本發(fā)明涉及煙草生產(chǎn)制造設(shè)備/工藝，具體涉及一種基于無(wú)線傳輸?shù)臒煓C(jī)設(shè)備運(yùn)行輔助裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)在卷煙生產(chǎn)領(lǐng)域，煙機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)最終產(chǎn)品的品質(zhì)具有決定性的影響。該行業(yè)普遍采用的生產(chǎn)設(shè)備主要分為制絲設(shè)備和卷接包裝機(jī)械兩大類別，它們均依賴于高速、自動(dòng)化的生產(chǎn)線以保障高效的生產(chǎn)過(guò)程。因此，維持這些關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的。

2、煙機(jī)設(shè)備在運(yùn)作過(guò)程中可能遭遇一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，包括因材料更換等常規(guī)操作產(chǎn)生的異常信號(hào)，以及由機(jī)械或電氣問(wèn)題導(dǎo)致的偶發(fā)性停機(jī)或故障。特別是在人員短缺或分配至其他任務(wù)如質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，設(shè)備發(fā)出的材料更換提醒可能會(huì)被忽視，進(jìn)而引發(fā)不必要的停機(jī)。此外，操作人員的技能水平不一，可能難以及時(shí)識(shí)別故障根源并制定有效的維修計(jì)劃，這會(huì)顯著增加設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，并潛在地提升設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)時(shí)間的非計(jì)劃停機(jī)不僅會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，還可能增加工廠運(yùn)作的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3、為了解決上述問(wèn)題，亟需開(kāi)發(fā)一種集成了無(wú)線傳輸技術(shù)的煙機(jī)設(shè)備運(yùn)行輔助系統(tǒng)及方法，其旨在通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷功能，確保設(shè)備能夠更加穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，同時(shí)降低人為操作錯(cuò)誤和提升整體安全水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于無(wú)線傳輸?shù)臒煓C(jī)設(shè)備運(yùn)行輔助裝置及方法，旨在解決卷煙生產(chǎn)過(guò)程中煙機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)的技術(shù)難題，運(yùn)行輔助裝置由多個(gè)相互協(xié)作的子系統(tǒng)組成，主要包括探測(cè)端、顯示端和運(yùn)行支持端及其數(shù)據(jù)傳輸算法。其通過(guò)一套綜合解決方案，能夠確保煙機(jī)設(shè)備在關(guān)鍵時(shí)刻獲得有效的運(yùn)行支持，減少停機(jī)時(shí)間，提升生產(chǎn)效率，并確保生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性與安全性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于無(wú)線傳輸?shù)臒煓C(jī)設(shè)備運(yùn)行輔助裝置，探測(cè)端負(fù)責(zé)與煙機(jī)設(shè)備的plc模塊連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在煙機(jī)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，一旦出現(xiàn)需要更換材料或發(fā)生故障等異常狀態(tài)，plc模塊便會(huì)利用長(zhǎng)距離無(wú)線電傳感網(wǎng)絡(luò)lora將這些狀態(tài)信息傳輸至顯示端；顯示端用于實(shí)時(shí)展示探測(cè)端發(fā)來(lái)的設(shè)備狀態(tài)信息，并通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)向操作人員通報(bào)這些信息；此外，顯示端還具備外部存儲(chǔ)功能，用于記錄所有接收到的設(shè)備狀態(tài)信息；對(duì)于故障信息，顯示端能夠通過(guò)lora傳感網(wǎng)絡(luò)將其定向傳輸至指定的運(yùn)行支持端；同時(shí)，顯示端還支持機(jī)臺(tái)操作人員向運(yùn)行支持端發(fā)送求助信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程呼叫協(xié)助，以便及時(shí)處理設(shè)備故障；同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效和保證良好的節(jié)能效果，顯示端向運(yùn)行支持端的數(shù)據(jù)傳輸采用了dijkstra優(yōu)化的傳輸中繼算法。

4、一種基于無(wú)線傳輸?shù)臒煓C(jī)設(shè)備運(yùn)行輔助裝置，其包括四個(gè)部分：運(yùn)行輔助裝置探測(cè)端、運(yùn)行輔助裝置顯示端、運(yùn)行支持端和dijkstra優(yōu)化的傳輸中繼算法；

5、plc型mcu模塊：其負(fù)責(zé)與煙機(jī)設(shè)備中現(xiàn)有的plc控制系統(tǒng)連接，其功能是擴(kuò)展原有plc系統(tǒng)的能力，通過(guò)驅(qū)動(dòng)lora傳輸模塊，實(shí)時(shí)發(fā)送煙機(jī)運(yùn)行中的異常狀態(tài)信息；lora模塊：該模塊的任務(wù)是通過(guò)高頻無(wú)線信號(hào)傳輸和接收來(lái)自plc型mcu模塊的信號(hào)，lora模塊提供了遠(yuǎn)距離通信能力，確保了信號(hào)在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中也能可靠傳輸；oled顯示屏模塊：作為人機(jī)交互的界面，此顯示屏能夠同時(shí)展示來(lái)自兩臺(tái)煙機(jī)機(jī)組的探測(cè)端測(cè)量狀態(tài)；它可以顯示包裝機(jī)運(yùn)行正常、卷接機(jī)需要更換盤(pán)紙等狀態(tài)信息，從而提供直觀的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)反饋；stm32型mcu模塊：該模塊是系統(tǒng)的處理中心，負(fù)責(zé)處理探測(cè)端發(fā)來(lái)的異常信號(hào)，判斷故障類型，并壓縮數(shù)據(jù)量，以轉(zhuǎn)換為其他模塊可以接收和處理的信息格式；此外，它還驅(qū)動(dòng)oled顯示屏模塊、語(yǔ)音芯片模塊、gprs模塊以及外部存儲(chǔ)單元，分別實(shí)現(xiàn)信息的顯示、語(yǔ)音提示、云數(shù)據(jù)傳輸以及異常信息的本地存儲(chǔ)；語(yǔ)音芯片模塊：內(nèi)置預(yù)設(shè)的自定義音頻文件，根據(jù)不同的煙機(jī)異常狀態(tài)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出相應(yīng)的音頻警告，以提醒操作人員采取相應(yīng)措施；揚(yáng)聲器模塊：其功能是放大語(yǔ)音芯片模塊輸出的聲音，確保警告信息能夠被現(xiàn)場(chǎng)工作人員清晰聽(tīng)到；外部存儲(chǔ)器：用于持久化存儲(chǔ)煙機(jī)設(shè)備發(fā)送的設(shè)備異常信息，便于事后分析和系統(tǒng)維護(hù)；dijkstra優(yōu)化的傳輸中繼算法：為了優(yōu)化數(shù)據(jù)在廠區(qū)內(nèi)的傳輸鏈路，可使用dijkstra算法來(lái)找到最短路徑，從而實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸；dijkstra算法是一種用于尋找圖中兩點(diǎn)之間最短路徑的算法，在這個(gè)場(chǎng)景中，可將廠區(qū)內(nèi)的運(yùn)行支持端和顯示端視為圖的頂點(diǎn)，而它們之間的無(wú)線傳輸鏈路則可視為圖的邊，邊的權(quán)重可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度、傳輸距離等因素來(lái)確定，通過(guò)使用dijkstra算法，可以找到從顯示端到運(yùn)行支持端的最短路徑，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸。

6、假設(shè)g=（v，e）是一個(gè)帶權(quán)有向圖，其中v是頂點(diǎn)集合，e是邊集合；對(duì)于任意兩個(gè)頂點(diǎn)u和v，如果存在一條從u到v的邊，那么這條邊的權(quán)重為w（u，v），需要找到一個(gè)從源頂點(diǎn)s到其他所有頂點(diǎn)的最短路徑，其包括以下步驟：

7、（1）初始化：將源頂點(diǎn)s的距離設(shè)為0，其他所有頂點(diǎn)的距離設(shè)為無(wú)窮大，創(chuàng)建一個(gè)空集合s，用于存儲(chǔ)已經(jīng)找到最短路徑的頂點(diǎn)；

8、（2）從未確定最短路徑的頂點(diǎn)中選擇一個(gè)距離最小的頂點(diǎn)u；

9、（3）將頂點(diǎn)u加入集合s；

10、（4）遍歷與頂點(diǎn)u相鄰的所有頂點(diǎn)v，更新從源頂點(diǎn)s到頂點(diǎn)v的最短距離；如果通過(guò)頂點(diǎn)u到達(dá)頂點(diǎn)v的距離小于當(dāng)前已知的最短距離，那么更新頂點(diǎn)v的距離為通過(guò)頂點(diǎn)u到達(dá)頂點(diǎn)v的距離；

11、（5）重復(fù)步驟（2）-（4），直到所有頂點(diǎn)都被加入到集合s中。

12、一種基于無(wú)線傳輸?shù)臒煓C(jī)設(shè)備運(yùn)行輔助裝置的控制方法，其包括以下步驟：

13、（1）運(yùn)行輔助裝置初始化，探測(cè)端開(kāi)始不斷探測(cè)煙機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并判斷煙機(jī)設(shè)備運(yùn)行的信號(hào)是否正常；

14、（2）當(dāng)為正常信號(hào)時(shí)，設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，不斷繼續(xù)探測(cè)煙機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；

15、（3）當(dāng)為異常信號(hào)時(shí)，plc型mcu模塊讀取異常信息，驅(qū)動(dòng)lora無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送異常信息至顯示端；顯示端的stm32型mcu模塊判別所接收來(lái)自探測(cè)端的異常信息是否為故障信息：

16、（3.1）若不為故障信息，則可判定為煙機(jī)設(shè)備需要更換材料，stm32型mcu模塊驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音芯片模塊和揚(yáng)聲器模塊播放更換材料的音頻，驅(qū)動(dòng)oled高清顯示屏幕模塊顯示更換材料信息；

17、（3.2）若為故障信息，則播放故障信息的音頻，即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在本地存儲(chǔ)故障信息記錄，并由工作人員確認(rèn)是否向運(yùn)行支持端發(fā)送求助信息與故障信息；若發(fā)送，運(yùn)行支持端接收信息，工作人員協(xié)助維修；若不發(fā)送則回到待機(jī)狀態(tài)。

18、plc型mcu模塊采用efm32系列微處理器，lora模塊選用sx1278芯片驅(qū)動(dòng)模塊，oled顯示屏模塊采用具備800x480像素的高分辨率和16.7m色彩顯示能力的顯示屏幕，采用stm32f407系列微控制器，語(yǔ)音芯片模塊選用的是w25qxxdv系列閃存，揚(yáng)聲器模塊的設(shè)計(jì)考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，采用了防水防塵的密閉式設(shè)計(jì)，外部存儲(chǔ)器選用nandflash存儲(chǔ)器；為延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間，優(yōu)化數(shù)據(jù)在廠區(qū)內(nèi)的傳輸鏈路，使用dijkstra算法來(lái)尋找廠區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)找到最短路徑，優(yōu)化lora傳輸路徑，從而實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。

19、本發(fā)明的一種基于無(wú)線傳輸?shù)臒煓C(jī)設(shè)備運(yùn)行輔助裝置及方法，其通過(guò)探測(cè)端擴(kuò)展的plc模塊接入煙機(jī)原始plc模塊中，擴(kuò)展了原始plc應(yīng)用，能夠驅(qū)動(dòng)lora無(wú)線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)了煙機(jī)設(shè)備運(yùn)行信息的多方位展示，使得工作人員與檢修人員能夠更好地了解煙機(jī)狀態(tài)；通過(guò)lora無(wú)線傳輸模塊在復(fù)雜機(jī)械環(huán)境中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，并且通過(guò)dijkstra優(yōu)化的傳輸中繼算法能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)在廠區(qū)內(nèi)的傳輸鏈路，可以滿足多種工作場(chǎng)景，使得顯示端能夠及時(shí)準(zhǔn)確的掌握兩種煙機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明能夠確保煙機(jī)設(shè)備在關(guān)鍵時(shí)刻獲得有效的運(yùn)行支持，減少停機(jī)時(shí)間，提升生產(chǎn)效率，并確保生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性與安全性；該運(yùn)行輔助裝置及方法能夠有效降低企業(yè)用工成本，降低管理難度，實(shí)現(xiàn)檢修運(yùn)行協(xié)同化，提高煙草行業(yè)的智能制造水平。