一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统

本发明属于纺织机械三维建模，涉及一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统。

背景技术：

1、织机的正常运行，是保证织机生产效率的重要条件之一。针对织机运行状态的监控，往往由内部员工在生产车间内巡视完成，颇费人力；同时，织机一旦出现未可知的故障，故障的排查及维修又要浪费大量时间成本，影响生产效率。

2、织机的远程监控和故障诊断等功能往往需要在建立模型的基础之上实现，而现有的关于剑杆织机的模型还停留在结构建模阶段，即只提供了织机物理实体的三维虚拟模型，根本无法满足远程监控和故障诊断等需求。

3、为了解决上述问题，专利cn204440122u公开了一种剑杆织机运行状态远程监控装置，采用了有线网络和3g无线网络两种网络接口，通过登录本地pc，实现对剑杆织机运行状态数据的监控，进而提前获知运行故障机器，减少设备维修时间，但是其远程监控的范围仍限制在本地局域网，且仅仅是对数据进行监控，不能直观地看到织机各机构和纱线的真实运行状态；此外，其只能发现运行故障机器，并不具备故障诊断功能。

4、因此，研究一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，以更好地满足远程监控和故障诊断等需求，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统；

2、为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

3、一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，包括unity客户端、modbus从站、历史数据采集服务器和云端数据库；

4、unity客户端分为前端和后端，前端包括超写实模型终端和功能模块单元，后端包括实时数据交互单元和参数处理单元；

5、超写实模型终端包括织机三维虚拟模型和纱线模型，织机三维虚拟模型由solidworks软件1:1还原双层剑杆织机物理实体构建得到，织机三维虚拟模型上开口机构、引纬机构和打纬机构的配合运动依据实时数据交互单元和参数处理单元采集并处理后的数据实现；

6、纱线模型在织机三维虚拟模型的基础上构建，随着开口机构、引纬机构和打纬机构的配合运动呈动态变化，纱线模型包括经轴与经轴间的经纱模型、随开口机构运动的经纱模型、随引纬机构运动的纬纱模型和随打纬机构摆动的纬纱模型；

7、经轴与经轴间的经纱模型中，纱线与相邻两经轴同侧或异侧相切，且一次生成，不做运动；

8、随开口机构运动的经纱模型中，纱线由经轴、综眼和织口三点相连构成，随着综框的运动，经纱模型呈动态变化，其中经轴和综眼之间的纱线模型与经轴动态相切；

9、随引纬机构运动的纬纱模型在送纬剑和接纬剑之间动态生成，在送纬去程时生成送纬剑部分的纬纱模型；在接纬回程时生成接纬剑部分的纬纱模型，同时送纬剑部分的纬纱模型不可见；

10、随打纬机构摆动的纬纱模型为动态生成，覆盖范围从钢筘接触到纬纱开始，直到将纬纱打入织口结束；

11、随引纬机构运动的纬纱模型和随打纬机构摆动的纬纱模型联系紧密，一旦钢筘接触到纬纱，随引纬机构运动的纬纱模型不可见；一旦钢筘接触到织口，随打纬机构摆动的纬纱模型不可见；上述随引纬机构运动的纬纱模型和随打纬机构摆动的纬纱模型的不可见效果由unity的碰撞体、触发器组件实现。

12、上述不可见模型会在下一个引纬、打纬循环重新生成。

13、无论何种纱线模型均是用unity linerenderer组件生成，在以下构建方法中不再赘述。

14、作为优选的技术方案：

15、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，经轴与经轴间的经纱模型构建方法如下：

16、(1)在各经轴的中心横截面上找到相邻两经轴同侧和异侧切点；

17、(2)根据实际穿纱情况，确定经纱与相邻两经轴的切点位置，然后，在相邻两经轴模型指定两切点间生成单根纱线；

18、(3)重复步骤(1)和(2)，直到织机上各相邻两经轴间的纱线模型全部绘制完成；

19、(4)用代码遍历单根纱线，生成多根纱线。

20、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，随开口机构运动的经纱模型构建方法如下：

21、(1)找到经轴的中心横截面，用代码动态获取经轴中心横截面的切点；找到每页综框中间综丝上的综眼；找到上下织口的中点；

22、(2)根据实际穿纱情况，确定穿过各页综框的经纱是归于上织口，还是下织口，然后在经轴中心横截面的切点、每页综框中间综丝上的综眼和对应织口的中点三点间生成单根纱线；

23、(3)用代码遍历单根纱线，生成多根纱线。

24、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，随引纬机构运动的纬纱模型构建方法如下：

25、(1)找到双纬纱导纱孔，找到送纬剑剑头和接纬剑剑头；

26、(2)送纬去程时，在送纬剑剑头和导纱孔两点间生成纬纱模型，即送纬剑部分的纬纱模型；

27、(3)接纬回程时，在接纬剑剑头和导纱孔两点间生成纬纱模型，即接纬剑部分的纬纱模型，同时，使送纬剑部分的纬纱模型不可见。

28、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，随打纬机构摆动的纬纱模型构建方法如下：

29、(1)找到钢筘与纬纱接触部分纱线的两个端点，双纬纱共四个端点；

30、(2)创建三个unity碰撞体组件作为触发器使用；将钢筘起始位置到接触到纬纱部分作为ⅰ区，纬纱起始位置到织口部分作为ⅱ区，织口部分作为ⅲ区；

31、(3)当钢筘离开ⅰ区时触发，在钢筘与双纬纱接触处生成两根纬纱模型；当钢筘处于ⅱ区时触发，保持随引纬机构运动的纬纱模型不可见；当钢筘离开ⅲ区时触发，使随打纬机构摆动的纬纱模型不可见。

32、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，功能模块单元包括监控模块和故障检测模块，均布置在unity客户端的ui界面上；监控模块具有数据监视和数据调控功能；数据监视是通过显示接口，将实时采集的数据显示在ui界面上；数据调控是在控制接口输入参数数值，并传入从站设备，进而控制织机状态。监控功能可以超远程实现，超远程监控功能借助内网穿透软件(frp或花生壳盒子的一种)实现。内网穿透技术突破了局域网的限制，可以解决不同的局域网无法通信的问题，进而解除距离限制，从而允许操作人员超远距离实现对织机的监视和控制，例如，在有网络的条件下，可以在全国任何地方对某台织机实现监视和控制。远程监控的实现步骤为：

33、(1)将安装了内网穿透软件的电脑与modbus从站设备置于同一局域网内，配置内网穿透的参数，通过端口映射，将本地ip地址和端口映射在公网上；

34、(2)运行unity客户端，在指定接口处输入公网ip地址和映射之后的端口，如果输入正确，实时数据交互单元会启动，开始实时地进行数据的读取，然后显示在ui界面上，实现监视功能；同时利用modbus协议可读可写的特性，也可以更改参数数值，实现对织机的超远程控制。

35、故障检测模块与云端数据库相连，能够直接调用云数据库存储的历史数据。

36、织机故障检测流程，包括预处理阶段和正式运行阶段，织机故障检测流程具体如下：

37、第一阶段：预处理阶段。

38、(1)大量采集织机运行数据，包括织机正常运行数据和异常数据；其中，异常数据是在指定的异常情况下所采集，如织机的共轭凸轮易损坏且不易直观发现，那么在预处理阶段，就可用磨损的共轭凸轮运行织机，采集该状态下织机运行的相关特征数据，将标签定为凸轮磨损，不必等到织机正常运行出现故障，大大节省异常数据采集时间，更具有针对性，因此也需要一定的先验知识，难以直观诊断的异常情况至少包括：主轴磨损、共轭凸轮磨损和电机异常等情况；

39、(2)根据先验知识，将采集的织机运行数据作为待模型参考的特征，将异常情况作为待模型预测的标签，重构数据存储格式；

40、(3)将处理后的数据传入搭建好的人工智能神经网络模型，对模型进行训练，调整模型内部关键参数以训练出效果最佳的模型。

41、第二阶段：正式运行阶段。

42、(1)在织机启动的同时，运行历史数据采集服务器，同步采集织机运行数据，并存储至云端数据库，作为历史数据使用；

43、(2)当织机出现难以直观诊断的故障时，通过故障检测模块，从云端数据库调取最近的历史数据，将异常数据传入进来；

44、(3)故障检测模块内部训练好的人工智能神经网络模型，将传入的异常数据进行分类处理，并在ui界面显示分类诊断结果；

45、本发明的织机故障检测模块融合了深度学习技术，涉及大数据分析的知识，不是简单的设置阈值进行判断；它的故障检测功能是建立在海量数据和特征的基础上的；用深度学习训练后的模型进行织机故障检测，相较于简单的设置阈值进行判断，准确率会大大提升；

46、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，实时数据交互单元和参数处理单元，均是利用编程实现；

47、实时数据交互单元能够实时采集织机运行参数数据并发送到显示接口，同时能够将控制请求发送至modbus从站设备；

48、参数处理单元能够将实时数据交互单元采集到的数据进行处理，再将处理后的结果输送至超写实模型终端内。

49、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，modbus从站包括能够通过modbustcp协议进行外部通信的一切数据采集装置，如：plc、传感器等。

50、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，历史数据采集服务器与云端数据库连接，负责采集织机运行数据，并存储至云端数据库内；其与实时数据交互单元的区别在于，历史数据采集服务器独立于unity客户端单独存在，减轻模型终端的负荷，并且与云端数据库连接，还能够实现数据的持久化存储，历史数据采集服务器只负责采集数据，且采集的数据作为历史数据，为织机故障检测提供数据支持；其优势在于，即使模型终端不运行，也依然能够不断地采集数据，以作为人工智能神经网络模型的训练样本。

51、如上所述的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，云端数据库由mysql数据库和云服务器构成。mysql数据库，所囊括的数据应包括织机监控模块和故障检测模块需要的所有关键参数，至少包括开关状态、主轴转速、编码器角度、绒经张力、底经张力纬纱张力、是否断经、是否断纬和电机的电压、温度功率等；所述云服务器，其作用在于，可以将本地mysql数据库端口映射在云服务器上，作为云数据库使用。

52、有益效果

53、(1)本发明的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统中，超写实模型是双层剑杆织机物理实体1:1的虚拟映射，纱线模型和各机构会随着织机运动而运动；由于超写实模型能够近乎真实的反映出双层剑杆织机的实际运行状态，因此，本发明的远程监控系统的监视部分是通过观察三维虚拟模型来实现对织机运行状态的监视，同时在模型终端也能够实时显示织机的关键参数信息；这与传统的通过摄像头显示视频画面的监控方式不同，也不同于其他只有数据监控的模型，这是一种独有的“三维模型+实时数据”结合的超远程监控方式，也是本发明的独创性设计；监控超写实三维模型与传统的视频监控相比，其优势在于，它允许操作员自由移动视角，能够更加真实的还原人在现场的视角，而视频监控无法让摄像头全方位移动，无法查看细节。

54、(2)本发明的一种双层剑杆织机远程监控与故障检测系统，能够对织机状态实时监控，并智能诊断织机故障，降低了人工成本，同时能够提升生产效率。