一种智能烟丝牌号交换站的制作方法

本实用新型涉及烟草企业的生产设备管系交换分配技术领域，尤其是一种智能烟丝牌号交换站。

背景技术：

伴随着工业生产过程向信息化和智能化发展，对烟草企业生产设备管系进行智能化交换分配具有重大的现实意义。目前烟草企业制丝送丝的工艺过程中，生产柔性已不能够较好地满足车间生产需要的现状。需要柔性连接的管道越来越多，在管道分配交换过程中存在管道混淆和接错的风险也就越来越大。由此引起的烟丝混合会导致流程中断，从而造成生产停工和后续昂贵的清洁支出或维护工作。

目前对烟丝牌号交换多采用人工凭经验对烟丝输入输出接口进行检查，对管道和接头进行挑选、匹配、组合和安装。由于缺少管道的对接校验和管系的最优化分配，这就导致品牌混装的质量事故率增加。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种智能烟丝牌号交换站，该交换站能够将送丝管道按照“整体均衡、路径最短”的智能交换模式进行烟丝牌号柔性分配、交换和连接，具有结构紧凑，功能稳定、交换分配灵活多变等优点，并能够有效减少烟丝造碎，杜绝烟丝牌号混装等特点。

本实用新型所采用的技术方案是：一种智能烟丝牌号交换站，包括机械结构、管系预测系统gxyc-01、控制决策系统kzjc-01和输入输出检测系统crjc-01，所述机械结构包括钢架平台（1）、与送丝机连接的出口集中站（2）、与卷烟机料斗连接的入口集中站（3）、直连管道（4）及管道连接弯头（5）构成的送丝管道、用于送丝管道快速连接的管道快速接头（6）、用于支撑管道连接弯头（5）的弯头调节支架（7）和管道贮存架（8），所述出口集中站（2）、入口集中站（3）和管道贮存架（8）固定安装于钢架平台（1）上，入口集中站（3）通过直连管道（4）和管道连接弯头（5）连接出口集中站（2），管道连接弯头（5）下连接有弯头调节支架（7）；

管系预测系统gxyc-01的一端连接下达生产指令的mes系统，另一端通过现场总线连接负责解析生产指令的管系预测系统gxyc-01，所述的管系预测系统gxyc-01与控制决策系统kzjc-01连接，对当前管道连接状态进行评估分析的控制决策系统kzjc-01连接输入输出检测系统crjc-01；输入输出检测系统crjc-01校验管系连接是否畅通正确。

所述管系预测系统gxyc-01负责解析生产指令，并调用牌号交换管系预测模型，分析当前生产指令与送丝管当前状态是否匹配，是否能够满足本次烟丝交换分配要求；所述控制决策系统对当前管道连接状态做评估分析，结合当前生产指令的输入输出，给出最优化的送丝管道排练组合，人工按照系统指示，实现管系连接；所述输入输出检测系统自动进行输入输出接口连接正确与否、管系连接是否畅通正确的校验，如若检测输入输出接口连接正确、管系连接畅通无误，送丝阀门打开，烟丝能够正常通过，一旦系统检测到一个不正确的或缺失的管道连接，相应的阀门被立即禁用，并通过现场总线将错误传递至plc主控设备。

优选的是，在管道快速接头（6）连接处的送丝管道两端端口内嵌uhfrfid无源标签后用ptfe涂层密封，保证在腐蚀性或者工作环境恶劣条件下使用，每个管道快速接头（6）都配有一个全球唯一id的rfid无源标签，用于核验管道输入输出连接的正确与否。

优选的是，在管道快速接头（6）上安装有能确保电流信号接通的柔性挤压触碰装置（9），以确保送丝管路信号传输。

优选的是，所述直连管道（4）和管道连接弯头（5）的管身内嵌入带有固定电阻值的信号线，用精密阻值来表征送丝管实际长度和连接标识。因为送丝管道采用级联方式进行输入输出连接，相当于电阻的串联，因此只需要一根信号线便可以实现管路的通断连接检查；将管道信号线通入恒流源，通过在输出口测量输出电压即可知道管路的实际连接情况和管路的实际长度。

本实用新型的工作原理：一种智能烟丝牌号交换站，利用人工智能和物联网技术有效的解决了烟丝牌号交换过程中送丝管中接口连接的问题。首先由mes系统下达生产命令，该生产指令包含烟丝品牌、操作时间、操作人员、喂丝输入管道编号、卷包输出管道编号等信息。

接下来将上述信息通过现场总线发往管系预测系统，管系预测系统负责解析生产指令，并调用牌号交换管系预测模型，分析当前生产指令与送丝管当前状态是否匹配。是否能够满足本次烟丝交换分配要求。如果需要切换送丝管，利用控制决策系统来对当前管道连接状态做评估分析，结合当前生产指令的输入输出，给出最优化的送丝管道排练组合，人工按照系统指示，实现管系连接。然后输入输出检测系统自动进行输入输出接口连接正确与否、管系连接是否畅通正确的校验。如若检测输入输出接口连接正确、管系连接畅通无误，送丝阀门打开，烟丝能够正常通过；一旦系统检测到一个不正确的或缺失的管道连接，相应的阀门被立即禁用，并通过现场总线将错误传递至plc主控设备。

至此在管系连接错误发生之前就立即将错误消除，通过反复复核，直至输入输出接口连接正确、管系连接畅通无误后，才能进行后续操作。系统同样支持人工应急预案操作，即由人工按照下达的生产命令进行输入输出接口匹配和管系连接，由人工核验无误后，才能进行后续操作。

本实用新型的有益效果：一种智能烟丝牌号交换站，能够将送丝管道按照“整体均衡、路径最短”的智能交换模式进行烟丝牌号柔性分配、交换和连接。具有结构紧凑，功能稳定、交换分配灵活多变，能够有效减少烟丝造碎，杜绝烟丝牌号混装等特点。交换站能够根据上位mes系统提供的生产工艺参数要求，对现有的管系使用情况进行实时统计，以最优方式进行丝管分配决策。并向现场下达管道交换分配具体操作流程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种智能烟丝牌号交换站机械结构示意图。

图2是本实用新型一种智能烟丝牌号交换站各模块关系示意图。

图3是本实用新型一种智能烟丝牌号交换站工艺流程图。

图4是本实用新型一种智能烟丝牌号交换站智能管道及作用示意图。

图5是本实用新型一种智能烟丝牌号交换站快速连接头示意图。

图6是本实用新型一种智能烟丝牌号交换站电气拓扑图。

图中：1-钢架平台、2-出口集中站、3-入口集中站、4-直连管道、5-管道连接弯头、6-管道快速接头、7-弯头调节支架、8-管道贮存架、9-柔性挤压触碰装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示的这种智能烟丝牌号交换站，包括有钢架平台1、与送丝机连接的出口集中站2、与卷烟机料斗连接的入口集中站3、直连管道4、管道连接弯头5、管道快速接头6、弯头调节支架7、管道贮存架8。出口集中站2、入口集中站3和管道贮存架8固定安装于钢架平台1上。入口集中站3通过直连管道4和管道连接弯头5连接出口集中站2。所述的管道连接弯头5和直连管道4之间连接状态可以通过弯头调节支架7进行弯头曲率的细微调整，调整方法是通过旋转弯头调节支架7内部的丝杆，从而对管道连接弯头5的连接角度进行精确的调节，目前可支持0-20°的角度微调，以此实现曲率的调整。

如图2所示，本实施例中的这种智能烟丝牌号交换站，除了机械结构外还使用西门子wincc开发的管系预测系统gxyc-01、控制决策系统kzjc-01和输入输出检测系统crjc-01；它们的连接关系及作用如下详细说明。

一、管系预测系统gxyc-01，结合大数据分析挖掘技术以及机器学习技术对烟丝牌号交换过程中涉及的工艺参数、控制参数、设备参数、环境参数等作为对象进行分析和研究，形成牌号交换管系预测模型。通过对大量烟丝牌号交换管系分配的历史数据进行分析和挖掘，将喂丝生产过程中涉及的管道使用分布情况、牌号接口交换情况作为对象进行研究、模仿和抽象，形成烟丝牌号交换管系的预测模型。该模型不是一成不变的，而是动态持续更新的，用当前生产的历史数据作为样本数据进行分析，并形成适用于当前生产的预测模型。保证模型能够随时间、生产环境、工况等变化而变化，保障对当前生产的准确预测。管系预测过程涵盖：样本数据分析、样本数据预处理、选择模型、模型构建、模型验证、预测模型的持续优化。

二、控制决策系统kzjc-01主要针对送丝丝管的分配控制，采用三个阶段实施：

首先是控制决策的有效性验证。在现有基于烟丝牌号交换系统上，由经验丰富的操作员按照不同牌号烟丝工艺的要求，人工进行丝管分配控制，得到人工丝管分配控制决策模型。在此基础上，分析烟丝牌号交换过程中，丝管的输入输出口占用情况、烟丝交换效率以及出丝管使用情况等数据信息，通过不断地优化和迭代，最终建立烟丝牌号交换工艺输入-输出关系，对采集的数据进行滤波及平滑处理。接下来通过深度学习上述数据得到丝管分配控制决策表。利用该决策表同步生成烟丝牌号交换自动控制策略，将上述的两种控制策略进行偏差计算并统计其相似程度，最终目标是来调节自动控制的权值或参数，使自动控制与人工控制的偏差趋近于零。

接下来是在当前已有稳定的丝管分配控制决策的基础上，通过改变环境参数来观察丝管分配控制决策的变化和波动情况。通过将不同的环境参数叠加到上述系统中，不断地记录、分析和修正。能够得到针对同一稳定系统下，不同环境对于丝管分配控制决策的影响程度的对应关系。将该对应关系进行机器学习后，得到烟丝牌号交换工艺输入-输出对应关系表，将该表进行优化后，反馈给mes系统，可以作为下一阶段智能控制决策的依据。

最后通过学习丝管分配控制决策表的输入输出关系，将之前完成的预测模型和丝管分配控制决策表作为“黑盒”系统引入到控制环境，通过大量的数据训练和迭代，让智能控制决策系统能够建立多输入-多输出的控制决策关系，以此来替代人工控制，而直接向各执行器发出控制指令，将控制信息直接变换为执行器的动作，直接完成整体的智能控制。上述过程可以完全脱离人工烟丝牌号分配控制的框架，从各类输入、输出信息中通过计算机的深度学习直接找到丝管分配控制的最优规律。

三、输入输出检测系统crjc-01，输入输出接口检测内嵌有rfid读写器和状态指示屏，能够校验输入输出管道的接驳是否正确和可靠。送丝管道的连接状态信息直接通过现场总线传递到各个送丝管道接口。送丝管道接口处均安装有状态指示屏，可以实时显示管道连接情况。如果下达的生产任务与管道输入输出接口匹配，管道连接校验成功，系统方能允许后续工作流程。如若校验失败，系统禁止后续流程，实时反馈各送丝管道的匹配结果至mes系统。

图3是本实施例的智能烟丝牌号交换站工艺流程图，品牌为黄金叶，出口集中站2连接1号送丝机，入口集中站3连接2号卷烟机；该工艺流程首先由mes系统下达生产指令，分析当前生产指令与送丝管当前状态是否匹配，是否能够满足本次烟丝交换分配要求。如果需要切换送丝管，对当前管道连接状态做评估分析，结合当前生产指令的输入输出，给出最优化的送丝管道排练组合，人工按照系统指示实现管系连接。然后自动判断输入输出接口连接正确与否及自动校验管道连接是否畅通正确。如若检测到输入输出接口连接正确、管系连接畅通无误，送丝阀门打开即可开机生产，烟丝能够正常通过；一旦检测到一个不正确的或缺失的管道连接，即连接错误，相应的阀门被立即禁用，禁止开机，并通过现场总线将错误传递返回复核，或是将错误传递至plc主控设备，实现在上位机对烟丝牌号交换站所有设备进行监控一体化，同时具备设备和工艺参数的数据采集和控制功能，为工厂信息系统提供数据，并接收工厂信息系统的生产任务和下发工艺参数。总体实现对送丝管道、连接头、牌号校验等进行全面的监视和控制。

图4是智能烟丝牌号交换站智能管道外观示意及功能图，送丝管道两端端口处内嵌uhfrfid无源标签，管道用ptfe涂层密封，保证在腐蚀性或者工作环境恶劣条件下使用。每个管道接头都配有一个全球唯一id的rfid标签。该部分主要用于核验管道输入输出连接的正确与否。

送丝管道内嵌入带有固定电阻值的信号线，用精密阻值来表征送丝管实际长度和连接标识。三段管道长度对应的电阻值分别为r1，r2和r3。因为送丝管采用级联方式进行输入输出连接，相当于电阻的串联，因此只需要一根信号线便可以实现管路的通断连接检查；将管道信号线通入恒流源i，通过在输出口测量输出电压u即可知道管路的实际连接情况和管路的实际长度。

图5是智能烟丝牌号交换站快速连接头6，用于送丝管道的快速连接。接头带有能确保电流信号接通的柔性挤压触碰装置，以确保管路信号传输。

图6是智能烟丝牌号交换站电气拓扑图，根据烟丝牌号交换站制系统工艺需求，电控系统设备控制层网络分为电控柜内网络和设备现场网络，电控柜内网络用于单机电控plc、柜内i/o分站，采用profinet工业以太网，实现对各设备的工艺控制。采用profinet网络通讯。系统以siemens公司s7-1500系列高性能处理器为主控制器，并通过以profinet为主干网络、profibus_dp为辅助网络，构成整个控制与通讯网络，实现对现场设备的输入输出信息采集和处理，完成设备的运行控制、生产信息的收集、传递等功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。