一体化的自调匀整控制和在线监测系统技术方案

本发明专利技术涉及的是一种自动化控制技术领域的一体化的自调匀整控制和在线监测系统。信号检测部分连接到控制计算机，用于获得自调匀整控制和在线监测的输入信号；输出执行部分连接到控制计算机，用于自调匀整控制输出执行；人机界面连接到控制计算机，用于在线监测实时数据的显示；控制监测部分运行于控制计算机，协调信号检测部分、输出执行部分和人机界面工作，用于实现系统自调匀整控制和在线监测功能；本发明专利技术大大提高了采样精度和ＣＰＵ的效率，提高了自调匀整控制的精度，在质量超差时以声音和动画等多媒体形式报警或自动停机，保证了产品质量、提高了工厂自动化水平，提高了故障诊断智能化水平。

Integrated self leveling control and on-line monitoring system

The invention relates to an integrated self leveling control and on-line monitoring system in the field of automatic control technology. A signal detection part connected to the control computer, the input signal is used to obtain the autoleveling control and online monitoring; an output execution part connected to the control computer for performing autoleveling control output; man-machine interface connected to the control computer for online monitoring, real-time data display; monitoring and control part running on the control computer, signal detection part coordination output, execution and man-machine interface, system for realizing autoleveling control and online monitoring function; the invention greatly improves the efficiency of sampling precision and CPU, improves the autoleveling control accuracy in the ultra poor quality in sound and animation and other forms of multimedia alarm or automatic shutdown, to ensure the quality of products, to improve the level of automation in factories, improve the intelligence level of fault diagnosis.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种自动化控制
的系统，具体是一种一体化的自调匀整控制和在线监测系统。
技术介绍
自调匀整控制可以根据喂入棉条(并条机中为棉条，梳棉机中为棉层，以下简称棉条)的厚度波动实时调整牵伸比以控制输出棉条均匀度，是先进梳棉机和高速并条机的核心技术；短片段自调匀整中应用最广泛的开环式控制器的匀整结果怎样，开环控制器本身无法保证，离线质量控制要求检测人员频繁地取样检测，工作效率低、劳动强度大、质量风险大；在线监测系统可以实时在人机界面显示输出棉条的厚度、CV(变异系数)值、波谱图等信息，并可在质量超差时报警或自动停机，能保证产品质量和提高自动化水平；瑞士立达公司和德国特吕茨施勒公司生产的高速自调匀整并条机提供可选购的在线监测模块，但在线监测和自调匀整控制在不同CPU上实现，属于多处理器结构，价格昂贵。对于自调匀整控制，目前技术已经相当成熟，相关专利较多；经对现有技术文献的检索发现，中国专利技术专利(申请号CN01215858.5)提出了一种梳棉机条干在线检测仪，但该方法只检测条干厚度，对于在线质量监测更关注的CV值和波谱图不作检测。一体化自调匀整控制和在线监测系统实现的难点在于当前控制器硬件水平下采用现有控制策略，单个CPU很难胜任自调匀整控制和在线监测繁重的实时数据处理任务目前自调匀整控制周期在毫秒级，在这么短的控制周期内，要完成输入检测、控制运算、输出执行等一系列任务，匀整控制计算机CPU的负担已经很重，很难再加上在线监测耗时的CV值和波谱图运算等任务，否则控制的效果将难以保证；如果能从控制策略上入手，改进方法以提高CPU效率，将在线监测功能集成到自调匀整控制计算机中，开发一体化的自调匀整控制和在线监测系统，为企业提供高质量、低成本的自调匀整控制和在线监测系统，这将具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术的不足，提供一种一体化的自调匀整和在线监测系统。使其可用于梳棉机和并条机自调匀整控制、实时在线质量监测和设备故障诊断，满足了现代化纱厂对产品质量控制和设备自动化水平的要求。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括控制计算机、信号检测部分、输出执行部分、人机界面和控制监测部分五部分，信号检测部分连接到控制计算机，用于获得自调匀整控制和在线监测的输入信号；输出执行部分连接到控制计算机，用于自调匀整控制输出执行；人机界面连接到控制计算机，用于在线监测实时数据的显示；控制监测部分运行于控制计算机，用于协调信号检测部分、输出执行部分和人机界面工作，实现系统自调匀整控制和在线监测功能。所述的控制计算机，包括CPU模块、CAN模块、计数模块和AD模块，这些模块通过计算机总线相连。所述的信号检测部分，包括喂入棉条厚度检测机构、输出棉条厚度检测机构、喂入棉条速度检测机构和输出棉条速度检测机构；喂入棉条厚度检测机构由喂棉喇叭口和电涡流传感器组成，将喂入棉条厚度信号转换成模拟量电压信号，连接到控制计算机的AD模块，用于获得喂入棉条厚度；输出棉条厚度检测机构由凹凸罗拉和电涡流传感器组成，将输出棉条厚度信号转换成模拟量电压信号，连接到控制计算机的AD模块，用于获得输出棉条厚度；喂入棉条速度检测机构由喂棉罗拉和旋转编码器组成，将喂入棉条位移信号转换成数字脉冲信号，既连接到计数模块用于喂入棉条计长测速，又连接到AD模块用于喂入棉条厚度检测采样触发；输出棉条速度检测机构由牵伸罗拉和旋转编码器组成，将输出棉条位移信号转换成数字脉冲信号，既连接到计数模块用于输出棉条计长测速，又连接到AD模块用于输出棉条厚度检测采样触发。所述的输出执行部分包括喂入棉条拖动和输出棉条拖动；喂入棉条拖动由伺服电机和伺服控制器组成，伺服控制器连接到控制计算机的CAN模块；输出棉条拖动由变频电机和变频器组成，变频器连接到控制计算机的CAN模块。所述的人机界面使用工业可编程人机界面(也称触摸屏)，连接到控制计算机的CAN模块。所述的控制监测部分，一方面通过信号检测部分实时获得喂入棉条的厚度和速度信息，采用匀整算法，获得喂入棉条速度的调节量，通过输出执行部分送出以实现自调匀整控制；另一方面通过信号检测部分实时获得输出棉条的厚度和速度信息，经过运算获得输出棉条的厚度、CV值和波谱图等信息送到人机界面显示，并在质量超差时以声音、动画等多媒体形式报警或自动停机，以实现在线监测。所述的控制计算机的AD模块采用了基于FIFO(先进先出)的高速采样缓存技术。AD模块从喂入棉条厚度检测机构和(或)输出棉条厚度检测机构获得的模拟量电压信号通过放大器放大后进入模数转换器，同时喂入棉条速度检测机构和(或)输出棉条速度检测机构发出的脉冲信号经分频器分频后作为模数转换器的转换触发信号，转换完成的数据按照先进先出的原则自动进入FIFO缓存，FIFO缓存的大小确定以在CPU批量读取其中的数据前，其中数据不溢出并留一定余量为原则；正确设置后，采样、缓存工作不需要CPU干预自动进行，控制计算机CPU的效率得到了极大的提高，这是实现本专利技术的一个突破点。高速采样缓存技术能大大提高棉条厚度采样频率，可以在一个自调匀整控制周期对棉条厚度进行若干次采样(检测长度为控制片段长度的若干分之一)，控制计算机CPU批量读取缓存在FIFO中的数据并进行充分数字滤波(去噪声，低通滤波等)处理后再用于匀整控制或在线监测，以尽可能地消除机械振动、电源噪声和随机干扰的影响，提高检测精度和匀整控制效果。所述的控制监测部分在同一个CPU上完成自调匀整控制和在线监测功能，在前述AD模块采用基于FIFO的高速采样缓存技术大大提高了CPU效率的基础上，在控制策略上采用了基于DOS(磁盘操作系统)实时系统的多级中断技术，高实时性匀整控制和低实时性人机界面通讯在两个中断中完成，匀整控制中断优先级高于人机界面通讯，通讯采用基于CAN协议的短帧快速方式以提高速率和可靠性；在任务分配上，在线监测功能中的棉条厚度和CV值运算这两个实时性强、CPU耗时少、关注多的任务加入匀整控制中断中处理，而运算相对耗时但实时性弱、关注少的波谱分析FFT(快速傅立叶变换)运算任务放在中断外程序执行，因为正常生产时关注较多的是输出棉条实时厚度和CV值信息，波谱图监视较少，所以计算输出棉条实时厚度和CV值的运算一直进行，而获得波谱图的运算只在要求时进行，这样匀整控制的实时性(基本)不受影响，而且相比于传统的基于DOS系统的匀整控制单级中断系统，人机界面交互的速度提高了，操作指令响应和实时监测数据刷新更快了。本专利技术系统的工作过程如下机器运行过程中，喂入棉条速度检测机构等位移间隔地发出脉冲信号，此信号经AD模块中的分频器分频后不断地触发AD模块对通过喂入棉条厚度检测机构的棉条进行采样，采样数据自动进入AD模块的FIFO缓存，每次进入自调匀整控制中断，CPU模块集中读取缓存在AD模块FIFO中的数据，经滤波处理后获得喂入棉条的厚度波动情况，结合从计数模块获得的喂入棉条实际速度，通过一定的匀整算法，获得喂入棉条速度调节量，通过CAN模块送到喂入棉条拖动伺服控制器驱动伺服电机调速，这样就实现了自调匀整控制；输出棉条速度检测机构等位移间隔地发出脉冲信号，此信号经AD模块中的分频器分频后不断地触发AD模块对通过输出棉条厚度检测机构的棉条进行采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化的自调匀整控制和在线监测系统，包括：控制计算机、信号检测部分、输出执行部分、人机界面，其特征在于，还包括控制监测部分；信号检测部分连接到控制计算机，用于获得自调匀整控制和在线监测的输入信号；输出执行部分连接到控制计算机，用于自调匀整控制输出执行；人机界面连接到控制计算机，用于在线监测实时数据的显示；控制监测部分运行于控制计算机，一方面通过信号检测部分实时获得喂入棉条的厚度和速度信息，采用匀整算法，获得喂入棉条速度的调节量，通过输出执行部分送出以实现自调匀整控制；另一方面通过信号检测部分实时采集输出棉条的厚度和速度信息，经过运算获得输出棉条的厚度、ＣＶ值和波谱图等信息送到人机界面显示，并在质量超差时以声音、动画等多媒体形式报警或自动停机，以实现质量在线监测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张贵宝，李从心，张秋涓，袁方，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]