烟草加工过程加料回路在线状态检测系统及检测方法
【专利摘要】本发明公开了烟草加工过程加料回路在线状态检测系统及检测方法，所述系统包括：加料管道压力检测传感器、加料回路流量计、加料前皮带秤和PLC控制器，包括加料回路预警系统，所述加料回路预警系统内部设有依次连接的短期预警判断模块、长期预警判断模块和管道压力预警判断模块，所述加料回路预警系统用于加料系统进行短期、长期以及管道可能出现的故障进行分析，并对有规律性故障进行早期的预警提示，报警输出模块，用于输出短期报警信号、长期报警信号和管道压力报警信号。本发明根据其加料回路健康系数进行设备状态早期预警，以便来调整设备保养清洁、定期维护的频次，以增加设备平均故障间隔时间。
【专利说明】烟草加工过程加料回路在线状态检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烟草加工过程加料回路在线状态检测系统及检测方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的快速发展，各企业已经开始运用全面规范化生产维护(TnPM)来保障设备正常运行，以达到最高的设备综合效率(0EE)。预防性维修是开展全面规范化生产维护的前提和保障。预防性维修为是指从预防医学的立场出发，对设备的异状进行早期发现和早期治疗，力求从设备本身降低故障率，缩短修理时间、延长使用寿命，从而提高设备使用性能，降低维修运行费用。所以，在车间现有技术平台上亟需建立一套设备在线预警机制，为全面规范化生产维护系统(TnPM)提供数据支持。
[0003]本领域技术人员急需解决的技术问题是:目前烟草行业加料设备，只是按照加料前秤的物料重量与加料比例计算出瞬时加料量进行施加香料，而没有对加料系统进行长期运行的故障进行分析，并对有规律性故障进行早期的预警提示。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种烟草加工过程加料回路在线状态检测系统及检测方法，本发明主要针对设备加料回路健康性进行研究，是基于统计学原理、利用加料泵频率与流量强相关性的特点，以PLC技术和Intouch信息为平台，对加料回路的健康性的趋势进行分析预测，根据其加料回路健康系数进行设备状态早期预警，以便来调整设备保养清洁、定期维护的频次，以增加设备平均故障间隔时间(mean time betweenfailures;MTBF)o
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]烟草加工过程加料回路在线状态检测系统，包括:
[0007]加料管道压力检测传感器，安装在加料管路中，用于采集加料管道的压力值；
[0008]加料回路流量计，安装在加料管路中，用于测量瞬时加料流量；
[0009]加料前皮带秤，安装在加料机前，用于采集加料泵输出值；
[0010]PLC控制器，接收加料管道压力检测传感器、加料回路流量计和加料前皮带秤采集的数据，所述PLC控制器的输出端与报警输出装置连接；所述PLC控制器对于加料系统可能出现的故障进行设定时间的短期预警、设定时间的长期预警以及管道压力预警；
[0011]报警输出装置，用于输出报警信号。
[0012]上述系统所采用的检测方法，包括以下步骤:
[0013]步骤(I):利用往年加料系统的设备故障记录，推断加料系统的设备故障记录的分布函数；所述设备故障记录包括加料精度超差情况下的加料泵输出值、管道内或加料喷嘴结垢情况下的加料平均流量和管道压力异常情况下的加料管道的压力值；
[0014]步骤(2):计算平均故障间隔时间；
[0015]步骤(3):根据加料系统实际监测的加料泵输出值、加料平均流量和加料管道的压力值进行多元回归实验，利用minitab进行最佳子集回归，得到加料回路的数据模型；
[0016]步骤(4):将瞬时加料流量分别与加料回路的数据模型进行运算分析，得到相应的短期加料回路健康系数、长期加料回路健康系数，
[0017]步骤(4-1):如果短期加料回路健康系数超过设定时间的短期预警标准范围，就输出短期预警信号；
[0018]步骤(4-2):如果长期加料回路健康系数超过设定时间的长期预警标准范围，就输出长期预警信号；
[0019]步骤(4-3):如果管道压力超过管道压力预警标准范围，就输出管道压力预警信号。
[0020]所述步骤(1)的具体步骤为:
[0021]利用设备故障记录对设备故障记录的分布进行估计和推断，然后对确定分布的设备故障记录进行估计，从而对可靠性特征量作出估计，所述设备故障记录包括设备故障记录名称、设备运行时间、加料回路故障次数、每次故障间隔的时间；所述设备故障记录包括加料精度超差情况下的加料泵输出值、管道内或加料喷嘴结垢情况下的加料平均流量和管道压力异常情况下的加料管道的压力值；
[0022]所述步骤(1)的具体步骤为:
[0023]利用开展可靠性试验获得的数据，采用最小一乘法，对指数分布、威布尔分布和正态分布三种分布进行拟合，找出拟合度最佳的分布函数，对拟合度最佳的分布函数进行假设检验，确定指数分布函数为拟合度最佳的分布函数。
[0024]所述步骤(1)的具体步骤为:
[0025]分别将指数分布、威布尔分布、正态分布函数线性化，采用最小一乘估计出相关参数值，则得到相应的失效时间T (i)的函数值Fj (T (i))，再利用中位秩求的对应于T (i)的分布函数累计失效概率的估计值Fi，记:
[0026]Aj =E I Fj (T(I))-Fi
[0027]式中，T(i)为第i个失效时间；i=l，2，…，n ;j为分布函数类别；
[0028]则最小Aj对应的分布为初步统计推断的分布函数，然后进行假设检验，确定分布函数，再估计相关的可靠性特征量。
[0029]所述步骤(2)的具体步骤为:
{ 2T__2T '
[0030]根据定时截尾(双尾检验)区间估计公式TTivZI' y2,得出平均故障间
I/
隔时间的区间估计，进而得到平均故障间隔时间；T=试验截尾时间；r=在时刻T累积的故障数；r=预定的故障数；a =0.05可接受的错误风险；1_ a =置信度。
[0031]所述步骤(3)中的所述加料泵输出值利用加料前皮带秤采集，所述加料平均流量根据瞬时加料流量计算得出，所述瞬时加料流量利用加料回路流量计采集，所述加料管道的压力值利用加料管道压力检测传感器采集；
[0032]所述步骤(3)的具体步骤为:在加料回潮机进行加料泵输出值、加料平均流量和压力管路的多元回归实验，利用minitab统计分析软件进行最佳子集回归，得到回归方程，从而对回归方程进行分析得到残差图，从残差图中得到加料回路的数据模型；从加料回路的数学模型中得到数学模型预测值，所述加料平均流量为设定时间内的流量的平均值，所述加料泵输出值为随机选取。
[0033]所述步骤(4-1)的步骤为:
[0034]
【权利要求】
1.烟草加工过程加料回路在线状态检测系统，其特征是，包括: 加料管道压力检测传感器，安装在加料管路中，用于采集加料管道的压力值； 加料回路流量计，安装在加料管路中，用于测量瞬时的加料量； 加料前皮带秤，安装在加料机前，用于采集加料泵输出值； PLC控制器，接收加料管道压力检测传感器、加料回路流量计和加料前皮带秤采集的数据，所述PLC控制器的输出端与报警输出装置连接；所述PLC控制器对于加料系统可能出现的故障进行设定时间的短期预警、设定时间的长期预警以及管道压力预警； 报警输出装置，用于输出报警信号。
2.如权利要求1所述系统所采用的检测方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤(1):利用往年加料系统的设备故障记录，推断加料系统的设备故障记录的分布函数；所述设备故障记录包括加料精度超差情况下的加料泵输出值、管道内或加料喷嘴结垢情况下的加料平均流量和管道压力异常情况下的加料管道的压力值； 步骤(2):计算平均故障间隔时间； 步骤(3):根据加料系统实际监测的加料泵输出值、加料平均流量和加料管道的压力值进行多元回归实验，利用minitab进行最佳子集回归，得到加料回路的数据模型； 步骤(4):将瞬时加料流量分别与加料回路的数据模型进行运算分析，得到相应的短期加料回路健康系数、长期加料回路健康系数， 步骤(4-1):如果短期加料回路健康系数超过设定时间的短期预警标准范围，就输出短期预警信号； 步骤(4-2):如果长期加料回路健康系数超过设定时间的长期预警标准范围，就输出长期预警信号； 步骤(4-3):如果管道压力超过管道压力预警标准范围，就输出管道压力预警信号。
3.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(1)的具体步骤为: 利用设备故障记录对设备故障记录的分布进行估计和推断，然后对确定分布的设备故障记录进行估计，从而对可靠性特征量作出估计，所述设备故障记录包括设备故障记录名称、设备运行时间、加料回路故障次数、每次故障间隔的时间。
4.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(1)的具体步骤为: 利用开展可靠性试验获得的数据，采用最小一乘法，对指数分布、威布尔分布和正态分布三种分布进行拟合，找出拟合度最佳的分布函数，对拟合度最佳的分布函数进行假设检验，确定指数分布函数为拟合度最佳的分布函数。
5.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(1)的具体步骤为: 分别将指数分布、威布尔分布、正态分布函数线性化，采用最小一乘估计出相关参数值，则得到相应的失效时间T (i)的函数值Fj (T (i))，再利用中位秩求的对应于T (i)的分布函数累计失效概率的估计值Fi，记: Aj =E Fj(T(I))-Fi 式中，T(i)为第i个失效时间；i=l,2,…，n ；j为分布函数类别； 则最小Aj对应的分布为初步统计推断的分布函数，然后进行假设检验，确定分布函数，再估计相关的可靠性特征量。
6.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(2)的具体步骤为:根据定时截尾区间估计公式
7.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(3)的具体步骤为:在加料回潮机进行加料泵输出值、加料平均流量和压力管路的多元回归实验，利用minitab统计分析软件进行最佳子集回归，得到回归方程，从而对回归方程进行分析得到残差图，从残差图中得到加料回路的数据模型；从数学模型中得到数学模型预测值，所述加料平均流量为设定时间内的流量的平均值，所述加料泵输出值为随机选取。
8.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(4-1)的短期预警的公式为:
9.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(4-2)的步骤为:根据指数增长曲线对若干批次的瞬时加料流量的残差平均值进行拟合得出指数增长模型n2(t)，每一批次的瞬时加料流量的残差平均值的计算公式为
10.如权利要求2所述方法，其特征是，所述步骤(4-3)的管道压力回路预警的具体步骤为:据管道压力的均值标准差图Xbar-s，如果实时检测的管道压力n3超出的范围值，所述范围值是上控制线UCL和下控制线LCL之间的值；系统将发出报警；所述上控制线的计算公式为UCL=Xbar+A3S ;所述下控制线的计算公式为LCL=Xbar_A3S。
【文档编号】G05B19/418GK103616878SQ201310643553
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】孟科峰, 段三青, 李松, 霍焕潇, 董永智 申请人:山东中烟工业有限责任公司