CN108803517A - 一种酒类灌装机产速的智能化调节***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酒类灌装机产速的智能化调节***及其方法，该***由数据采集、数据处理、分析与智能处理和控制处理四个模块组成，数据采集模块负责采集与收集灌装线上各类设备实时的运转状态数据与酒瓶图像数据形成原始数据；数据处理模块对所述原始数据进行预处理、识别与判定出次品、保存处理，输出有效数据；分析与智能处理模块基于所述有效数据进行统计与分析指标数据，判定生产指标异常或设备异常，并依据指标分析结果执行相应的动作；控制处理模块通过向工控机发出执行指令方式控制灌装线上各类设备。本发明可以有效降低异常状况下的次品产生率和人工使用率，为企业的生产与管理者提供高效的管理工具。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉在工业控制和安全检测领域的应用，具体涉及一种酒类灌装机产速的智能化调节***及其方法。
背景技术
酒类灌装机的产速是影响瓶装酒产量的重要因素之一。在实际生产中，灌装机设备容易出现各种问题，例如酒瓶未洗净或瓶身附有标纸杂质、喷嘴堵塞错位、液位偏低、碎瓶等，对于此类问题的发生，传统酒类灌装生产通常采取的预防和处理措施是采取人工干预，即安排人员在生产线上巡查、抽检以及操控。但问题在于，在人工开始干预的时候往往已经生产出许多次品，造成了不小的损失。除此之外，灌装机的传统的生产管理做法还存在诸多如下问题：一、异常感知效率低，异常是指生产过程中出现明显次品、大量次品或设备故障而引起的生产问题。传统生产异常的发现依赖于人工反复巡查产线或质检人员的反馈，而人工巡查往往因为受具体条件和人员专业程度的约束，只能发现明显异常，无法感知细微异常，例如酒瓶未洗净、可见液体异物等，这类异常只有在产品流转到质检环节时才会被发现，因此导致异常的感知比较滞后；二、人工干预时效慢，通常当发现异常时才会开始人工的介入干预，而往往在执行干预操作之前还须先分析和排查异常来源。导致异常响应处理耗时在时间上是异常感知滞后时长、人工异常根源分析排查时长和操作时长之和，因此时效性极为低下，如果直接停机检查，则会对生产的连续性造成较大的影响；三、异常成本高，人工巡查本身会增加成本，且巡查只能在一定程度上降低异常次数或概率，效用有限，无法持续改进，在异常发生时往往还是造成不少的成本损失。
发明内容
本发明旨在针对人工巡查存在的问题，提出一种酒类灌装机产速的智能化调节方法，以解决灌装机生产线上设备生产运转速度的智能自动调节问题，实现灌装线的生产调节智能化，有效降低生产异常的损失成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种酒类灌装机产速的智能化调节***，该***由数据采集、数据处理、分析与智能处理和控制处理四个模块组成，数据采集模块负责采集与收集灌装线上各类设备实时的运转状态数据与酒瓶图像数据形成原始数据；数据处理模块对所述原始数据进行预处理、识别与判定出次品、保存处理，输出有效数据；分析与智能处理模块基于所述有效数据进行统计与分析指标数据，判定生产指标异常或设备异常，并依据指标分析结果执行相应的动作；控制处理模块通过向工控机发出执行指令方式控制灌装线上各类设备。
所述数据采集模块通过传感器、工业相机、PLC***采集与收集灌装线上各类设备实时的运转状态数据与酒瓶图像数据形成原始数据。
所述运转状态数据包括灌装线设备的温度、压力负重、转速、PLC设备开关的状态。
所述数据处理模块的预处理操作是依据预定的数据过滤与清洗规则对原始数据中文本类型数据进行解码转换、无效去除、去重、修复、合并。
本发明还进一步提出一种利用上述酒类灌装机产速的智能化调节***进行智能化调节的方法，具体包含以下步骤：
(1)数据采集模块负责采集与收集灌装线上各类设备实时的运转状态数据与酒瓶图像数据形成原始数据，并通过网络将该数据传给数据处理单元；
(2)数据处理模块对所述原始数据进行预处理之后，保存下有效的数据，为分析与智能处理模块提供运算分析的基础数据，对酒瓶图像数据进行处理，根据识别与判定目标规则判定图中空瓶或液体中是否有异物或灌装喷嘴是否错位、碎瓶，输出判定结果，并提供给分析与智能处理模块去处理；
(3)分析与智能处理模块负责实时接收所述有效数据，并结合历史数据通过预定业务算法自动开展各种指标统计运算及分析，结果可同步提供终端显示；
(4)上述各种指标统计运算结果数据作为智能化处理算法的输入，用于监测与判定当前生产总体品质与生产是否正常，以及当前生产设备是否存在异常及其种类和等级，结合海量数据进行生产与设备指标走势预测，判定当前生产现状是否需要实施预警告警和自动调节设备转速；
(5)控制处理模块为操作集成单元，负责接收分析与智能处理模块的操控指令，适配指令为前端PLC***可识别的指令，执行远程调用PLC接口来触发自动操控现场的灌装机设备，执行提速、降速或停机动作，实现管控的效果。
所述分析与智能处理模块的智能处理算法包含以下步骤：
(1)智能处理算法接收各类指标运算与分析的结果数据，检查指标是否超阈值，以及结合最近N次单位周期内的指标数据值的趋势推算下X个单位周期内的可能指标值，总结当前该指标是否存在异常；
(2)如果指标数据被判定为异常，则根据异常检验与自动调控条件规则定义计算并设定本指标本次异常的类别、影响系数、等级数值，之后紧接进入下一个指标处理循环；如果无异常，则直接进入下一个指标处理循环；
(3)对所有指标的异常分析逐一处理完毕后，综合计算异常分值，预测指标趋势，结合告警规则断定最终告警等级，最后判定当前产线是否需要自动调节；
(4)如果满足自动调控条件，则先根据配置向有关人员推送自动调控通知，待N分钟之后自动从后往前依次触发操控灌装机产线的相关设备的转速；
(5)如果未满足调控条件，则判断是否需要告警；
(6)如果符合告警条件，则需要进告警收敛处理，减免重复告警、高频率告警干扰；如果不满足告警条件，则对相关信息保存后直接结束本次流程；
(7)执行告警收敛判定，即结合近段时间的告警历史及告警规则对本次异常告警进行处理判定，如果告警被收敛，则保存相关信息并结束本次流程；如果告警未被收敛，则开始根据异常告警规则进行告警处理，针对不同级别的告警进行不同层级人员通知及告警处理；
(8)结束。
作为优选，上述智能处理算法的步骤7中，所述对异常告警进行处理判定包括关联、合并、去重。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明相比传统人工干预处理拥有更佳的生产效能优势，有效抑制异常成本的产生，降低了企业生产成本、提升生产和管理效率的效益；
2，装备了本发明的灌装产线具备智能地识别异常、预警管理人员、自动触发生产异常控制，有效地降低异常状况下的次品产生率，从而减少生产直接成本损失和降低生产管理成本费用；
3，本发明基于有利条件智能地自动地逐步提升生产速度，使生产效率处在最佳状态，智能化监视与管控产线设备可以降低人工使用率，从而达到减少人工使用，间接地改善与提升管理的效率，同时结合信息化的应用为企业的生产与管理者提供高效的管理工具；
4，本发明可以基于智能化的自动调节而降低产线空转率，最佳地利用有效生产时间，使得同样的产量使用更少的耗能。
附图说明
图1为本发明酒类灌装机产速的智能化调节***的***结构图。
图2为酒类灌装机产速的智能化调节方法的逻辑流程图。
图3为智能处理算法的逻辑流程图
图4为本发明的一个实施例的***结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明酒类灌装机产速的智能化调节***的***结构如图1所示，由数据采集模块(单元)、数据处理模块(单元)、分析与智能模块(单元)、控制处理模块(单元)共4个核心模块组成，各模块的功能如下：
数据采集单元：负责采集与收集灌装线上各类设备当下的运转状态数据与酒瓶图像数据，包括压力负重、转速、温度、洗瓶后空瓶图像、灌装后酒瓶图像等数据；
数据处理单元：负责处理原始数据并保存，识别与判定次品，输出方法***需求的有效数据；
分析与智能处理单元：负责统计与分析指标数据，判定生产指标异常或设备异常，依据指标分析结果执行相应的动作，例如告警或操控；
控制处理单元：操控集成及远程执行设备操控等相关的动作。
利用上述***进行智能化调节的方法的实现原理逻辑流程图如图2所示，包含以下步骤：
1)数据采集单元通过传感器、工业相机、PLC***采集灌装线设备的温度、压力负重、转速、空瓶图像、灌装后酒瓶图像、PLC设备开关或当前状态值等原始数据，并通过网络将数据传给数据处理单元；此设计用于收集各类设备的状态数据，采集人工无法采集捕获的数据，采集产品(瓶子)的图像；
2)数据处理单元接收到数据后，依据预定的数据过滤与清洗规则，将原始数据中文本类型数据进行解码转换、无效去除、去重、修复、合并等预处理操作之后，保存下有效的数据，为分析与智能处理单元提供运算分析的基础数据；图像类型(酒瓶图像)将被图像处理技术处理，根据识别与判定目标规则判定图中空瓶或液体中是否有异物(次品)或灌装喷嘴是否错位、碎瓶，输出判定结果，并提供给分析与智能处理单元去处理；此过程设计用于确保无脏数据和将图像转换为可统计数据，提供强大数据吞吐和处理能力；
3)分析与智能处理单元负责实时接收数据，可结合历史数据通过预定业务算法自动开展各种指标统计运算及分析，例如从数据、时间、关系、角色等多种维度统计，使用时间梯度统计，其统计的指标包括次品率及其趋势、产量及其趋势、设备出力率、来料正常率等，结果可同步提供终端显示；
4)各类指标统计运算结果数据将作为智能化处理算法的输入，用于监测与判定当前生产总体品质与生产是否正常，以及当前生产设备是否存在异常及其种类和等级，结合海量数据进行生产与设备指标走势预测，判定当前生产现状是否需要实施预警告警和自动调节设备转速；例如设备负荷过高、空转率过高、当前次品率过高，则降低设备转速甚至停机以节能或降低损失；如果设备、上瓶来料、产品生产均正常，产量过低则可适当逐步提高设备转速而提高产量；在触发自动调控设备转速之前X分钟先向相关人员进行预警或告警，告知即将开展调速动作；以上运算的结果可提供终端展示；相比人工干预，此设计实现了智能化效果，采用的数据更为全面、分析维度更为广泛与深入、反映更及时与直观、结果更贴合实际；
5)控制处理单元为操作集成单元，负责接收分析与智能处理单元的操控指令，适配指令为前端PLC***可识别的指令，执行远程调用PLC接口来触发自动操控现场的灌装机设备，执行提速、降速或停机动作，实现管控的效果。
其中，上述智能处理算法的逻辑示意图如图3所示，具体的流程如下：
1)算法接收各类指标运算与分析的结果数据，包括次品率及其趋势、产量及其趋势、设备出力率与空转率、来料正常率等，检查指标是否超阈值，以及结合最近N次单位周期内的指标数据值趋势并推算下X个单位周期内的可能指标值，总结当前该指标是否存在异常；
2)如果指标数据被判定为异常，则根据异常检验与自动调控条件规则定义，计算并设定本指标本次异常的类别、影响系数、等级数值等，之后紧接进入下一个指标处理循环；相反，如果无异常，则直接进入下一个指标处理循环；
3)所有指标的异常分析逐一处理完毕后，综合计算异常分值，预测指标趋势，结合告警规则断定最终告警等级，最后判定当前产线是否需要自动调节(提速/降速/停机)；
4)如果满足自动调控条件，则先根据配置向必要人员推送自动调控通知，知会生产干系人，待N分钟之后自动从后往前依次触发操控灌装机产线的相关设备的转速；
5)如果未满足调控条件，则判断是否需要告警；
6)如果符合告警条件，则需要进告警收敛处理，减免重复告警、高频率告警干扰；如果不满足告警条件，则相关信息保存后直接结束本次流程；
7)执行告警收敛判定，即结合近段时间的告警历史及告警规则对本次异常告警进行关联、合并、去重等处理判定，如果告警被收敛(判定重复或被合并)，则保存相关信息并结束本次流程；如果告警未被收敛，则开始根据异常告警规则进行告警处理，针对不同级别的告警进行不同层次人员通知及告警处理，例如一级(P1)告警通知企业管理者、二级(P2)告警通知车间管理者、三级(P3)以上通知安全项负责人；
8)结束。
图4为本发明的一个实施例的***结构图，现对其实施方案描述如下：
1、通过温度、转速等传感器定时采集现场灌装机生产线的设备的温度和转速数据，通过图像采集装置安装工业相机，实时拍摄采集空瓶、灌装后酒瓶的图像信息，以及访问工控机获取各类设备的开关等状态数据，所有数据通过光纤网络传输给监控中心的数据采集与处理***服务器；
2、数据被处理后存到存储***，同时调用分析与控制***接口输出当前实时数据，存储***对外提供通过网络访问提取数据；
3、分析与控制***接收当下实时数据，结合提取存储***的数据开展指标分析和智能预测，执行相应的告警或发送远程设备的操控指令等动作；
4、显示终端接收指标运算结果或访问存储***获得数据进行展示，直观反映出指标的状况及趋势，以及告警或操控历史；
5、智能化调节的实现由分析与控制***通过网络调用工控机指令接口发送相关的操作指令，控制现场设备的转速、电压电流输入输出等状态，从而达到调节生产速率的效果。
综上所述，本发明提供的酒类灌装机产速的智能化调节***和方法以预防为主，用最快的速度识别、预测及发现异常现象，并进行实时预警，使异常在第一时间发现，解决了异常感知滞后的问题；在提升感知效率的基础上，提供增加设备的智能化及自动化操控功能，减少甚至消除人工干预执行操作的工作；降低异常从发生到被制止处理所造成的成本损失，例如减少次品生产数、降低设备损坏程度等。
以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种酒类灌装机产速的智能化调节***，其特征在于***由数据采集、数据处理、分析与智能处理和控制处理四个模块组成，数据采集模块负责采集与收集灌装线上各类设备实时的运转状态数据与酒瓶图像数据形成原始数据；数据处理模块对所述原始数据进行预处理、识别与判定出次品、保存处理，输出有效数据；分析与智能处理模块基于所述有效数据进行统计与分析指标数据，判定生产指标异常或设备异常，并依据指标分析结果执行相应的动作；控制处理模块通过向工控机发出执行指令方式控制灌装线上各类设备。
2.根据权利要求1所述的酒类灌装机产速的智能化调节***，其特征在于所述数据采集模块通过传感器、工业相机、PLC***采集与收集灌装线上各类设备实时的运转状态数据与酒瓶图像数据形成原始数据。
3.根据权利要求1所述的酒类灌装机产速的智能化调节***，其特征在于所述运转状态数据包括灌装线设备的温度、压力负重、转速、PLC设备开关的状态。
4.根据权利要求1所述的酒类灌装机产速的智能化调节***，其特征在于所述数据处理模块的预处理操作是依据预定的数据过滤与清洗规则对原始数据中文本类型数据进行解码转换、无效去除、去重、修复、合并。
5.一种利用权利要求1所述的酒类灌装机产速的智能化调节***进行智能化调节的方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)数据采集模块负责采集与收集灌装线上各类设备实时的运转状态数据与酒瓶图像数据形成原始数据，并通过网络将该数据传给数据处理单元；
(2)数据处理模块对所述原始数据进行预处理之后，保存下有效的数据，为分析与智能处理模块提供运算分析的基础数据，对酒瓶图像数据进行处理，根据识别与判定目标规则判定图中空瓶或液体中是否有异物或灌装喷嘴是否错位、碎瓶，输出判定结果，并提供给分析与智能处理模块去处理；
(3)分析与智能处理模块负责实时接收所述有效数据，并结合历史数据通过预定业务算法自动开展各种指标统计运算及分析，结果可同步提供终端显示；
(4)上述各种指标统计运算结果数据作为智能化处理算法的输入，用于监测与判定当前生产总体品质与生产是否正常，以及当前生产设备是否存在异常及其种类和等级，结合海量数据进行生产与设备指标走势预测，判定当前生产现状是否需要实施预警告警和自动调节设备转速；
(5)控制处理模块为操作集成单元，负责接收分析与智能处理模块的操控指令，适配指令为前端PLC***可识别的指令，执行远程调用PLC接口来触发自动操控现场的灌装机设备，执行提速、降速或停机动作，实现管控的效果。
6.根据权利要求5所述的智能化调节方法，其特征在于所述分析与智能处理模块的智能处理算法包含以下步骤：
(1)智能处理算法接收各类指标运算与分析的结果数据，检查指标是否超阈值，以及结合最近N次单位周期内的指标数据值的趋势推算下X个单位周期内的可能指标值，总结当前该指标是否存在异常；
(2)如果指标数据被判定为异常，则根据异常检验与自动调控条件规则定义计算并设定本指标本次异常的类别、影响系数、等级数值，之后紧接进入下一个指标处理循环；如果无异常，则直接进入下一个指标处理循环；
(3)对所有指标的异常分析逐一处理完毕后，综合计算异常分值，预测指标趋势，结合告警规则断定最终告警等级，最后判定当前产线是否需要自动调节；
(4)如果满足自动调控条件，则先根据配置向有关人员推送自动调控通知，待N分钟之后自动从后往前依次触发操控灌装机产线的相关设备的转速；
(5)如果未满足调控条件，则判断是否需要告警；
(6)如果符合告警条件，则需要进告警收敛处理，减免重复告警、高频率告警干扰；如果不满足告警条件，则对相关信息保存后直接结束本次流程；
(7)执行告警收敛判定，即结合近段时间的告警历史及告警规则对本次异常告警进行处理判定，如果告警被收敛，则保存相关信息并结束本次流程；如果告警未被收敛，则开始根据异常告警规则进行告警处理，针对不同级别的告警进行不同层级人员通知及告警处理；
(8)结束。
7.根据权利要求6所述的智能化调节方法，其特征在于步骤7中所述对异常告警进行处理判定包括关联、合并、去重。
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