本發(fā)明涉及旋裝濾清器生產(chǎn)，具體為一種旋裝機油燃油濾清器生產(chǎn)工藝智能化控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、濾清器是指通過濾紙起過濾雜質(zhì)或者氣體的作用的配件，一般是指汽油濾清器，是發(fā)動機的配件，按不同過濾功能分為：機油濾清器、燃油濾清器(汽油濾清器、柴油濾清器、油水分離器、液壓濾清器)、空氣濾清器、空調(diào)濾清器等，發(fā)動機有空氣、機油、燃油三種濾清器，一般稱作“三濾”，加上空調(diào)濾清器，俗稱四濾，分別擔(dān)負(fù)潤滑系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)中介質(zhì)，發(fā)動機進氣系統(tǒng)、車廂空氣循環(huán)系統(tǒng)的過濾，隨著科技的發(fā)展，人們對機動車的需求越來越大，對濾清器的需求也越來越多。

2、如中國專利為：cn110842536a的“旋裝機油燃油濾清器總成全自動組裝生產(chǎn)方法及生產(chǎn)系統(tǒng)”，包括：對濾清器的各個零部件進行輸送、檢測并完成組裝；對組裝后的濾清器進行封罐；對封罐完成后的濾清器進行螺紋檢測；對螺紋檢測后的濾清器進行絲印；對絲印后的濾清器進行氣密性檢測。

3、現(xiàn)有的旋裝機油燃油濾清器在生產(chǎn)時，通常是通過各個設(shè)備實現(xiàn)濾清器的一體化生產(chǎn)，但是生產(chǎn)工藝過程中設(shè)備參數(shù)會出現(xiàn)異常情況，而現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)無法對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)實時監(jiān)測，無法在參數(shù)異常時自動調(diào)整修正加工參數(shù)，從而無法保證各關(guān)鍵加工工序(如沖壓、封罐、檢測、表面處理等)的精度控制，同時無法對生產(chǎn)工藝過程中的設(shè)備進行預(yù)防性防護和故障檢測，導(dǎo)致濾清器的生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，無法保障生產(chǎn)工藝過程中的人機安全及系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4、鑒于此，本技術(shù)擬提出一種旋裝機油燃油濾清器生產(chǎn)工藝智能化控制系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種旋裝機油燃油濾清器生產(chǎn)工藝智能化控制系統(tǒng)及方法，以解決上述問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種旋裝機油燃油濾清器生產(chǎn)工藝智能化控制方法，包括：

4、ⅰ、數(shù)據(jù)采集：收集智能化生產(chǎn)線運行時的大量數(shù)據(jù)，包括傳感器讀數(shù)、執(zhí)行器狀態(tài)、控制信號，用于建立系統(tǒng)模型和后續(xù)的故障診斷；

5、ⅱ、系統(tǒng)辨識：基于收集的數(shù)據(jù)，使用系統(tǒng)辨識技術(shù)來估計系統(tǒng)的動態(tài)行為和參數(shù)，包括確定傳感器和執(zhí)行器的傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間表示和其他模型參數(shù)；

6、ⅲ、系統(tǒng)建模：基于收集的數(shù)據(jù)，使用系統(tǒng)動力學(xué)或狀態(tài)空間模型的建模方法，對智能化生產(chǎn)線進行系統(tǒng)建模，包括定義系統(tǒng)的各個組成部分、傳感器、執(zhí)行器和控制邏輯，以及它們之間的關(guān)系；

7、ⅳ、建立正常狀態(tài)模型及異常檢測：基于系統(tǒng)辨識的結(jié)果，建立系統(tǒng)的正常運行模型，用作基準(zhǔn)進行后續(xù)智能判斷及控制，監(jiān)測實時數(shù)據(jù)以檢測異常，通過與正常運行模型的比較，可以識別出與預(yù)期行為不一致的情況；

8、ⅴ、傳感器檢測：通過多種傳感器檢測生產(chǎn)線的各種狀態(tài)信息，對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實時采集生產(chǎn)工藝流程涉及的參數(shù)，并將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc控制器；

9、ⅵ、plc控制：通過plc控制器接收傳感器數(shù)據(jù)，處理控制邏輯并進行參數(shù)分析比對，當(dāng)設(shè)備數(shù)據(jù)異常時警報，并通過pid控制算法自動調(diào)整修正加工參數(shù)，再輸出控制信號到各種執(zhí)行器；

10、ⅶ、執(zhí)行：根據(jù)plc的控制信號，通過執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的動作；

11、ⅷ、人機交互：通過人機界面實現(xiàn)操作員與plc之間的交互，顯示生產(chǎn)線的運行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置及故障信息功能。

12、進一步地，在系統(tǒng)建模階段，使用狀態(tài)空間模型表示系統(tǒng)的動態(tài)行為，其中包括狀態(tài)向量x、輸入向量u和輸出向量y的關(guān)系，表示式如下：

13、

14、y＝cx+du

15、式中：表示狀態(tài)向量的導(dǎo)數(shù)，a、b、c、d表示系統(tǒng)的狀態(tài)空間矩陣，a、b、c、d可以通過系統(tǒng)辨識方法估計得出。

16、進一步地，在異常檢測階段，使用統(tǒng)計方法來計算異常度或殘差，以檢測是否存在異常情況，異常度計算公式如下：

17、

18、式中：y實際表示實際觀測到的輸出，y預(yù)測表示基于系統(tǒng)模型預(yù)測的輸出，標(biāo)準(zhǔn)差用于確定異常度的閾值。

19、進一步地，通過pid控制算法自動調(diào)整修正加工參數(shù)，所述pid控制算法的基本公式如下：

20、

21、式中：u(t)表示系統(tǒng)在時刻t的輸出控制量，e(t)表示時刻t時系統(tǒng)的誤差，即期望值與實際值之間的差，kp表示比例系數(shù)，控制比例部分的影響，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度，ki表示積分系數(shù)，控制積分部分的影響，用于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，kd表示微分系數(shù)，控制微分部分的影響，用于抑制系統(tǒng)的震蕩和提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，e(λ)dλ表示誤差e(t)隨時間的積分，用于處理系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，表示誤差e(t)隨時間的導(dǎo)數(shù)，用于處理系統(tǒng)的瞬時變化。

22、一種旋裝機油燃油濾清器生產(chǎn)工藝智能化控制系統(tǒng)，包括傳感器單元、plc控制單元、通信單元、執(zhí)行單元、防護單元、輔助單元、設(shè)備管理單元和人機交互單元；

23、所述傳感器單元通過多種傳感器檢測生產(chǎn)線的各種狀態(tài)信息，對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)和運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，并將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc控制單元；

24、所述plc控制單元通過plc控制器接收傳感器單元的數(shù)據(jù)，處理控制邏輯并進行參數(shù)分析比對，通過pid控制算法自動調(diào)整修正加工參數(shù)，再輸出控制信號到執(zhí)行單元；

25、所述通信單元通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)生產(chǎn)線系統(tǒng)各模塊之間通信功能；

26、所述執(zhí)行單元接收plc控制單元的控制信號，通過執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的動作；

27、所述防護單元通過位置檢測開關(guān)、區(qū)域防護光電保護裝置、激光掃描儀對生產(chǎn)線設(shè)備進行安全防護；

28、所述輔助單元通過設(shè)置停止按鈕、急停按鈕、復(fù)位按鈕、指示燈和聲光報警器，起到輔助安全防護的作用；

29、所述設(shè)備管理單元通過數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備狀態(tài)信息上傳至設(shè)備管理系統(tǒng)，支持對人機交互系統(tǒng)設(shè)置權(quán)限安全鎖，通過在生產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備相關(guān)區(qū)域設(shè)置視頻監(jiān)控，遠(yuǎn)程查看及操作功能；

30、所述人機交互單元實現(xiàn)操作員與plc之間的交互，顯示生產(chǎn)線的運行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置及故障信息功能，同時操作員可以參數(shù)設(shè)定。

31、進一步的，所述傳感器單元包括設(shè)備參數(shù)監(jiān)測模塊、液壓過載保護模塊、封罐監(jiān)測模塊和溫度監(jiān)測模塊；

32、所述設(shè)備參數(shù)監(jiān)測模塊通過傳感器實時采集生產(chǎn)工藝流程涉及的關(guān)鍵參數(shù)和運行數(shù)據(jù)，并將參數(shù)和運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc控制單元；

33、所述液壓過載保護模塊用于對多工位壓力機的壓力點進行壓力監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc控制單元；

34、所述封罐監(jiān)測模塊通過對封罐過程中進行深度監(jiān)測，并通過智能算法計算出封罐咬合率，將封罐咬合率信號實時傳輸?shù)絧lc控制單元；

35、所述溫度監(jiān)測模塊通過在生產(chǎn)線多道工序重要位置設(shè)置溫度檢測探頭，并將溫度信號實時傳輸?shù)絧lc控制單元。

36、進一步的，所述plc控制單元包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、自適應(yīng)比對模塊、自動調(diào)整模塊、特征提取模塊、故障預(yù)測模塊、故障判斷模塊、模型修正模塊和報告模塊：

37、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊通過收集設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，包括傳感器數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行清洗、去噪和標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理操作，得到預(yù)處理數(shù)據(jù)；

38、所述自適應(yīng)比對模塊通過plc控制器接收傳感器單元的數(shù)據(jù)，處理控制邏輯并進行參數(shù)分析比對，當(dāng)參數(shù)異常時，將該信號傳輸?shù)阶詣诱{(diào)整模塊；

39、所述自動調(diào)整模塊通過pid控制算法自動調(diào)整修正加工參數(shù)，并輸出控制信號到執(zhí)行單元；

40、所述特征提取模塊利用深度學(xué)習(xí)模型自動學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的層次化特征表示，對預(yù)處理數(shù)據(jù)進行特征提??；

41、所述故障預(yù)測模塊基于提取的特征表示，利用深度學(xué)習(xí)模型對設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，且模型通過對歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中的異常模式和趨勢，得到故障預(yù)測數(shù)據(jù)；

42、所述故障判斷模塊基于故障預(yù)測數(shù)據(jù)，利用故障診斷算法與已知的故障模型進行比對，以及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來實現(xiàn)，來確定可能的故障類型、原因、程度和位置；

43、所述模型修正模塊根據(jù)診斷結(jié)果使用最小二乘法對系統(tǒng)模型進行修正，估計參數(shù)θ的公式如下：

44、

45、式中：y模型是基于估計參數(shù)θ的模型預(yù)測輸出；

46、所述報告模塊基于系統(tǒng)故障生成故障診斷報告和維修建議，并將該信息傳輸?shù)饺藱C交互單元。

47、進一步的，所述防護單元包括位置檢測模塊、工作臺移動防護模塊、激光掃描模塊、射頻識別模塊和預(yù)防性防護模塊：

48、所述位置檢測模塊通過在生產(chǎn)線運動部件處設(shè)置位置檢測開關(guān)，根據(jù)程序設(shè)定檢測開閉狀態(tài)，當(dāng)位置檢測模塊發(fā)出安全信號后，其他部件才可運動；

49、所述工作臺移動防護模塊通過在主機前后工作臺移動區(qū)域周邊設(shè)有采用不可見的紅外線光對射的區(qū)域防護光電保護裝置，感知人體是否進入危險區(qū)，一旦觸發(fā)會立即停機；

50、所述激光掃描模塊通過在設(shè)備運行部件的周邊設(shè)置激光掃描儀，根據(jù)危險級別設(shè)置危險及警告區(qū)域，人員接近或進入時將該異常警報信號傳輸?shù)捷o助單元和人機交互單元；

51、所述射頻識別模塊利用射頻識別rfid技術(shù)管理生產(chǎn)線的在位模具信息，讀取在位模具數(shù)據(jù)以及判斷在位模具是否符合系統(tǒng)設(shè)置要求；

52、所述預(yù)防性防護模塊通過在生產(chǎn)過程中時刻監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，在將要發(fā)生損害前及時反應(yīng)，做出預(yù)防性防護措施。

53、進一步的，所述預(yù)防性防護模塊包括不間斷緩沖模塊、電機運行狀態(tài)監(jiān)測模塊和偏載預(yù)防模塊：

54、所述不間斷緩沖模塊通過dc?ups+緩沖技術(shù)，在生產(chǎn)線外電網(wǎng)斷電后提供短時間直流供電緩沖，可持續(xù)提供dc24，持續(xù)時間最長為11h，并將信號傳輸?shù)饺藱C交互單元；

55、所述電機運行狀態(tài)監(jiān)測模塊用于對生產(chǎn)線的電機溫度、電機輸出軸震動、工作電流進行監(jiān)測，在達(dá)到預(yù)警值時將該預(yù)警信號傳輸?shù)捷o助單元和人機交互單元；

56、所述偏載預(yù)防模塊利用多工位壓力機許用偏心載荷能力曲線對生產(chǎn)線上的不同模具沖壓加工時產(chǎn)生的偏載力進行提前預(yù)判。

57、進一步的，所述輔助單元包括停止模塊、急停模塊、復(fù)位模塊、指示燈模塊和報警模塊：

58、所述停止模塊通過設(shè)置停止按鈕并與主機聯(lián)鎖，當(dāng)操作者按下停止按鈕時，停止模塊發(fā)出停止運行指令，完成當(dāng)前周期工作后，所有的機構(gòu)回到初始狀態(tài)，系統(tǒng)停機；

59、所述急停模塊通過在多工位位置設(shè)置多處緊急停止按鈕，并與主機聯(lián)鎖，當(dāng)發(fā)生任何危險情況時操作者按下緊急停止按鈕時，急停模塊控制設(shè)備立即停機；

60、所述復(fù)位模塊通過在多工位位置設(shè)置多處復(fù)位按鈕，并與主機聯(lián)鎖，在操作者松開急停按鈕并按下復(fù)位按鈕時，所有的機械機構(gòu)回到初始狀態(tài)；

61、所述指示燈模塊通過在生產(chǎn)線設(shè)備旁設(shè)置指示燈，當(dāng)系統(tǒng)不工作時，紅燈常亮，當(dāng)系統(tǒng)運行時，綠燈常亮；

62、所述報警模塊用于接收不同的異常警報信號及預(yù)警信號，控制不同的聲光報警器發(fā)出聲光警報提示。

63、本發(fā)明的有益效果：

64、1、本發(fā)明中，通過引入先進的傳感技術(shù)和pid控制算法技術(shù)，通過自適應(yīng)控制算法，提高系統(tǒng)在正常運行時的性能，通過智能監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析以及多目標(biāo)優(yōu)化模型的引入，實現(xiàn)了對生產(chǎn)線的精細(xì)管理和協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測，實時采集生產(chǎn)工藝流程涉及的參數(shù)，系統(tǒng)比對，數(shù)據(jù)異常警報、并通過pid控制算法自動調(diào)整修正加工參數(shù)，從而保證各關(guān)鍵加工工序的精度控制，以及生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，并根據(jù)實時生產(chǎn)狀態(tài)及參數(shù)分析進行控制生產(chǎn)過程，實現(xiàn)一體化生產(chǎn)，以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)流程、提升產(chǎn)品品質(zhì)和提高生產(chǎn)效率的目的。

65、2、本發(fā)明中，設(shè)備參數(shù)監(jiān)測模塊通過傳感器實時采集生產(chǎn)工藝流程涉及的關(guān)鍵參數(shù)和運行數(shù)據(jù)，再對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、特征提取和故障預(yù)測，故障判斷模塊再基于故障預(yù)測數(shù)據(jù)，利用故障診斷算法與已知的故障模型進行比對，以及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來實現(xiàn)，來確定可能的故障類型、原因、程度和位置，有助于快速定位故障并采取相應(yīng)的維修措施，減少生產(chǎn)中斷的時間和成本，提高生產(chǎn)線的效率、質(zhì)量和靈活性，降低成本和故障率，為操作員提供更安全、便捷的工作環(huán)境，實現(xiàn)更高水平的自動化控制。

66、3、本發(fā)明中，防護單元通過位置檢測開關(guān)、區(qū)域防護光電保護裝置、激光掃描儀對生產(chǎn)線設(shè)備進行安全防護，采用功能部件結(jié)合控制程序的方式保障生產(chǎn)線設(shè)備安全，通過監(jiān)控生產(chǎn)過程中的設(shè)備狀態(tài)，提前設(shè)計預(yù)防性維護措施，避免發(fā)生損害，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，有效保障人機安全、高效生產(chǎn)、提高自動化和智能化程度的目標(biāo)。