换的能力，比如对物理协议Profibus/Modbus/CANopen进行转换。网络通信模块可以实现为终端上的以太网接口，网络通信模块用于连接主控系统，这里的主控系统可以是IPC(Inter-Process Communication，进程间通信)系统、工控机的上位机系统或PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)系统。实际实现时，该终端中还包括扩展模块，扩展模块连接运算处理模块，扩展模块可以实现为一预留接口，方便终端使用过程中的功能扩展。

该终端可以实现对气动系统的数据统一采集和监控，并结合数据分析对气动系统进行优化控制，包括如下内容：

一、现有气动控制方案对于气动系统各个元件的监控仅限于状态判断和单信号阈值处理，仅进行单因素采集和控制，大多基于开关量，对于整个气动系统的运行状态和耗气状态，无法定量估计，亦无法准确的对气动系统故障进行有效诊断。对于气动系统出现的故障，现有系统仅通过PLC获得阈值传感器获得异常信号。而对于复杂故障，系统无法进行合理诊断，也无法有效判断故障根源。而该终端可独立于主控系统，针对自动化设备进行独立的气动系统管控，通过多数据源的监控个组合分析实现对气动系统更为准确的控制、信息处理和异常诊断。具体的：

IO通信模块用于采集气动系统中的检测元件的气动数据，也即采集流量传感器的流量数据、采集压力传感器的压力数据，以及，采集气动系统在运行过程中其余各个传感器的各类开关信号，比如气动执行元件的到位信号就是一种常见的开关信号，则IO通信模块采集位置传感器的到位信号等，因此采集到的气动数据至少包括流量数据、压力数据和开关信号。

该终端在通过IO通信模块采集到气动数据后，运算处理模块可以直接进行数据分析和反馈闭环控制：运算处理模块通过对底层硬件的流量数据、压力数据和开关信号的监控，实时SPC分析与追踪，并进行动态异常诊断，也即运算处理模块检测气动数据中的各项参数是否在预先设定的正常运行范围内，若超出正常运行范围，则通过检测值R1～R8发出相应的报警提示错误。同时运算处理模块利用预设分析模型对气动数据进行数据分析，并根据分析结果执行对气动系统中的气动执行元件的动作控制，也即运算处理模块结合多因素相关性分析和故障预测与诊断，关联性分析，执行最优参数关系式拟合，实现对自动化设备中气动系统的智能化控制。

同时，该终端在将底层硬件的气动数据收集后，可利用协议转换模块对物理协议Profibus/Modbus/CANopen进行转换，再采用统一的网络通信模块对转换后的气动系统进行数据上传，汇总到主控系统。

二、该终端可以监控气动执行元件的元件磨损程度，具体的：

该终端通过IO通信模块采集气动执行元件的动作时间；运算处理模块利用预设检测模型根据开关信号中包括的到位信号和动作时间检测气动执行元件的元件磨损程度，该预设检测模型是预先通过机器学习分析训练得到的。在检测到气动执行元件的元件磨损程度达到磨损阈值时，运算处理模块发出异常报警。

三、在现有的气动系统控制方案中，对于气压、流量等耗费源并无追踪和管控，高压空气属于消耗性资源，在自动化设备的运行过程中，高压空气源源不断进行供应，在设备空闲或暂停期间，耗气和噪音是气动系统的一个重大负面因素，与此同时，为了保证整机的气压、流量的稳定性，保证各个气动执行元件不受外界干扰，气压和流量需要保证在一定稳定条件下，为保证整个自动化设备正常运行，整机的供气量需要大于不同的元器件之间组合消耗的气源，也即需要大于实际消耗，从而造成了大量浪费。而本申请公开的该终端可以实时追踪气动执行元件的耗气量，并通过实时而智能化的数据监控与分析减少耗气量浪费，具体的：

IO通信模块采集到的压力数据中包括真空值，则运算处理模块对气动执行元件的流量数据、压力数据和真空值进行实时监控和多因素耦合分析，利用预设耗气模型根据流量数据、压力数据和真空值计算得到气动执行元件的耗气量，预设耗气模型是通过机器学习、深度学习模型预先训练得到的，其存储在运算处理模块中。该终端同时还对供气源的气压和流量进行监控，因此在检测得到耗气量后，运算处理模块可以确定耗气量与供气源提供的供气量之间的关系，并根据不同时段的耗气量实时动态调节气动系统的供气量，而不只是设定固定的供气源。通过实时而智能化的数据监控与分析，可有效提高供气的利用效率，减少耗气量浪费。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能化气动数据采集控制终端，所述终端连接在气动系统和主控系统之间，其特征在于，所述终端包括：运算处理模块、IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块，所述运算处理模块分别连接所述IO通信模块、协议转换模块和网络通信模块，所述运算处理模块中安装有数据分析系统；

所述IO通信模块用于连接所述气动系统中的气动元件，所述气动元件至少包括检测元件和气动执行元件，所述检测元件至少包括流量传感器、压力传感器和位置传感器，所述气动执行元件至少包括流量阀、真空发生器、三联件和气缸；所述IO通信模块用于采集所述气动系统中的检测元件的气动数据，所述气动数据至少包括流量数据、压力数据和所述气动系统运行过程中的各类开关信号；

所述运算处理模块，用于利用预设分析模型对所述气动数据进行数据分析，并根据分析结果执行对所述气动系统中的气动执行元件的动作控制；

所述协议转换模块用于在采集到所述气动数据后，对所述气动数据的物理协议进行转换，得到转换后的气动数据；

所述网络通信模块用于连接所述主控系统，所述网络通信模块用于将所述转换后的气动数据进行数据上传至所述主控系统。

2.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述开关信号中包括所述气动执行元件的到位信号，则：

所述IO通信模块，还用于采集所述气动执行元件的动作时间；

所述运算处理模块，还用于利用预设检测模型根据所述到位信号和动作时间检测所述气动执行元件的元件磨损程度；

所述运算处理模块，还用于在检测到所述气动执行元件的元件磨损程度达到磨损阈值时发出异常报警。

3.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述IO通信模块采集到的所述压力数据中包括真空值，则：

所述运算处理模块，还用于利用预设耗气模型根据所述流量数据、压力数据和真空值计算得到所述气动执行元件的耗气量；

所述运算处理模块，用于根据所述耗气量实时调节所述气动系统的供气量。