一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法技术

本发明专利技术涉及烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法，可有效解决将多个风速传感器的数据融合，实现烟草卷接包车间通风流场的精确测量和模拟，保证烟草生产车间环境的问题，方法是，安装设备，采集风速数据，标定风速传感器，预处理数据，数据融合，对于每个检测点的风速数据，借助于多个传感器来测量，并对测量结果进行剔除，根据其重要程度，分配不同权值，进行融合处理，最终得到精确的风速数据，实现烟草卷接包车间通风流场数据融合。本发明专利技术解决单一风速传感器反馈数据不准确、不可靠的问题，保证烟草卷接包车间的生产环境，保证烟草生产质量，还可用于大型购物商场、生物实验室，化学实验室，矿井下等封闭、半封闭环境中的风速测量等。

A Data Fusion Method of Ventilation Flow Field in Tobacco Cigarette Packing Workshop

【技术实现步骤摘要】
一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法
本专利技术涉及烟草生产，特别是一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法。
技术介绍
经济的发展和生产技术的进步使得烟草已成为20世纪国际市场上最重要的经济作物之一。我国是一个烟草大国，烟草业在国民经济中占有重要的地位，我国烟草行业的发展，为国家的经济建设以及GDP做出了很大的贡献。随着生活水平的逐步提高，消费者在吸烟的同时，更加注重烟草的质量。改革开放以来，我国烟草业大量引入新的工艺技术与高效的生产设备，这对烟草制造厂商生产车间的工艺环境，提出了更高的要求。目前国内烟草工业企业中，卷接包车间是卷烟生产企业中一个重要的加工单元。为保证工人的劳动环境舒适和烟草的品质，更重要的是保障用于生产工艺要求的温度和湿度，对车间内风速和通风量进行实时测量，并根据预先设定阈值对通风流场进行自动调节，使之控制在生产要求范围之内，显得至关重要。封闭空间空气流场测量对很多行业是必要的需求，并且有较为广泛的应用。实际应用过程中，人们需要在此高度封闭的环境中长时间的工作、学习，对空间内的空气流通状况和舒适度有比较敏感的要求。通风流场分布能够十分清晰地反映出整个室内各个区域的风速流场状况，以及能够分析出室内空气交换方向、交换速度等信息。利用通风流场测量系统能够完成整个空间中各个检测点的风速采集和数据处理，从而更加准确地把握室内各个检测点的风速及相应区域的通风量，为室内风速和通风量自动调节奠定基础。目前，国内外主流的流场测量方法主要有机械测定法、散热率测定法、动力测压法以及激光测定法等。在通风流场测量系统设计及风速采集应用过程中，主要使用前两种方法。在风速采集过程中，对某一检测点的风速，单一传感器采集到的数据，不能精确反映通风流场数据，影响通风流量场的控制，满足不了生产车间环境的要求，为了弥补单一传感器的不足，增加系统可靠度，一般采用多传感器同时进行采集的方法。对于多个传感器的数据，通过一种数据融合的方法，以解决烟草卷接包车间通风流场的精确测量和模拟，但至今未见有公开报导。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法，可有效解决将多个风速传感器的数据融合，实现烟草卷接包车间通风流场的精确测量和模拟，保证烟草生产车间环境的问题。本专利技术解决的技术方案是，一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法，包括以下步骤：(一)、安装设备在烟草卷接包车间工艺设备区铺设导轨1，导轨上面安装行走小车，导轨上装有用于推动行走小车沿导轨行走的伺服电机，行走小车上方装有用于调节高度的垂直升降平台，垂直升降平台上装有传感器支架，传感器支架上装有若干均布的风速传感器，风速传感器经数据采集器与计算机数据口相连，伺服电机经RS485总线与控制主机PC的USB接口相连；(二)、风速数据采集在控制主机PC的控制下，启动伺服电机，驱动行走小车运动到检测点，经垂直升降平台调整传感器支架的高度，在检测点采集数据，将传感器置于采集点检测采集数据，采集完一个检测点数据后，驱动行走小车移向下一个检测点，重复3-4次，完成检测点数据的采集；当行走小车到达极限位置时，在控制主机PC的控制下，开始返回运动，直至数据采集操作结束，由于单个风速传感器反馈的数据不一定精确，因此，采用多个传感器同时检测并将其采集的数据进行数据融合，来得到检测点的最终数据；(三)、数据融合，方法是：1.标定风速传感器：在使用之前，利用标准风洞对传感器进行校准和标定：(1)计算风洞内标准风速，得出喷嘴处的风速Ve；(2)进一步得出单位时间内通过喷嘴喷出的风量Q；(3)接着得出风洞内标准风速Vwt；(4)获取标准风速之后，利用最小二乘法，对采集的数据进行拟合，从而完成风速传感器的标定；2.预处理数据：采用相关性函数对数据进行预处理，方法是：(1)使用m个风速传感器，同时进行C次测量，Wik表示传感器i的第k次测量值，Wjk表示传感器j的第k次测量值，计算Wik和Wjk的融合度dij值，构造融合度矩阵Dij和相融度矩阵Rij；(2)定义传感器i对传感器j的相关性函数f(i/j)，并进行修正；(3)求各传感器被其他传感器所支持的程度，并根据支持度阈值，来保留或者删除传感器的测量数据；3.数据融合经过上一步处理后的有效数据，对其分配权值来进行融合，方法如下：(1)采集到的数据，经过上一步的预处理之后，最终得到有效数据{x1,x2,...,xn}，方差分别为加权系数分别为{w1,w2,...,wn}；(2)计算融合后的值求均方差σ2；(3)利用已知数据，得到融合后的方差；(4)利用函数极值理论，得均方差σ2的最小值；(5)得到融合之后新的预测融合传感器数据输出4.获取融合数据：对于每个检测点的风速数据，借助于多个传感器来测量，并对测量结果进行剔除，根据其重要程度，分配不同权值，进行融合处理，最终得到精确的风速数据，实现烟草卷接包车间通风流场数据融合。本专利技术提供了一种烟草卷接包车间风速数据融合方法，能够综合利用多个传感器反馈的同一个检测点的风速数据，从而得出该检测点更加精确的风速数据，解决单一风速传感器反馈数据不准确、不可靠的问题，从而减少信息处理中可能出现的失误，保证烟草卷接包车间的生产环境，保证烟草生产质量，本专利技术还可用于大型购物商场、生物实验室，化学实验室，矿井下等封闭、半封闭环境中的风速测量等，应用面广，有显著的经济和社会效益。附图说明图1为本专利技术烟草卷接包车间通风流场测试示意图。图2为本专利技术传感器支架示意图。图3为本专利技术电气设备连接电路图。图4为本专利技术风速数据采集流程图。图5为本专利技术数据融合算法流程图。图6为本专利技术传感器标定拟合图。图7为本专利技术数据融合测试结果曲线图。具体实施方式以下结合附图和具体情况对本专利技术的具体实施方式作详细说明。由图1-图5所示，本专利技术一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法，包括以下步骤：(一)、安装设备在烟草卷接包车间5工艺设备区4周边铺设环形导轨1，导轨上面安装行走小车2，导轨上装有用于推动行走小车沿导轨行走的伺服电机3，行走小车上方装有用于调节高度的垂直升降平台7，垂直升降平台上装有传感器支架3，传感器支架呈方形框架，方形框架的8个角上分别装有风速传感器6，8个风速传感器(P1-P8)经数据采集器P10(型号PCI-1711)与计算机PC1数据口相连，伺服电机经插口P9和串联的数据通讯卡P11(型号ADAM-4561)与控制主机PC的USB接口相连，具体接线关系由图3给出：(1)风速传感器与采集模块的连接风速传感器主要用来测量风速数据，选择北京飞超风速控制仪器有限责任公司生产的FC-2A风速传感器，FC-2A风速传感器具有3个连接端子，端子1和2分别连接电源24VDC和地线，端子3为传感器点的信号输出；数据采集模块主要用于数据的采集，选择研华科技(中国)有限公司采集PCI-1711数据采集板，PCI-1711的信号引脚AI0、AI1、……、AI14、AI15表示16路的模拟信号输入通道，信号引脚AIGND为模拟量输入接地；风速传感器的数据量为8个，依次用P1、P2、……、P7、P8符号表示，PCI-1711用P10符号表示，通过导线分别将8路传感器点的信号输出连接到PCI-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)、安装设备在烟草卷接包车间工艺设备区铺设导轨(1)，导轨上面安装行走小车，导轨上装有用于推动行走小车沿导轨行走的伺服电机，行走小车上方装有用于调节高度的垂直升降平台，垂直升降平台上装有传感器支架，传感器支架上装有若干均布的风速传感器，风速传感器经数据采集器与计算机数据口相连，伺服电机经RS485总线与控制主机PC的USB接口相连；(二)、风速数据采集在控制主机PC的控制下，启动伺服电机，驱动行走小车运动到检测点，经垂直升降平台调整传感器支架的高度，在检测点采集数据，将传感器置于采集点检测采集数据，采集完一个检测点数据后，驱动行走小车移向下一个检测点，重复3‑4次，完成检测点数据的采集；当行走小车到达极限位置时，在控制主机PC的控制下，开始返回运动，直至数据采集操作结束，由于单个风速传感器反馈的数据不一定精确，因此，采用多个传感器同时检测并将其采集的数据进行数据融合，来得到检测点的最终数据；(三)、数据融合，方法是：1.标定风速传感器：在使用之前，利用标准风洞对传感器进行校准和标定：(1)计算风洞内标准风速，得出喷嘴处的风速Ve；(2)进一步得出单位时间内通过喷嘴喷出的风量Q；(3)接着得出风洞内标准风速Vwt；(4)获取标准风速之后，利用最小二乘法，对采集的数据进行拟合，从而完成风速传感器的标定；2.预处理数据：采用相关性函数对数据进行预处理，方法是：(1)使用m个风速传感器，同时进行C次测量，Wik表示传感器i的第k次测量值，Wjk表示传感器j的第k次测量值，计算Wik和Wjk的融合度dij值，构造融合度矩阵Dij和相融度矩阵Rij；(2)定义传感器i对传感器j的相关性函数f(i/j)，并进行修正；(3)求各传感器被其他传感器所支持的程度，并根据支持度阈值，来保留或者删除传感器的测量数据；3.数据融合经过上一步处理后的有效数据，对其分配权值来进行融合，方法如下：(1)采集到的数据，经过上一步的预处理之后，最终得到有效数据{x1,x2,...,xn}，方差分别为...

【技术特征摘要】
1.一种烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)、安装设备在烟草卷接包车间工艺设备区铺设导轨(1)，导轨上面安装行走小车，导轨上装有用于推动行走小车沿导轨行走的伺服电机，行走小车上方装有用于调节高度的垂直升降平台，垂直升降平台上装有传感器支架，传感器支架上装有若干均布的风速传感器，风速传感器经数据采集器与计算机数据口相连，伺服电机经RS485总线与控制主机PC的USB接口相连；(二)、风速数据采集在控制主机PC的控制下，启动伺服电机，驱动行走小车运动到检测点，经垂直升降平台调整传感器支架的高度，在检测点采集数据，将传感器置于采集点检测采集数据，采集完一个检测点数据后，驱动行走小车移向下一个检测点，重复3-4次，完成检测点数据的采集；当行走小车到达极限位置时，在控制主机PC的控制下，开始返回运动，直至数据采集操作结束，由于单个风速传感器反馈的数据不一定精确，因此，采用多个传感器同时检测并将其采集的数据进行数据融合，来得到检测点的最终数据；(三)、数据融合，方法是：1.标定风速传感器：在使用之前，利用标准风洞对传感器进行校准和标定：(1)计算风洞内标准风速，得出喷嘴处的风速Ve；(2)进一步得出单位时间内通过喷嘴喷出的风量Q；(3)接着得出风洞内标准风速Vwt；(4)获取标准风速之后，利用最小二乘法，对采集的数据进行拟合，从而完成风速传感器的标定；2.预处理数据：采用相关性函数对数据进行预处理，方法是：(1)使用m个风速传感器，同时进行C次测量，Wik表示传感器i的第k次测量值，Wjk表示传感器j的第k次测量值，计算Wik和Wjk的融合度dij值，构造融合度矩阵Dij和相融度矩阵Rij；(2)定义传感器i对传感器j的相关性函数f(i/j)，并进行修正；(3)求各传感器被其他传感器所支持的程度，并根据支持度阈值，来保留或者删除传感器的测量数据；3.数据融合经过上一步处理后的有效数据，对其分配权值来进行融合，方法如下：(1)采集到的数据，经过上一步的预处理之后，最终得到有效数据{x1,x2,...,xn}，方差分别为加权系数分别为{w1,w2,...,wn}；(2)计算融合后的值求均方差σ2；(3)利用已知数据，得到融合后的方差；(4)利用函数极值理论，得均方差σ2的最小值；(5)得到融合之后新的预测融合传感器数据输出4.获取融合数据：对于每个检测点的风速数据，借助于多个传感器来测量，并对测量结果进行剔除，根据其重要程度，分配不同权值，进行融合处理，最终得到精确的风速数据，实现烟草卷接包车间通风流场数据融合。2.根据权利要求1所述的烟草卷接包车间的通风流场数据融合方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)、安装设备在烟草卷接包车间(5)工艺设备区(4)周边铺设环形导轨(1)，导轨上面安装行走小车(2)，导轨上装有用于推动行走小车沿导轨行走的伺服电机(3)，行走小车上方装有用于调节高度的垂直升降平台(7)，垂直升降平台上装有传感器支架(3)，传感器支架呈方形框架，方形框架的8个角上分别装有风速传感器(6)，8个风速传感器P1-P8经数据采集器P10与计算机PC1数据口相连，伺服电机经插口P9和串联的数据通讯卡P11与控制主机PC的USB接口相连；(二)、风速数据采集，包括以下步骤：1.设置系统配置参数：系统配置参数包括串口通讯设置、电机参数设置以及检测点设置，串口通讯设置主要是选择合适的波特率，串行通讯速率选用19.2kbit/s，通信协议为Modbus协议，其中，控制主机工作于主机模式，伺服电机工作于从机模式；设置电机运行速度、测试点位置以及限位位置；电机运行速度大小合适，太快会造成传感器支架抖动，太慢影响测量时间，为避免支架抖动，添加停留时间，使得传感器支架运动到位后，停止晃动再采集数据，将小车运动速度设置为0.25米/秒，小车停留时间2秒，设置30个检测点及其三维坐标；2.主控主机利用数据通讯卡P11，按照Modbus协议，将运动指令经传送给伺服电机，同时，获取行走小车的当前坐标位置并根据当前的位置驱动行走小车的运动控制；3.行走小车按照预定的运动路径方向和运行速度进行运动，根据系统参数配置所设定的风速采集测量坐标位置和传感器的坐标，通过调整垂直升降台在垂直方向的运动，将传感器支架调节到预设的三维坐标；4.通过控制主机设置行走小车在导轨行走的速度、停顿时间，在行走小车达到检测点位置的时候，利用PCI接口，通过数据采集模块采集风速传感器的4-20mA模拟电流信号；5.控制主机采集风速信号并进行数据的存储，为了实现数据采集的精确性，对每个检测点的数据重复采集100组数据；6.采集完上述检测点风速传感器信号后，驱动行走小车按照预定的方向朝下一个检测点运动；7.当行走小车到达下一个检测点位置的时候，重复执行4-5的步骤，完成该检测点的数据采集；8.当行走小车到达极限位置，开始返回运动，执行3-7的数据采集操作；控制主机采集到的风速数据为电流信号，应将其转换为对应的风速数据，从而完成烟草卷接包车间封闭空间通风流场的数据测量；由于单个风速传感器反馈的数据不一定精确，在此，对同一个检测点，采用多个传感器同时检测的方法，然后采用数据融合，将融合后的结果，作为该检测点的最终数据；(三)、数据融合，方法是：1.标定风速传感器在烟草卷接包车间的通风流场测量中，本发明所使用的用于封闭空间任意点风速...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢印举，段明义，苏玉，
申请(专利权)人：郑州工程技术学院，
类型：发明
国别省市：河南,41