油气润滑智能监控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种油气润滑智能监控系统，包括润滑点状态监控站、油气润滑PLC控制器、工业控制计算机、智能视觉传感器、模糊控制器，模糊控制器将来自油气润滑PLC控制器的油气供给量参数设定值和来自智能视觉传感器的油膜状态数据进行处理，给出油气供给量参数调整量，对油气润滑装置的油气供给量参数进行调整，并评估油膜状态数据是否满足预定义要求，从而将符合油气润滑预定义要求的油膜喷射到各个润滑点。本发明利用智能视觉传感器直接采集、处理油膜图像，并从油膜图像像素中提取相应的油膜状态数据，并且通过模糊控制器对油膜状态指标进行评估，使其更符合油气润滑预定义要求。本发明还公开了一种油气润滑智能监控方法。
【专利说明】油气润滑智能监控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种监控装置，具体涉及一种油气润滑智能监控系统。本发明涉及一种油气润滑智能监控方法。
【背景技术】
[0002]近年来油气润滑技术被广泛地应用于线、棒材轧机，连铸机等冶金设备上。所谓油气润滑，是指润滑油在压缩空气的作用下，在管道内壁四周被吹散为细小的油膜，波浪形地向前移动，最后以极其精细的连续油膜喷射到润滑点。
[0003]目前市场上的油气润滑设备不少，但有的离上述油气润滑的定义还有很大距离，不正确的油气供给量设定值，所形成的油膜是不一样的，若油和气在管道中速度一样，那么从润滑部位排出的空气中将含有油的微小颗粒，这样不仅会导致润滑油消耗高，而且会对环境造成危害。因此计算合适的油气供给量参数以及评估润滑点所需的油膜状态指标是否符合油气润滑预定义的要求就显得尤为重要。
[0004]常用的油气润滑电气控制系统，在润滑过程中是根据润滑点数量预先计算出供油量进行油气分配的。然而在润滑系统的实际运行过程中，润滑点的数量及工作状态是时刻变化的，固定的油气供给量设定值是不能满足工况需求的。
[0005]中国专利文献20110387632.4公开了一种油气润滑电气控制系统，其润滑油检测传感器将采集的信号数据传递给PLC控制器，其中所述润滑油检测传感器无法评估实际喷射到润滑点的油膜状态指标是否符合要求；其中所述PLC控制器无法根据润滑点工作状态及油膜状态数据进行油气供给量参数的动态自动调整。
[0006]常用的监视油膜的手段是使用流动监视器对空气流速进行监视，当流速过低或停止流动时，监视器将会报警，这只能获得管道中压缩空气或润滑油是否堵塞的信息，但对于价格昂贵的润滑点，为使它能长期连续的在良好的润滑状态下工作，仅保持压缩空气或润滑油的畅通是不够的，不符合要求的油膜即使被喷射到润滑点也达不到预期的润滑效果，而且造成能源浪费。
[0007]中国专利文献200480020550.4公开了一种借助于纹影传感器对油气润滑装置进行监控的方法，通过检测纹影随时间变化而产生的纹影信号，属于间接获取油膜纹影信号并对信号本身进行滤波计算的一种方法，操作人员无法对该纹影信号进行直接的评判。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种油气润滑智能监控系统，它可以对油膜状态指标进行评估，使其更符合油气润滑预定义要求，并且可对油气供给量参数自动调整。
[0009]为解决上述技术问题，本发明油气润滑智能监控系统的技术解决方案为:
[0010]包括润滑点状态监控站110、油气润滑PLC控制器111、工业控制计算机114、智能视觉传感器120、模糊控制器101，智能视觉传感器120垂直设置于油气润滑装置112的透明输送管道上方，智能视觉传感器120采集并处理附着在油气润滑装置112的透明输送管道内壁四周的油膜图像，并根据油膜图像计算油膜状态数据；智能视觉传感器120将油膜图像及油膜状态数据通过信号线传输到工业控制计算机114 ;智能视觉传感器120将油膜状态数据通过信号线传输至模糊控制器101 ;润滑点状态监控站110对润滑点113进行监控，采集反映润滑点113工作状态的变量数据，并将采集到的变量数据通过信号线传输至油气润滑PLC控制器111 ;油气润滑PLC控制器111根据该变量数据动态计算油气供给量参数设定值，并将油气供给量参数设定值通过信号线传输至模糊控制器101的数据库单元103中；模糊控制器101将来自油气润滑PLC控制器111的油气供给量参数设定值和来自智能视觉传感器120的油膜状态数据进行处理，给出油气供给量参数调整量，对油气润滑装置112的油气供给量参数进行调整，并评估油膜状态数据是否满足预定义要求，从而将符合油气润滑预定义要求的油膜喷射到各个润滑点113。
[0011]所述智能视觉传感器120包括CXD工业相机125、图像处理模块121，CXD工业相机125采集油膜图像，并将油膜图像通过信号线传输至图像处理模块121，图像处理模块121对油膜图像进行图像处理。
[0012]所述图像处理模块121包括图像滤波单元124、图像对比度增强单元123、油膜状态计算单元122，油膜图像经过图像滤波单元124的滤波以及图像对比度增强单元123的对比度增强后，由油膜状态计算单元122算出油膜的宽度、间距及数量，并将该油膜状态数据传输到模糊控制器101。
[0013]所述模糊控制器101包括知识库模块102、模糊化模块106、精确化模块107，其中知识库模块102包括数据库单元103、规则库单元105及现场专家控制单元104 ;来自油气润滑PLC控制器111的油气供给量参数设定值和来自智能视觉传感器120的油膜状态数据存储于数据库单元103 ;现场专家控制单元104将数据库单元103中的油气供给量参数设定值与油膜状态数据建立初始映射关系，并将这种初始映射关系作为预定义规则存入规则库单元105 ;模糊化模块106将数据库单元103中的油膜状态数据进行模糊化处理，并建立相应的隶属度函数；规则库单元105按照预定义规则将油膜状态数据进行模糊推理，即把油膜状态数据中反映油膜大小，油膜流速大小的值分别与相对应的预定义值进行比较，判断油膜状态指标是否满足预定义要求，并以相应的模糊语言变量表示输出，当不满足时进行相应的预警、报警输出；精确化模块107对来自于规则库单元105的模糊输出量进行精确化计算，即确定油气供给量参数调整量，并将其传输给油气润滑PLC控制器111，由油气润滑PLC控制器111控制油气润滑装置112中的油阀、气阀的启闭时刻及周期。
[0014]所述现场专家控制单元104对规则库单元105中的预定义规则进行修改，通过记录现场专家控制时的输入、输出关系，建立相应的控制规则，使规则库单元105具备自学习功能。
[0015]本发明还提供一种油气润滑智能监控方法，其技术解决方案为，包括以下步骤:
[0016]第一步，智能视觉传感器120采集并处理附着在油气润滑装置112的透明输送管道内壁四周的油膜图像，根据油膜图像获取油膜状态数据，油膜状态数据包括油膜宽度、油膜间距、油膜数量；然后将油膜状态数据通过以太网电缆传输至模糊控制器101 ；
[0017]所述智能视觉传感器120获取油膜状态数据的方法，具体包括以下步骤:
[0018]步骤401，将油膜图像进行滤波以及对比度增强；
[0019]智能视觉传感器120的CXD工业相机125获取油膜图像，在图像滤波单元124中对油膜图像进行中值滤波，然后在图像对比度增强单元123中通过直方图均衡化对油膜图像进行对比度增强；
[0020]步骤402，将油膜图像处理为二值图像；
[0021]将油膜图像中每一个像素的灰度值与预定阈值进行比较，将低于预定阈值的油膜图像像素的灰度值置为0，将高于预定阈值的油膜图像像素的灰度值置为I ;经过处理后的图像只存在灰度值O和I的两种像素，即二值图像；预定阈值表示满足油膜像素值的像素灰度值；
[0022]步骤403，将灰度值为I的油膜图像像素按照所属区域进行编号；
[0023]按列或行扫描二值图像，当遇到灰度值为I的油膜图像像素后，检索其周围的其余8个像素；如果其周围8个像素存在至少一个灰度值为I的像素，将其编号；统计已编号的像素，按照不同连续区域进行分类；
[0024]步骤404，获取油膜数量；
[0025]统计已编号的像素，按照不同编号号码进行连续区域的分类；检索油膜图像中所有的像素，获取所有不同的编号，统计不同编号的个数并进行归类；所有相同编号的像素归为一个连续区域，亦即一个油膜区域；检索油膜图像所有不同编号的区域，不同区域的数量即为油膜数量；
[0026]步骤405，获取油膜间距；
[0027]检索油膜图像中的每个不同编号的区域，根据每个区域中油膜图像像素横坐标最大值与最小值之和的平均值计算对应区域几何中心的横坐标，根据每个区域中油膜图像像素纵坐标最大值与最小值之和的平均值计算对应区域几何中心的纵坐标；根据油膜图像相邻两个区域几何中心的距离之差，计算出区域之间的距离，即油膜的间距；
[0028]步骤406，获取油膜宽度；
[0029]横向检索油膜图像中每个区域的各个像素，获取每一次横向检索横坐标最大以及最小像素，并计算两者横坐标差值，对区域横向检索获得的横坐标差值取平均，得到平均宽度，即为油膜宽度。
[0030]第二步，模糊控制器101将智能视觉传感器120反馈的油膜状态数据依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理及精确化输出，计算油气供给量参数调整值，控制油气润滑装置112，并评估当前油膜状态指标是否满足油气润滑预定义的要求。
[0031]所述模糊控制器101控制油气润滑装置112的方法，具体包括以下步骤:
[0032]步骤501，数据输入；将油气润滑PLC控制器111的油气供给量参数设定值和智能视觉传感器120中油膜状态数据，包括油膜宽度、油膜间距、油膜数量，传输到数据库单元103 中；
[0033]步骤502，数据存储及处理；完成数据库单元103的数据存储和处理，包括输入输出空间的划分，即把油气供给量参数设定值、油膜宽度、油膜间距、油膜数量作为输入变量；把对油膜状态指标，包括油膜大小、油膜流速大小的评估，以及油气供给量参数调整量作为输出变量；
[0034]步骤503，对输入数据进行模糊化处理；
[0035]在模糊化模块106中完成对输入变量的模糊化过程，即将油膜数量与油气供给量实际值进行关系映射，转化为油气供给量实际值小、适中、大的模糊语言变量；将油气供给量参数设定值与油气供给量实际值的偏差转化为偏差小、适中、大的模糊语言变量；将油膜宽度与油膜大小进行关系映射，转化为油膜小、适中、大的模糊语言变量；将油膜间距与油膜流速进行关系映射，转化为油膜流速小、适中、大的模糊语言变量；分别建立油气供给量参数实际值、偏差、油膜大小、油膜流速的隶属度函数，其中隶属度函数计算采用三角形函数；
[0036]步骤504，规则推理；
[0037]为输入与输出变量之间建立起逻辑联系，即给定输入变量的一组情况，便有一种模糊输出相对应；规则库单元105中存有预定义规则，即油气供给量参数设定值与油膜状态数据之间的映射关系，亦即扫描当前时刻油气供给量参数设定值，按照预定的时间间隔分别采集智能视觉传感器120中计算出的油膜数量、油膜间距、油膜宽度，这三个反映油膜状态数据的变量值，并将此作为油气润滑预定义的要求值；
[0038]步骤505，精确化处理；
[0039]采用重心法对输出隶属度函数进行精确化输出，将油气供给量参数调整量传输到油气润滑PLC控制器111中，控制油气润滑装置112中的油阀、气阀的启闭时刻及周期，最终使满足油气润滑预定义要求的油膜喷射到润滑点，其中重心法是取模糊隶属度函数与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终的输出值；
[0040]步骤506，规则自修改及学习；
[0041]现场专家控制单元采用专家经验法对预定义的规则库进行修改，包括增加或删除规则语句，记录现场专家操作时的输入与输出状态，并建立相应的映射关系，并将此映射关系作为新的规则加入规则库单元105，或者替换、删除过程控制中不合理的规则，使规则库单元105具有自学习功能。
[0042]本发明可以达到的技术效果是:
[0043]本发明利用智能视觉传感器直接采集、处理油膜图像，并从油膜图像像素中提取相应的油膜状态数据，并且通过模糊控制器对油膜状态指标进行评估，使其更符合油气润滑预定义要求。
[0044]本发明克服了常规开环电气控制系统中油气供给量设定值按预设值进行配方，所造成的油气供给量浪费问题；克服了油气供给量参数需要人工调整，且调整量易受个人经验影响，所造成的调整量精度无法保证的问题，实现了可以根据现场润滑点的工况来自动调整油气供给量设定值，达到高效、节能的效果。
[0045]本发明克服了常规监控缺乏对油膜状态进行直接评判，所造成的无法判断被喷射到润滑点的油膜是否满足油气润滑预定义要求的问题，通过模糊控制对油膜状态指标进行实时在线评估、预警及报警输出功能，从而实现了对应用和参数设置的验证。
[0046]本发明是一种具有闭环结构的数字控制系统，采用数字图像处理方法、模糊控制方法实现了对油膜状态的实时监控，油气供给量设定值的动态自调整功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0048]图1是本发明油气润滑智能监控系统的示意图；
[0049]图2是油气润滑装置的输送管道内壁四周的油膜图像示意图；[0050]图3是本发明的智能视觉传感器滤波及图像对比度增强后的油膜图像示意图；
[0051]图4是本发明的智能视觉传感器获取油膜状态数据的方法的示意图；
[0052]图5是本发明模糊控制器控制油气润滑装置的方法的示意图。
[0053]图中附图标记说明:
[0054]110为润滑点状态监控站，111为油气润滑PLC控制器，
[0055]112为油气润滑装置，113为润滑点，
[0056]114为工业控制计算机，101为模糊控制器，
[0057]102为知识库模块，103为数据库单元，
[0058]104为现场专家控制单元，105为规则库单元，
[0059]106为模糊化模块，107为精确化模块，
[0060]120为智能视觉传感器，121为图像处理模块，
[0061]122为油膜状态计算单元，123为图像对比度增强单元，
[0062]124为图像滤波单元，125为CCD工业相机。
【具体实施方式】
[0063]如图1所示，本发明油气润滑智能监控系统，包括润滑点状态监控站110、油气润滑PLC (可编程逻辑)控制器111、工业控制计算机114、油气润滑装置112、智能视觉传感器120、模糊控制器101，智能视觉传感器120垂直设置于油气润滑装置112的透明输送管道上方，智能视觉传感器120采集并处理附着在油气润滑装置112的透明输送管道内壁四周的油膜图像，并根据油膜图像计算油膜状态数据，油膜状态数据包括油膜宽度、油膜间距、油膜数量；并将油膜图像及油膜状态数据通过以太网电缆传输到工业控制计算机114的可视化人机操作界面，可视化人机操作界面用于存储、查询油膜图像及油膜状态数据，监视、调整油气供给量参数；智能视觉传感器120将油膜状态数据通过以太网电缆传输至模糊控制器 101 ；
[0064]润滑点状态监控站110对润滑点113进行监控，采集反映润滑点113工作状态的变量数据，包括润滑点的数量、规格、转速、电流、扭矩，并将采集到的变量数据通过以太网电缆传输至油气润滑PLC控制器111 ;油气润滑PLC控制器111根据该变量数据动态计算油气供给量参数设定值，并将油气供给量参数设定值通过以太网电缆传输至模糊控制器101的数据库单元103中；
[0065]模糊控制器101对来自油气润滑PLC控制器111的油气供给量参数设定值和来自智能视觉传感器120的油膜状态数据，依次进行模糊化处理、模糊规则推理、精确化计算，给出油气供给量参数调整量，对油气润滑装置112的油气供给量参数进行调整，并评估油膜状态数据是否满足预定义要求，从而将符合油气润滑预定义要求的油膜喷射到各个润滑点 113。
[0066] 智能视觉传感器120包括CXD (电荷耦合元件)工业相机125、图像处理模块121，CXD工业相机125采集油膜图像，并将油膜图像通过以太网电缆传输至图像处理模块121，图像处理模块121对油膜图像进行图像处理；(XD工业相机125的图像分辨率为640X480像素；图像处理模块121由图像滤波单元124、图像对比度增强单元123、油膜状态计算单元122组成，油膜图像经过图像滤波单元124的滤波以及图像对比度增强单元123的对比度增强后，由油膜状态计算单元122算出油膜的宽度、间距及数量，并将该油膜状态数据传输到模糊控制器101 ；
[0067]如图2所示，油气润滑装置112的透明输送管道内壁四周附着油膜，油膜在压缩空气的推动下向前波浪式移动，智能视觉传感器120用于采集该油膜图像。
[0068]模糊控制器101包括知识库模块102、模糊化模块106、精确化模块107，其中知识库模块102由数据库单元103、规则库单元105及现场专家控制单元104组成；模糊控制器101在油气润滑装置无故障运行的过程中，按照预定的时间间隔采集由智能视觉传感器120反馈的油膜状态数据，并存入数据库单元103中；
[0069]来自油气润滑PLC控制器111的油气供给量参数设定值和来自智能视觉传感器120的油膜状态数据存储于数据库单元103 ;现场专家控制单元104将数据库单元103中的油气供给量参数设定值与油膜状态数据建立初始映射关系，并将这种初始映射关系作为预定义规则存入规则库单元105 ;现场专家控制单元104还能够对规则库单元105中的预定义规则进行合理的修改，通过记录现场专家控制时的输入、输出关系，建立相应的控制规贝U，使规则库单元105具备自学习功能；
[0070]模糊化模块106将数据库单元103中的油膜状态数据进行模糊语言变量转化，并建立相应的隶属度函数；规则库单元105按照预定义规则将油膜状态数据进行模糊推理，即把油膜状态数据中反映油膜大小，油膜流速大小的值分别与相对应的预定义值进行比较，判断油膜状态指标是否满足预定义要求，并以相应的模糊语言变量表示输出，当不满足时进行相应的预警、报警输出；精确化模块107对模糊输出量进行精确化计算，即确定油气供给量参数调整量，并将其传输给油气润滑PLC控制器111，由油气润滑PLC控制器111控制油气润滑装置112中的油阀、气阀的启闭时刻及周期。
[0071]本发明油气润滑智能监控方法，包括以下步骤:
[0072]第一步，智能视觉传感器120采集并处理附着在油气润滑装置112的透明输送管道内壁四周的油膜图像，根据油膜图像通过计算与预定阈值分割后的图像中灰度为I的连续油膜区域来获取油膜状态数据，油膜状态数据包括油膜宽度、油膜间距、油膜数量；然后将油膜状态数据通过以太网电缆传输至模糊控制器101 ；
[0073]如图3所示，智能视觉传感器120获取油膜状态数据的方法如下:
[0074]将油膜图像进行滤波及对比度增强后，利用预定阈值进行分割后产生二值图像区域，并分别建立横坐标及纵坐标的扫描方向；按区域对像素进行编号并依次统计出油膜数量，最后提取出油膜宽度、油膜间距；
[0075]如图4所示，智能视觉传感器120获取油膜状态数据的方法，具体包括以下步骤:
[0076]步骤401，将油膜图像进行滤波以及对比度增强；
[0077]智能视觉传感器120的CXD工业相机125获取油膜图像，在图像滤波单元124中对油膜图像进行中值滤波，然后在图像对比度增强单元123中通过直方图均衡化对油膜图像进行对比度增强；图像滤波及对比度增强为现有技术，本发明不再详述；
[0078]步骤402，将油膜图像处理为二值图像；
[0079]将油膜图像中每一个像素的灰度值与预定阈值进行比较，将低于预定阈值的油膜图像像素的灰度值置为0，将高于预定阈值的油膜图像像素的灰度值置为I ;经过处理后的图像只存在灰度值O和I的两种像素，即二值图像；预定阈值表示满足油膜像素值的像素灰度值；
[0080]步骤403，将灰度值为I的油膜图像像素按照所属区域进行编号；
[0081]按列或行扫描二值图像，当遇到灰度值为I的油膜图像像素后，检索其周围的其余8个像素；如果其周围8个像素存在至少一个灰度值为I的像素，将其编号；统计已编号的像素，按照不同连续区域进行分类；
[0082]编号方法为:如果其周围8个像素中灰度值为I的像素已经有至少一个进行编号，如号码100，则其编号的号码与此号码相同，也为100 ;如果其周围不存在编过号的像素，则扫描整个图像，得到所有编号号码，取最大的号码加I为自身的编号号码；扫描全部图像，直至所有像素都已处理；
[0083]步骤404，获取油膜数量；
[0084]统计已编号的像素，按照不同编号号码进行连续区域的分类；检索油膜图像中所有的像素，获取所有不同的编号，统计不同编号的个数并进行归类；所有相同编号的像素归为一个连续区域，亦即一个油膜区域；检索油膜图像所有不同编号的区域，不同区域的数量即为油膜数量；
[0085]步骤405，获取油膜间距；
[0086]检索油膜图像中的每个不同编号的区域，根据每个区域中油膜图像像素横坐标最大值与最小值之和的平均值计算对应区域几何中心的横坐标，根据每个区域中油膜图像像素纵坐标最大值与最小值之和的平均值计算对应区域几何中心的纵坐标；根据油膜图像相邻两个区域几何中心的距离之差，计算出区域之间的距离，即油膜的间距；
[0087]步骤406，获取油膜宽度；
[0088]横向检索油膜图像中每个区域的各个像素，获取每一次横向检索横坐标最大以及最小像素，并计算两者横坐标差值，对区域横向检索获得的横坐标差值取平均，得到平均宽度，即为油膜宽度；
[0089]第二步，模糊控制器101将智能视觉传感器120反馈的油膜状态数据依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理及精确化输出，计算油气供给量参数调整值，评估当前油膜状态指标是否满足油气润滑预定义的要求；模糊控制器101应用模糊控制技术，处理工业控制过程中复杂的被控对象，尤其是被控对象的模型不确定或难以建立精确的数学模型；
[0090]如图5所示，模糊控制器101控制油气润滑装置112的方法，具体包括以下步骤:
[0091]步骤501，数据输入；通过以太网通讯方式，将油气润滑PLC控制器111的油气供给量参数设定值和智能视觉传感器120中油膜状态数据，包括油膜宽度、油膜间距、油膜数量，传输到数据库单元103中；
[0092]步骤502，数据存储及处理；通过以太网通讯完成数据库单元103的数据存储和处理，包括输入输出空间的划分，即把油气供给量参数设定值、油膜宽度、油膜间距、油膜数量作为输入变量；把对油膜状态指标，包括油膜大小、油膜流速大小的评估，以及油气供给量参数调整量作为输出变量；
[0093]步骤503，对输入数据进行模糊化处理；
[0094]在模糊化模块106中完成对输入变量的模糊化过程，即将油膜数量与油气供给量实际值进行关系映射，转化为油气供给量实际值小、适中、大的模糊语言变量；将油气供给量参数设定值与油气供给量实际值的偏差转化为偏差小、适中、大的模糊语言变量；将油膜宽度与油膜大小进行关系映射，转化为油膜小、适中、大的模糊语言变量；将油膜间距与油膜流速进行关系映射，转化为油膜流速小、适中、大的模糊语言变量；分别建立油气供给量参数实际值、偏差、油膜大小、油膜流速的隶属度函数，其中隶属度函数计算采用三角形函数，为现有技术，在此不做详细叙述；
[0095]步骤504，规则推理；
[0096]为输入与输出变量之间建立起逻辑联系，即给定输入变量的一组情况，便有一种模糊输出相对应；规则库单元105中存有预定义规则，即油气供给量参数设定值与油膜状态数据之间的映射关系，亦即扫描当前时刻油气供给量参数设定值，按照预定的时间间隔分别采集智能视觉传感器120中计算出的油膜数量、油膜间距、油膜宽度，这三个反映油膜状态数据的变量值，并将此作为油气润滑预定义的要求值；
[0097]规则库单元105由若干条“IF...THEN...”语句构成，其中，油气供给量参数调整量大小可由以下规则判断:
[0098]IF油气供给量参数偏差小THEN油气供给量参数调整量小；
[0099]IF油气供给量参数适中THEN油气供给量参数调整量为零；
[0100]IF油气供给量参数偏差大THEN油气供给量参数调整量大；
[0101]其中，油膜宽度与油膜大小之间映射关系可由以下规则判断:
[0102]IF油膜宽度小THEN油膜小；
[0103]IF油膜宽度适中THEN油膜大小适中；
[0104]IF油膜宽度大THEN油膜大；
[0105]其中，油膜间距与油膜流速之间映射关系可由以下规则判断:
[0106]IF油膜间距小THEN油膜流速小；
[0107]IF油膜间距适中THEN油膜流速适中；
[0108]IF油膜间距大THEN油膜流速大；
[0109]其中，评估油膜状态指标是否满足油气润滑预定义要求可由以下规则判断:
[0110]IF油膜大小适中而且油膜流速适中THEN油膜状态满足要求；
[0111]IF油膜大而且油膜流速小THEN报警压缩空气压力低或预警堵塞；
[0112]IF油膜大而且油膜流速大THEN预警供油量大；
[0113]IF油膜小而且油膜流速大THEN预警供油量小；
[0114]步骤505，精确化处理；
[0115]采用重心法对输出隶属度函数进行精确化输出，将油气供给量参数调整量传输到油气润滑PLC控制器111中，控制油气润滑装置112中的油阀、气阀的启闭时刻及周期，最终使满足油气润滑预定义要求的油膜喷射到润滑点，其中重心法是取模糊隶属度函数与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终的输出值，重心法为现有技术，在此不作详细叙述；
[0116]步骤506，规则自修改及学习；
[0117]现场专家控制单元采用专家经验法对预定义的规则库进行修改，包括增加或删除规则语句，记录现场专家操作时的输入与输出状态，并建立相应的映射关系，并将此映射关系作为新的规则加入规则库单元105，或者替换、删除过程控制中不合理的规则，使规则库单元105具有自学习功能。[0118]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种油气润滑智能监控系统，其特征在于:包括润滑点状态监控站(110)、油气润滑PLC控制器(111)、工业控制计算机(114)、智能视觉传感器(120)、模糊控制器(101)，智能视觉传感器(120)垂直设置于油气润滑装置(112)的透明输送管道上方，智能视觉传感器(120)采集并处理附着在油气润滑装置(112)的透明输 送管道内壁四周的油膜图像，并根据油膜图像计算油膜状态数据；智能视觉传感器(120)将油膜图像及油膜状态数据通过信号线传输到工业控制计算机(114);智能视觉传感器(120)将油膜状态数据通过信号线传输至模糊控制器(101)； 润滑点状态监控站(110)对润滑点(113)进行监控，采集反映润滑点(113)工作状态的变量数据，并将采集到的变量数据通过信号线传输至油气润滑PLC控制器(111);油气润滑PLC控制器(111)根据该变量数据动态计算油气供给量参数设定值，并将油气供给量参数设定值通过信号线传输至模糊控制器(101)的数据库单元(103)中； 模糊控制器(101)将来自油气润滑PLC控制器(111)的油气供给量参数设定值和来自智能视觉传感器(120)的油膜状态数据进行处理，给出油气供给量参数调整量，对油气润滑装置(112)的油气供给量参数进行调整，并评估油膜状态数据是否满足预定义要求，从而将符合油气润滑预定义要求的油膜喷射到各个润滑点(113)。
2.根据权利要求1所述的油气润滑智能监控系统，其特征在于:所述智能视觉传感器(120)包括CXD工业相机(125)、图像处理模块(121)，CXD工业相机(125)采集油膜图像，并将油膜图像通过信号线传输至图像处理模块(121)，图像处理模块(121)对油膜图像进行图像处理。
3.根据权利要求2所述的油气润滑智能监控系统，其特征在于:所述图像处理模块(121)包括图像滤波单元(124)、图像对比度增强单元(123)、油膜状态计算单元(122)，油膜图像经过图像滤波单元(124)的滤波以及图像对比度增强单元(123)的对比度增强后，由油膜状态计算单元(122)算出油膜的宽度、间距及数量，并将该油膜状态数据传输到模糊控制器(101)。
4.根据权利要求1所述的油气润滑智能监控系统，其特征在于:所述模糊控制器(101)包括知识库模块(102)、模糊化模块(106)、精确化模块(107)，其中知识库模块(102)包括数据库单元(103)、规则库单元(105)及现场专家控制单元(104);来自油气润滑PLC控制器(111)的油气供给量参数设定值和来自智能视觉传感器(120)的油膜状态数据存储于数据库单元(103);现场专家控制单元(104)将数据库单元(103)中的油气供给量参数设定值与油膜状态数据建立初始映射关系，并将这种初始映射关系作为预定义规则存入规则库单元(105)； 模糊化模块(106)将数据库单元(103)中的油膜状态数据进行模糊化处理，并建立相应的隶属度函数；规则库单元(105)按照预定义规则将油膜状态数据进行模糊推理，即把油膜状态数据中反映油膜大小，油膜流速大小的值分别与相对应的预定义值进行比较，判断油膜状态指标是否满足预定义要求，并以相应的模糊语言变量表示输出，当不满足时进行相应的预警、报警输出；精确化模块(107)对来自于规则库单元(105)的模糊输出量进行精确化计算，即确定油气供给量参数调整量，并将其传输给油气润滑PLC控制器(111)，由油气润滑PLC控制器(111)控制油气润滑装置(112)中的油阀、气阀的启闭时刻及周期。
5.根据权利要求4所述的油气润滑智能监控系统，其特征在于:所述现场专家控制单元(104)对规则库单元(105)中的预定义规则进行修改，通过记录现场专家控制时的输入、输出关系，建立相应的控制规则，使规则库单元(105)具备自学习功能。
6.一种油气润滑智能监控方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，智能视觉传感器(120)采集并处理附着在油气润滑装置(112)的透明输送管道内壁四周的油膜图像，根据油膜图像获取油膜状态数据，油膜状态数据包括油膜宽度、油膜间距、油膜数量；然后将油膜状态数据通过以太网电缆传输至模糊控制器(101)； 第二步，模糊控制器(101)将智能视觉传感器(120)反馈的油膜状态数据依次进行模糊化处理、隶属度计算、模糊推理及精确化输出，计算油气供给量参数调整值，控制油气润滑装置(112)，并评估当前油膜状态指标是否满足油气润滑预定义的要求。
7.根据权利要求6所述的油气润滑智能监控方法，其特征在于:所述第一步中智能视觉传感器(120)获取油膜状态数据的方法，具体包括以下步骤: 步骤401，将油膜图像进行滤波以及对比度增强； 智能视觉传感器(120)的C⑶工业相机(125)获取油膜图像，在图像滤波单元(124)中对油膜图像进行中值滤波，然后在图像对比度增强单元(123)中通过直方图均衡化对油膜图像进行对比度增强； 步骤402，将油膜图像处理为二值图像； 将油膜图像中每一 个像素的灰度值与预定阈值进行比较，将低于预定阈值的油膜图像像素的灰度值置为0，将高于预定阈值的油膜图像像素的灰度值置为I ;经过处理后的图像只存在灰度值O和I的两种像素，即二值图像；预定阈值表示满足油膜像素值的像素灰度值； 步骤403，将灰度值为I的油膜图像像素按照所属区域进行编号； 按列或行扫描二值图像，当遇到灰度值为I的油膜图像像素后，检索其周围的其余8个像素；如果其周围8个像素存在至少一个灰度值为I的像素，将其编号；统计已编号的像素，按照不同连续区域进行分类； 步骤404，获取油膜数量； 统计已编号的像素，按照不同编号号码进行连续区域的分类；检索油膜图像中所有的像素，获取所有不同的编号，统计不同编号的个数并进行归类；所有相同编号的像素归为一个连续区域，亦即一个油膜区域；检索油膜图像所有不同编号的区域，不同区域的数量即为油膜数量； 步骤405，获取油膜间距； 检索油膜图像中的每个不同编号的区域，根据每个区域中油膜图像像素横坐标最大值与最小值之和的平均值计算对应区域几何中心的横坐标，根据每个区域中油膜图像像素纵坐标最大值与最小值之和的平均值计算对应区域几何中心的纵坐标；根据油膜图像相邻两个区域几何中心的距离之差，计算出区域之间的距离，即油膜的间距； 步骤406，获取油膜宽度； 横向检索油膜图像中每个区域的各个像素，获取每一次横向检索横坐标最大以及最小像素，并计算两者横坐标差值，对区域横向检索获得的横坐标差值取平均，得到平均宽度，即为油膜宽度。
8.根据权利要求6所述的油气润滑智能监控方法，其特征在于:所述第二步中模糊控制器(101)控制油气润滑装置(112)的方法，具体包括以下步骤: 步骤501，数据输入；将油气润滑PLC控制器(111)的油气供给量参数设定值和智能视觉传感器(120)中油膜状态数据，包括油膜宽度、油膜间距、油膜数量，传输到数据库单元(103)中； 步骤502，数据存储及处理；完成数据库单元(103)的数据存储和处理，包括输入输出空间的划分，即把油气供给量参数设定值、油膜宽度、油膜间距、油膜数量作为输入变量；把对油膜状态指标，包括油膜大小、油膜流速大小的评估，以及油气供给量参数调整量作为输出变量； 步骤503，对输入数据进行模糊化处理； 在模糊化模块(106)中完成对输入变量的模糊化过程，即将油膜数量与油气供给量实际值进行关系映射，转化为油气供给量实际值小、适中、大的模糊语言变量；将油气供给量参数设定值与油气供给量实际值的偏差转化为偏差小、适中、大的模糊语言变量；将油膜宽度与油膜大小进行关系映射，转化为油膜小、适中、大的模糊语言变量；将油膜间距与油膜流速进行关系映射，转化为油膜流速小、适中、大的模糊语言变量；分别建立油气供给量参数实际值、偏差、油膜大小、油膜流速的隶属度函数，其中隶属度函数计算采用三角形函数； 步骤504，规则推理； 为输入与输出变量之间建立起逻辑联系，即给定输入变量的一组情况，便有一种模糊输出相对应；规则库单元(105)中存有预定义规则，即油气供给量参数设定值与油膜状态数据之间的映射关系，亦即扫描当前时刻油气供给量参数设定值，按照预定的时间间隔分别采集智能视觉传感器(120)中计算出的油膜数量、油膜间距、油膜宽度，这三个反映油膜状态数据的变量值，并将此作为油气润滑预定义的要求值； 步骤505，精确化处理； 采用重心法对输出隶属度函数进行精确化输出，将油气供给量参数调整量传输到油气润滑PLC控制器(111) 中，控制油气润滑装置(112)中的油阀、气阀的启闭时刻及周期，最终使满足油气润滑预定义要求的油膜喷射到润滑点，其中重心法是取模糊隶属度函数与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终的输出值； 步骤506，规则自修改及学习； 现场专家控制单元采用专家经验法对预定义的规则库进行修改，包括增加或删除规则语句，记录现场专家操作时的输入与输出状态，并建立相应的映射关系，并将此映射关系作为新的规则加入规则库单元(105)，或者替换、删除过程控制中不合理的规则，使规则库单元(105)具有自学习功能。
【文档编号】F16N29/02GK103899901SQ201210571416
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2012年12月25日
【发明者】赵忠 申请人:上海重矿连铸技术工程有限公司