“问答式”智能诊断在PT70-GDX2卷烟机组上的开发与应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：彭勇（1976），男，汉族，湖南常德人，大学，计算机应用，工程师，现就职于湖南中烟工业有限责任公司常德卷烟厂，烟机设备自动化控制。-167-“问答式”智能诊断在 PT70-GDX2 卷烟机组上的开发与应用 彭 勇 戴卫良 袁建华 梁雪俊 李全晶 湖南中烟工业有限责任公司常德卷烟厂，湖南 常德 415000 摘要：摘要：目前，PT70-GDX2 卷包机组作为烟草行业主流机型，其中的质量检测传感器在保障产品质量的过程中起到不可替代的作用，为保障检测器的完好，我们需要在特定的生产时间中对其进行验证，在我们行业内称之为点检。现在行业内的主流点检模式均由各个工厂根据实际情况制定了相应检测器的检验方法及标准，对应的由操作人员或维修人员完成，此类方法基本由人工模拟质量缺陷产品对检测器进行验证。关键词：关键词：PT70-GDX2 机组；质量检测器；智能诊断；应用 中图分类号：中图分类号：TS43 “问答式”智能诊断系统（“Q&A”intelligent diagnostics System）是湖南中烟有限责任公司常德卷烟厂自行开发，用于卷包生产线上质量检测器智能诊断的专用系统，用来实现质量检测器的智能化，将设备运行的机理逻辑和人们在点检过程中的经验转化为智能控制程序效仿人的操作行为，将检测器的点检工作由手动转变为自动，由人工转变为智能，降低人工操作频次，减少失误，同时增加点检频次，有效防止差错，提高检测器的稳定性，使得产品质量和设备有效作业率得到更有利的保障。1 现行的点检模式存在以下几方面的问题（1）人工点检过程存在不可控因素，管理成本较高。一是执行标准存在差异性，受各种因素影响难以按唯一标准、步骤进行点检；二是点检的样品不能绝对标准化，如小透散包检测，人工模拟散包的程度无法每次都在标准范围内，此类点检更多地是验证检测装置的功能完好，对检测装置的灵敏度不能准确验证。（2）检测器点检频次不够。每班进行 1-2 次点检，真空期较长，无法在全生产过程对质量检测器进行有效监控。（3）部分检测器点检的缺陷样品需要人为制造，故造成浪费且增加了消耗，还有流入下道工序的风险。（4）部分检测器点检项目点检时必须要停机，对设备有效作业率也有一定影响。2 解决问题的思路 目前，全行业均无相应的解决办法，因此我们决定从自动化控制方面入手，通过优化设备控制程序和增加辅助的元器件，利用元器件相互之间的逻辑关系或者模拟人工的点检操作来实现质量检测器的校验，实现设备对质量检测装置的智能诊断，并且尽可能地实现全时在线诊断，达到智能点检、智能提示，提升检测装置的保障能力保障产品质量，也提升设备有效作业率，同步减轻操作工的劳动强度的目的1。3 改进项目及方法（1）通过修改 PT70-GDX2 卷烟机组的控制程序，由其它传感器或者执行元件发出一个类似点检样品的缺陷信号，则相应的质量检测器必须回答一个有缺陷的信号，通过这种“问答式”逻辑诊断，在不影响设备运行及增加消耗的前提下，达到点检的目的。1）PT70 卷烟纸接头检测（接装纸接头检测）：现有点检方法：在生产过程中，操作工用双层卷烟纸从检测器内划过，在 MAX 必须有烟支剔除，这种方法形成一定的消耗。智能诊断方法：卷烟机在换纸过程中，需要用胶带将 2 个盘纸粘贴起来，就形成了一个接头。卷烟盘纸自动拼接后，利用这个已知（设备已知）的接头对卷烟纸接头检测器进行诊断。我们通过修改控制程序，利用 PLC 发出的拼接信号“问”（产生了一个接头）和检测器检测的信号“答”做对比，如果信号不一致，则说明这个拼接接头没有被检测器检测到，即可判断该检测器失效。中国科技期刊数据库 工业 A-168-2）PT70 胶堆检测 现有点检方法：停车手动关闭胶辊，待胶堆自然消失，检测器状态需发生变化，状态指示灯熄灭。智能诊断方法：系统增加胶堆检测自动诊断程序（采用循环采样，间隔时间可以在上位机 IT80 上进行设置）进行智能诊断。当计时器到达循环采样时间且有故障时，控制胶辊电机停止运作，以便进行智能诊断。胶辊电机停止运转后，如果胶堆检测器检测到胶堆信号并持续 8 秒（根据胶水特性可进行修改），则可判断胶堆检测异常。（2）通过增加有效可行的辅助器件，借鉴人工点检的行为，发出一个缺陷产品的信号进行“问答式”逻辑诊断，在不影响设备运行及增加消耗的前提下，达到点检的目的。1）GDX2 反商标纸检测 现有点检方法：人工在商标纸库放三张反商标纸，这三张商标纸通过检测器时必须停车报警；再次启动后在 8 号轮剔除。智能诊断方法：在检测位的商标纸输送底板上加工一白色标记（与商标纸反面的颜色相近）模拟反商标（图一）。使得原本一个周期内只检测商标纸的情况变成检测 2 次，一次是检测商标纸印刷情况，另一次是检测该标记，将原本在正常检测情况下的固定信号变成脉冲信号。检测商标纸印刷正常时输出高电平信号，检测标记时输出低电平信号。根据该波形我们增加程序，若在检测器检测商标纸印刷是输出低电平信号，则剔除烟包；若检测器在检测标记的时候，输出高电平信号则判定该检测器失效。图 1 白色标记示意图 2）GDX2 框架纸接头检测 现有点检方法：人工在内框纸上贴上黑色的拼接胶带，通过检测器时必须停车报警；再次启动后在 8号轮剔除。智能诊断方法：在内框纸切刀的刀架上加装一个带自诊断功能的接近开关，用于检测内框纸切刀离开刀架下降切纸的动作，在切刀的右侧（即切刀位置的下游工位）加装一个色标传感器（图二）检测拼接接头。当机器检测到内框纸用完时，操作人员用黑色胶带进行拼接换纸操作后启动设备，对内框纸拼接黑色胶带进行检测，即：当检测到切刀有离开刀架进行切纸的动作后，内框纸接头传感器必须检测到一次信号状态变化，若没有检测到信号状态的变化，则判定为检测器失效2。图 2 检测器安装示意图 3）CH 拉线偏移或缺失检测 现有点检方法：人为取走一包烟的拉线，盘车直至检测器指示灯熄灭或闪烁，随后启动设备，缺陷烟包在 CH 剔除口剔除。智能诊断方法：采用 1 个微型 FESOTO 滑动气缸（行程：5mm），通过设计的机械安装支架将拉线检测器安装于 FESTO 滑动气缸的滑轨上（图三）。通过编写程序控制，在满足设定时间（时间可通过 OPC 进行调整）的条件后，一旦包装机停车便滑动气缸改变检测器位置，再判断拉线检测器是否检测到拉线。比如：定时器时间设置为 60 分钟，当定时器时间到达之后，若机器停机，则立即输出一个信号控制气缸滑动偏移检测器约 3 秒钟，当气缸回位的瞬间判断拉线检测器是否中国科技期刊数据库 工业 A-169-检测到拉线，以此实现“CH 拉线偏移或缺失”检测器的智能诊断。若检测器偏离正常位置时，还输出拉线存在的信号，则判定该检测器失效。图 3 CH 拉线偏移或缺失检测器安装示意图 4）小包透明纸散包检测 现有点检方法：人为制造一包松散的烟包，开车后在 CH 剔除口剔除并计数。智能诊断方法：下散包的智能点检通过增加相应的控制程序：利用推杆回退的过程中，遮挡光纤的光线产生一个脉冲信号进行诊断。若在推杆回退的过程中没有检测到这个脉冲信号，则可以判定下散包检测器异常。上散包的智能点检测由于是一个连续的信号，因此需要通过在烟包推头上加装凸起挡板（高度可调，验证检测器的灵敏度）模拟散包烟，在推杆退回退的过程中遮挡光纤的光线，产生一个脉冲信号进行诊断。若在推杆回退过程中在没有检测到这个脉冲信号，则可以判定上散包检测器异常。（3）通过系统自行下载参数或者加载缺陷样品的图片，在系统后台模拟缺陷产品进行检测，同时记录下载参数或者加载缺陷图片的时间轴，实现检测器状态的智能诊断。1）SRM 和 CIS 质量检测 现有点检方法：人为在IT80上修改检测参数阈值，看烟支剔除数量是否有明显增加。智能诊断方法：在生产过程中，设备达到智能诊断设定的条件后，控制主 PLC 将 IT80 预先设置好的点检参数（图四）依次读入并计算，然后系统根据计算结果对烟支进行剔除并计数，当最后一个参数读取完成 1 秒后做整个 SRM 和 CIS 质量检测器灵敏度的判断。如果验证剔除数量超过废品计算判定值则判定检测器正常，否则判定检测器灵敏度偏低或失效。图 4 参数设置界面示意图 上图中“智能点检设置的设定值”参数：其值和SRM 牌号设置里的参数值是一定的，这里只显示不可更改；“智能点检预设置”参数可按点检方法在工艺允许范围内进行设定；“智能点检采样设置”参数可以设置将各“智能点检预设值”下载到 PLC 的条件、持续时间、各参数下载的间隔时间；“废品判定值”根据卷烟机的额定生产速度和所有“智能点检预设值”参数读入到 PLC 的持续时间进行计算3。2）烟支钢印检测 现有点检方法：生产时人为遮挡检测相机镜头，看烟支剔除数量是否有明显增加。智能诊断方法：将产品的缺陷图片存入钢印检测系统的工控机内，生产时按指令调入缺陷图片进行再次检测，然后在系统界面上反馈检测结果，并剔除对应位置的烟支。如果界面上反馈的结果为正常，则可判定检测器灵敏度降低或失效。为了验证检测的准确性和剔除的准确性，还增加了取样功能，点击“取样”按钮，缺陷烟支会剔除在取样盘内，这样就可以将剔除的烟支和保存的图片进行比对，以确定检测的准确性和剔除的准确性。（4）通过增加传感器和修改程序，验证剔除功能是否正常，有缺陷产品需要在该处剔除时，检测器必中国科技期刊数据库 工业 A-170-须要检测到产品被剔除，否则判定该剔除机构失效，减少末端环节失误4。1）剔除阀 Y4 有效剔除验证功能 现有点检方法：在做其他检测器点检的过程中，看是否有明显的烟支剔除。智能诊断方法：在烟支传送鼓轮上方加装一光电开关（图五）对剔除后传送鼓轮上的空槽进行检测。当 Y4 剔除阀剔除烟支后，加装的光电开关检测信号应该是空槽，如果是有烟支的信号则判断 Y4 剔除阀未剔除成功。图 5 光电开关安装示意图 2）三号轮剔除验证 智能诊断方法：三号轮剔除工位剔除烟包后会形成一个空模盒，空模盒移位至五号轮烟包存在检测检测器时，根据该检测器输出的信号判断烟包是否还存在。如果检测到还有烟包即表示三号轮烟包剔除失败，设备则会报警并停车。3）六号轮剔除验证 智能诊断方法：在六号轮的剔除工位下一工位增加光电传感器（图六），当六号轮发生剔除动作时，该检测器对烟包是否存在进行检测，若检测到烟包则判定六号轮剔除失败，设备则会报警并停车。4）八号轮剔除验证 智能诊断方法：通过自带的八号轮烟包计数传感器来实现；八号轮剔除后该传感器还检测到烟包存在，即表示八号轮烟包剔除存在剔除失败，设备则会报警并停车。5）CH 出口剔除验证 图 6 检测器安装位置 智能诊断方法：利用安装于剔除口处的烟包存在检测传感器来实现；CH 剔除口进行剔除后，此时传感器应该检测到空的信号，若烟包剔除后还检测到烟包存在，即判定为 CH 剔除失败，设备则会报警并停车。6）CT 出口剔除验证 智能诊断方法：需要在 CT 剔除口增加 1 个传感器（图七）进行剔除验证。CT 剔除口在剔烟动作后传感器应该检测到空的信号，若烟条剔除后还检测到烟条存在，即判定为 CT 剔除失败，设备则会报警并停车。图 7 传感器安装示意图 4 改进后的效果 将日常的点检工作智能化，让操作工在点检过程中国科技期刊数据库 工业 A-171-中由原来的既要规范点检过程又要关注点检结果转变为只需关注点检结果，减少了操作工的工作量并转变了关注点，还提高了点检操作的准确性、及时性，提升了检测装置的保障能力，同步降低的消耗，提高了设备运行效率，此成果也可以借鉴到国产高速机设备上5。相比人工点检，具有 5 个明显优势：（1）不人为制造缺陷产品，减少缺陷产品流入市场的风险；（2）智能点检，增加了点检的频次，提高了检测器的时效，增加了产品质量的保障能力；（3 智能点检，不需要停车，可以减少停机，提高了设备有效作业；可以节约成本，可以减少烟包的消耗；（4）可以节约成本，可以减少烟包的消耗，经测算，改造后每组设备每年可以产生 5 万元的经济效益；（5）将智能点检的数据以表格的形式显示在操作屏上，便于操作工查看检测器的点检状况。5 结语 该系统集成软件编程、逻辑控制、运动控制于一体，运用大数据分析，实现算法控制，具有较高的技术应用价值。该技术在公司乃至行业属于首创，是第一次将人机交互大数据运用到质量点检中，运用逻辑算法，实现智能控制，对今后的项目开展具有指导性和示范性意义。未来，人工智能将会越来越多的应用到我们的生产中，“问答式”智能诊断系统，是我厂探索智能化生产迈出的第一步。通过“大数据”计算分析，实现设备、工艺、质量、生产、管理多维联动，打造具有自主知识产权的智能化生产工厂。参考文献 1贾雪桐.烤烟线小流量加香控制系统的设计与实现D.北京:北京工业大学,2019.2王婧.卷烟设备状态检测与故障诊断系统分析J.内燃机与配件,2018(8).3张瑞.探析烟草设备电气控制的常见问题及对策J.中国科技纵横,2020(1).4覃仕辉王军.工业 4.0 卷烟机组智能设备管理壳开发与应用J.设备管理与维修,2019(023):7-9.5杜劲松.印刷型卷烟机组智能检测与控制技术研究J.工业信息学研究室,2010(8).