灌装生产线远程数据采集分析系统及其异常分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种灌装生产线远程数据采集分析系统，包括用于实时在线采集生产特性数据的数据采集端、用于传输和存储生产特性数据的数据中心服务器和用于处理生产特性数据的数据采集分析系统远程客户端，该数据采集分析系统远程客户端从数据中心服务器中读取生产特性数据并对其进行分析；所述数据采集分析系统远程客户端包括用户登录与管理模块、设备参数实时监测模块、在线数据分析模块、专家会议模块、灌装现场视频监控模块和生产查询模块。该系统对灌装生产线的各个工作环节进行数据采集，可在远程全面实时地监测灌装生产线上的生产过程，同时系统还可以对灌装产品的质量进行在线数据分析，有利于提高产品合格率和质量，节省故障诊断成本。

【技术实现步骤摘要】
灌装生产线远程数据采集分析系统及其异常分析方法
本专利技术涉及一种数据采集分析系统，尤其涉及一种灌装生产线远程数据采集分析系统及其异常分析方法。
技术介绍
在制造业不断提升现有生产自动化水平的背景下，要加快迈向智慧工厂的步伐，需要更智能、更开放的信息化系统来面对日益增加的生产、质量和个性化产品的需求。远程数据采集分析系统是集数据采集与数据分析于一体的系统，通过软硬件结合，采集、记录和计算生产现场各类数据，形成相应图形并对其进行分析。尤其对于自动化生产线而言，智能化和网络化的远程数据采集分析系统已经是生产线数字化管理必不可缺的部分，同时也是实现“智慧工厂”的重要基石。因此，亟待解决上述问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有灌装生产线上数据采集系统的不足，本专利技术的第一目的在于提供一种灌装生产线远程数据采集分析系统，该系统对灌装生产线的各个工作环节进行数据采集，可以在远程全面实时地监测灌装生产线上的生产过程，了解灌装设备的运行状况和实际的生产状况，同时系统还可以对灌装产品的质量进行在线数据分析，解决了数据实时性和共享性差的问题，有利于提高产品合格率和产品质量，节省故障诊断成本。本专利技术的第二目的是提供一种基于灌装生产线远程数据采集分析系统的采用八条控制图判异准则和BP神经网络对控制图进行异常识别的异常分析方法。技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种灌装生产线远程数据采集分析系统，包括用于实时在线采集生产特性数据的数据采集端、用于传输和存储生产特性数据的数据中心服务器和用于处理生产特性数据的数据采集分析系统远程客户端，该数据采集分析系统远程客户端从数据中心服务器中读取生产特性数据并对其进行分析；所述数据采集分析系统远程客户端包括用户登录与管理模块、设备参数实时监测模块、在线数据分析模块、专家会议模块、灌装现场视频监控模块和生产查询模块。其中，所述数据采集端包括基于Cortex-M3内核的32位ARM微处理器、信号转换模块、温度检测模块、充气气压检测模块、充气时间检测模块、灌液流量检测模块、原料液面高度检测模块、产品重量检测模块、气缸位置检测模块、产品数量检测模块和人机交互模块。优选的，所述ARM微处理器，包括3个12位模拟转换器，2通道12位D/A转换器，11个定时器，13个通信接口，112个快速I/O端口；所述信号转换电路采用2组4通道的光耦芯片TLP521-4来实现，可完成8路PLC信号的输入与转换；所述温度检测模块包括水浴温度检测模块、电机温度检测模块和产线车间温度检测模块，采用热敏电阻至数字输出转换器MAX31865来测温；所述产品重量检测采用AD转换器芯片HX711；所述人机交互模块采用3.5寸串口触摸显示屏，该显示屏自带GPU字库，支持多种组态控件。再者，所述数据中心服务器包括数据存储模块和消息中转模块，该消息中转模块上传数据时采用webservice技术，让用户选择是否备份数据到数据中心服务器，上传过程发生异常时可用数据库复制的方法同步数据。进一步，所述用户登录与管理模块用于用户管理和进行权限设置，先根据系统功能进行划分建立系统角色，并给角色分配相应的权限，最后给用户定义系统角色，其中一个系统用户可以同时拥有多种系统角色；所述设备参数实时监测模块，用于实时显示灌装生产线上相关设备的运行状况和工作参数，包括压缩机的实时工作气压、各个气缸的运动位置、传送带的运动状态和电机和检漏池的温度；所述在线数据分析模块用于对灌装产品的质量进行分析，根据生产特性数据计算过程能力指数和绘制控制图，采用数学模型建立回归分析并生成数据分析报告；灌装现场根据数据分析报告预估当前的产量和合格率，调整灌装生产线上的各工作参数；灌装现场根据控制图的判异结果进行报警；所述专家会议模块用于灌装生产商与技术人员之间的在线交流，包括多人实时视频、多人实时语音、多人电子白板共享和远程桌面控制；所述灌装现场视频监控模块用于用户对灌装生产线现场的生产情况进行远程监控和实时查看生产车间的状况，包括视频实时监控、视频录像回放和摄像头云控制；所述生产查询模块用于对产品质量进行追溯和根据产品的基本生产信息进行生产计划与调度。本专利技术一种基于灌装生产线远程数据采集分析系统的异常分析方法，包括如下步骤：(1)、数据采集终端实时在线采集生产特性数据，所述生产特性数据包括产品重量、产品数量、气缸的位置、水浴的温度、电机的温度、产线车间的温度、充气的时间、充气的气压、灌液的流量和原料液面的高度；(2)、将生产特性数据存储在数据中心服务器中；(3)、向数据中心服务器请求生产特性数据，并对生产特性数据进行提取与处理剔除异常数据；(4)、根据处理后的生产特性数据计算统计指标，所述统计指标包括生产特性数据的均值、极差、标准差、中位数、单值、移动极差、不合格品数、不合格品率、缺陷数和单位缺陷数中的一种或多种；(5)、根据统计指标绘制控制图，所述控制图包括均值-极差控制图、均值-标准差控制图、中位数-极差控制图、单值-移动极差控制图、不合格品数控制图、不合格品率控制图、缺陷数控制图和单位缺陷数控制图中的一种或多种；(6)、所述控制图的异常类型包括有数据超出控制限的第一类异常和数据在界限内呈异常排列规则的第二类异常；采用八条控制图判异准则对具有第一类异常的控制图进行异常识别，若存在异常则进行异常处理，否则继续生产；(7)、采用BP神经网络对第二类异常的控制图进行异常识别，该异常识别的具体步骤包括如下步骤：(7.1)、利用实际灌装生产过程中已知六种控制图模式的样本数据进行BP神经网络的训练，以得到BP神经网络的所需参数，六种控制图模式分别为正常模式、上升趋势模式、下降趋势模式、向上阶跃模式、向下阶跃模式和周期模式；具有训练步骤：(7.1.1)、首先将已知六种控制图模式的样本数据进行标准化和编码化的预处理，标准化后样本数据z(t)的计算公式见下式：其中，x(t)表示实际灌装生产过程中已知六种控制图模式的样本数据，t为样本序列，表示实际灌装生产过程中已知六种控制图模式的样本数据的均值，σ表示实际灌装生产过程中已知六种控制图模式的样本数据的标准差；经过标准化处理后，已知六种控制图模式的样本数据正常时z(t)服从标准正态分布，即z(t)～N(0,1)，且﹣3≤z(t)≤3，N(0,1)为标准正态；将z(t)在[-4,4]上划分为80个子区域进行编码化处理得到编码后数据x，编码规则如下：其中，m＝1，2…80；(7.1.2)、将编码后数据x代入BP神经网络传递函数中进行计算得到输出层节点数据，具体计算包括如下步骤：首先设置BP神经网络中输入层节点数为15，隐含层节点数为25，输出层节点数为6，输入层第i个节点到隐含层第j个节点的权值为ωij，隐含层第j个节点到输出层第k个节点的权值为ω′jk，其中i＝1,2…15，j＝1,2…25，k＝1,2…6,权值ωij和权值ω′jk在[0,1]范围内被随机赋初值，在传统的神经网络基础上引入可调参数和动态阈值；计算隐含层第j个节点输入具体公式为：其中，xi表示输入层第i个节点的输入的编码后数据，θj表示隐含层第j个节点的动态阈值，fj表示节点状态，其中fj＝1，xi＞0，表示节点兴奋状态；fj＝0，xi≤0，表示节点抑制状态；再将隐含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种灌装生产线远程数据采集分析系统，其特征在于：包括用于实时在线采集生产特性数据的数据采集端、用于传输和存储生产特性数据的数据中心服务器和用于处理生产特性数据的数据采集分析系统远程客户端，该数据采集分析系统远程客户端从数据中心服务器中读取生产特性数据并对其进行分析；所述数据采集分析系统远程客户端包括用户登录与管理模块、设备参数实时监测模块、在线数据分析模块、专家会议模块、灌装现场视频监控模块和生产查询模块。

【技术特征摘要】
1.一种灌装生产线远程数据采集分析系统，其特征在于：包括用于实时在线采集生产特性数据的数据采集端、用于传输和存储生产特性数据的数据中心服务器和用于处理生产特性数据的数据采集分析系统远程客户端，该数据采集分析系统远程客户端从数据中心服务器中读取生产特性数据并对其进行分析；所述数据采集分析系统远程客户端包括用户登录与管理模块、设备参数实时监测模块、在线数据分析模块、专家会议模块、灌装现场视频监控模块和生产查询模块。2.根据权利要求1所述的灌装生产线远程数据采集分析系统，其特征在于：所述数据采集端包括基于Cortex-M3内核的32位ARM微处理器、信号转换模块、温度检测模块、充气气压检测模块、充气时间检测模块、灌液流量检测模块、原料液面高度检测模块、产品重量检测模块、气缸位置检测模块、产品数量检测模块和人机交互模块。3.根据权利要求2所述的灌装生产线远程数据采集分析系统，其特征在于：所述ARM微处理器，包括3个12位模拟转换器，2通道12位D/A转换器，11个定时器，13个通信接口，112个快速I/O端口；所述信号转换电路采用2组4通道的光耦芯片TLP521-4来实现，可完成8路PLC信号的输入与转换；所述温度检测模块包括水浴温度检测模块、电机温度检测模块和产线车间温度检测模块，采用热敏电阻至数字输出转换器MAX31865来测温；所述产品重量检测采用AD转换器芯片HX711；所述人机交互模块采用3.5寸串口触摸显示屏，该显示屏自带GPU字库，支持多种组态控件。4.根据权利要求1所述的灌装生产线远程数据采集分析系统，其特征在于：所述数据中心服务器包括数据存储模块和消息中转模块，该消息中转模块上传数据时采用webservice技术，让用户选择是否备份数据到数据中心服务器，上传过程发生异常时可用数据库复制的方法同步数据。5.根据权利要求1所述的灌装生产线远程数据采集分析系统，其特征在于：所述用户登录与管理模块用于用户管理和进行权限设置，先根据系统功能进行划分建立系统角色，并给角色分配相应的权限，最后给用户定义系统角色，其中一个系统用户可以同时拥有多种系统角色；所述设备参数实时监测模块，用于实时显示灌装生产线上相关设备的运行状况和工作参数，包括压缩机的实时工作气压、各个气缸的运动位置、传送带的运动状态和电机和检漏池的温度；所述在线数据分析模块用于对灌装产品的生产特性数据进行分析，根据生产特性数据计算过程能力指数和绘制控制图，采用数学模型建立回归分析并生成数据分析报告；灌装现场根据数据分析报告预估当前的产量和合格率，调整灌装生产线上的各工作参数；灌装现场根据控制图的判异结果进行报警；所述专家会议模块用于灌装生产商与技术人员之间的在线交流，包括多人实时视频、多人实时语音、多人电子白板共享和远程桌面控制；所述灌装现场视频监控模块用于用户对灌装生产线现场的生产情况进行远程监控和实时查看生产车间的状况，包括视频实时监控、视频录像回放和摄像头云控制；所述生产查询模块用于对产品质量进行追溯和根据产品的基本生产信息进行生产计划与调度。6.一种根据权利要求1至5所述的灌装生产线远程数据采集分析系统的异常分析方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)、数据采集终端实时在线采集生产特性数据，所述生产特性数据包括产品重量、产品数量、气缸的位置、水浴的温度、电机的温度、产线车间的温度、充气的时间、充气的气压、灌液的流量和原料液面的高度；(2)、将生产特性数据存储在数据中心服务器中；(3)、向数据中心服务器请求生产特性数据，并对生产特性数据进行提取与处理剔除异常数据；(4)、根据处理后的生产特性数据计算统计指标，所述统计指标包括生产特性数据的均值、极差、标准差、中位数、单值、移动极差、不合格品数、不合格品率、缺陷数和单位缺陷数中的一种或多种；(5)、根据统计指标绘制控制图，所述控制图包括均值-极差控制图、均值-标准差控制图、中位数-极差控制图、单值-移动极差控制图、不合格品数控制图、不合格品率控制图、缺陷数控制图和单位缺陷数控制图中的一种或多种；(6)、所述控制图的异常类型包括有数据超出控制限的第一类异常和数据在界限内呈异常排列规则的第二类异常；采用八条控制图判异准则对具有第一类异常的控制图进行异常识别，若存在异常则进行异常处理，否则继续生产；(7)、采用BP神经网络对第二类异常的控制图进行异常识别，该异常识别的具体步骤包括如下步骤：(7.1)、利用实际灌装生产过程中已知六种控制图模式的样本数据进行BP神经网络的训练，以得到BP神经网络的所需参数，六种控制图模式分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志胜，叶锋，郑超强，戴敏，
申请(专利权)人：东南大学，江苏南高智能装备创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32