一種碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺，包括數(shù)據(jù)采集裝置，該數(shù)據(jù)采集裝置與同樣在生產(chǎn)現(xiàn)場的工控機相連，工控機與在操作員室的客戶端機進行通信，客戶端機與執(zhí)行服務(wù)器進行通信，該執(zhí)行服務(wù)器在關(guān)閉與客戶端機的連接之后與云端服務(wù)器進行通信。本實用新型針對碳纖維生產(chǎn)工藝流程長、控制變量多以及高控制精度要求的特點，架起實時、快速和準(zhǔn)確的碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺。
【專利說明】一種碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及系統(tǒng)架構(gòu)，更具體的說，是一種碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維(Carbon Fiber)及其衍生產(chǎn)品是國防、空間等關(guān)鍵領(lǐng)域的重要支柱材料，在民用領(lǐng)域也有廣泛的市場，而目前對高性能碳纖維及其衍生產(chǎn)品的迫切需求和有限的低等級碳纖維產(chǎn)量之間，己形成巨大反差。碳纖維的原絲紡絲過程是具有高度復(fù)雜性的工業(yè)過程，其組成環(huán)節(jié)多樣，工作條件各異，生產(chǎn)過程隨時間變化頻繁且變化模式不確定，但對相應(yīng)的碳纖維原絲產(chǎn)品質(zhì)量要求高且數(shù)量巨大，使得對此過程建立可靠、高效、連續(xù)的控制體系，成為工程控制領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。
[0003]碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理對實時性與準(zhǔn)確性都有著很高的要求。由于生產(chǎn)過程涉及化學(xué)變化，故難以通過機理建立精確的物理模型。針對碳纖維生產(chǎn)工藝流程長、控制變量多以及高控制精度要求的特點，如何通過對碳纖維紡絲過程的系統(tǒng)分析，形成高效穩(wěn)定的紡絲過程數(shù)據(jù)分析、預(yù)測與優(yōu)化系統(tǒng)，己成為擺在科研人員和生產(chǎn)人員面前亟需攻克的難題。
實用新型內(nèi)容
[0004]由于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實用新型的目的是提出一種碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺，通過本實用新型可采集生產(chǎn)線模擬量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，根據(jù)需求從工控機向客戶端傳送，客戶端按需求向服務(wù)器進行請求，服務(wù)器將得到預(yù)測結(jié)果傳送到指定文件系統(tǒng)，生產(chǎn)決策人員可隨時隨地訪問云平臺獲取預(yù)測結(jié)果，指導(dǎo)生產(chǎn)決策。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型可通過以下技術(shù)方案予以解決:
[0006]一種碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺，包括數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置與同樣在生產(chǎn)現(xiàn)場的工控機相連，工控機與在操作員室的客戶端機進行通信，客戶端機與執(zhí)行服務(wù)器進行通信，該執(zhí)行服務(wù)器在關(guān)閉與客戶端機的連接之后與云端服務(wù)器進行通信。
[0007]作為本實用新型的進一步特征，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)傳感器模塊、模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)傳送模塊；所述的工控機主要包括HANA數(shù)據(jù)庫模塊、socket通信模塊；所述的客戶端機器按照生產(chǎn)線子模塊分配，每個模塊對應(yīng)一臺windows操作系統(tǒng)下的虛擬機；所述的執(zhí)行服務(wù)器主要由通信模塊、執(zhí)行模塊、性能檢測模型與上傳模塊組成；所述的云端服務(wù)器架構(gòu)為服務(wù)器集群，主要包括通信模塊、數(shù)據(jù)庫模塊。
[0008]作為本實用新型的進一步特征，所述的數(shù)據(jù)傳感器模塊包括設(shè)置在凝固浴換熱器腔體內(nèi)的2組溫度傳感器，2組壓力傳感器，以及2組嵌入凝固浴換熱器壁的工業(yè)視覺傳感器共同組成。
[0009]作為本實用新型的進一步特征，所述2組壓力傳感器組分別位于所述凝固浴換熱器底部冷流體入口、熱流體入口正下方，每組傳感器組由4個相同傳感器組成，在底部的分布是以流體入口中心點中心對稱；所述2組溫度傳感器位于所述凝固浴換熱器壁高度1/2處，每組含有3塊相同溫度傳感器，所述嵌入凝固浴換熱器壁的工業(yè)視覺傳感器的其中一組位于所述凝固浴換熱器內(nèi)頂部壁冷流體入口邊，另一組工業(yè)視覺傳感器位于所述凝固浴換熱器內(nèi)底部壁冷流體出口邊。
[0010]作為本實用新型的進一步特征，位于所述凝固浴換熱器內(nèi)頂部壁冷流體入口邊的所述一組工業(yè)視覺傳感器方向為與頂部壁呈75度角俯視，位于所述凝固浴換熱器內(nèi)底部壁冷流體出口邊的所述另一組工業(yè)視覺傳感與底部壁呈75度角仰視。
[0011]作為本實用新型的進一步特征，所述兩組工業(yè)視覺傳感器分辨率為800X600，每組由兩個構(gòu)成，每組兩個視覺傳感器采用雙目立體式，其焦距與相互間角度均可調(diào)節(jié)。
[0012]作為本實用新型的進一步特征，所述的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊包括與所述每個溫度傳感器、壓力傳感器單獨連接的帶有間隔定時采集數(shù)據(jù)的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換電路，還包括與所述每一組工業(yè)視覺傳感器連接的圖像數(shù)字化模塊。
[0013]由于采用以上技術(shù)方案，本實用新型的優(yōu)點在于預(yù)測的實時性、快速性與準(zhǔn)確性相兼顧，其能針對碳纖維生產(chǎn)工藝流程長、控制變量多以及高控制精度要求的特點，架起實時、快速和準(zhǔn)確的碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺，其通過對碳纖維紡絲過程的系統(tǒng)分析，形成高效穩(wěn)定的紡絲過程數(shù)據(jù)分析、預(yù)測與優(yōu)化系統(tǒng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為碳纖維生產(chǎn)過程實時預(yù)測云平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖
[0015]圖2為傳感器在凝固浴換熱器中的位置分布圖；
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例來具體說明本實用新型。
[0017]如圖1所示，以碳纖維生產(chǎn)為例，包括碳纖維生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)采集裝置1，數(shù)據(jù)采集裝置1與同樣在生產(chǎn)現(xiàn)場的工控機2相連，工控機2與在操作員室的客戶端機3進行通信，客戶端機3與執(zhí)行服務(wù)器4進行通信，該執(zhí)行服務(wù)器4 (即實時預(yù)測執(zhí)行服務(wù)器)在關(guān)閉與客戶端機3的連接之后與云端服務(wù)器5進行通信。
[0018]所述的數(shù)據(jù)采集裝置位于生產(chǎn)現(xiàn)場，包括生產(chǎn)線數(shù)據(jù)傳感器模塊、模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)傳送模塊。如圖2所示，傳感器模塊用于將生產(chǎn)過程的壓力溫度等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，當(dāng)前實際應(yīng)用的傳感器裝置都是以溫度、壓力信號為主，這些信號不足以構(gòu)成用于預(yù)測控制的全部參數(shù)，因此本實用新型使用溫度、壓力以及工業(yè)視覺傳感器。所述的溫度傳感器可選但不限于是不銹鋼探頭封裝的DS18B20溫度傳感器芯片，芯片每個引腳均用熱縮管隔開，防止短路，內(nèi)部封膠可防水。所述的壓力傳感器可選但不限于是普量電子PT500-501，采用高精度高穩(wěn)定性擴散硅晶體等做為變送器的感壓芯片，選進的貼片工藝，配套帶有零點、滿量程補償，溫度補償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，將被測量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成電壓電信號。所述的工業(yè)視覺傳感器可選但不限于是帶有防水外殼的加拿大DALSA公司工業(yè)相機。所述的傳感器模塊在凝固浴換熱器腔體內(nèi)裝配為:溫度傳感器，壓力傳感器組，以及嵌入腔體壁的工業(yè)視覺傳感器共同組成。2組壓力傳感器(圖中A所示)組位于凝固浴換熱器底部冷流體入口、熱流體入口正下方。每組傳感器組由4個相同傳感器組成，在底部的分布是以流體入口中心點中心對稱。2組溫度傳感器(圖中B所示)位于凝固浴換熱器壁高度1/2處，每組含有3塊相同溫度傳感器。嵌入凝固浴換熱器壁的工業(yè)視覺傳感器(圖中C所示)其中一組位于凝固浴換熱器內(nèi)頂部壁冷流體入口邊，其中第二組于凝固浴換熱器內(nèi)底部壁冷流體出口邊。所述的工業(yè)視覺傳感器其中一組的方向為與頂部壁呈75度角俯視，工業(yè)視覺傳感器其中第二組的方向為與底部壁呈75度角仰視。兩路工業(yè)視覺傳感器的分辨率為800X600，每組由兩個構(gòu)成，每組兩個視覺傳感器采用雙目立體式，其焦距與相互間角度均可調(diào)節(jié)。
[0019]實際的模擬信號無法直接被計算機用于計算處理，因此模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊將這些電信號獲得后，轉(zhuǎn)化為可以用于計算機計算的數(shù)字量，本使用新型所采用的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)化模塊自帶定時間隔功能，其實現(xiàn)為該模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)化模塊由ADI公司的AD9574芯片時鐘及計數(shù)器電路控制使能，可以實現(xiàn)定時功能，這是現(xiàn)有的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換電路或相關(guān)芯片所不具備的。模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊包括與每一路溫度傳感器、壓力傳感器單獨連接的帶有采集間隔定時的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換電路，間隔定時時間為0.54N秒，N為一個正整數(shù)，該電路每隔0.54N秒將一組溫度模擬量均值和一組壓力模擬量均值各轉(zhuǎn)化為I字節(jié)16進制數(shù)存儲，所述的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊還包括與每一路工業(yè)視覺傳感器連接的圖像數(shù)字化模塊，其控制核心為賽普拉斯公司的片上可編程系統(tǒng)PSoC將所拍攝圖像轉(zhuǎn)存成為256級灰度圖像并將每一個象素點轉(zhuǎn)為2字節(jié)16進制數(shù)。間隔定時時間的設(shè)定根據(jù)傳輸模塊的傳送能力而定。由于單幅數(shù)據(jù)圖像的數(shù)據(jù)量較大，因此采取以0.54秒為最小傳輸間隔，保證圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。N取值越大，傳輸間隔時間越長，具體的N的數(shù)值，要根據(jù)圖像的大小和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式而定。
[0020]目前常見的傳輸，目前常用的傳輸方式，是將不同參數(shù)使用不同線路分別傳輸，本使用新型所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊可將溫度、壓力、圖像數(shù)據(jù)使用相同線路傳輸，為了實現(xiàn)該目的。所述的數(shù)據(jù)傳送模塊將起始段文、得到的溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)與結(jié)束段文依次連接。每一組數(shù)據(jù)起始段文為0xFFFF0000FF00、2字節(jié)地址段、OxOOFFOOOOFFFF依次共同連接組成，結(jié)束段文為0x0000FFFF00FF、2字節(jié)地址段、FF00FFFF0000依次共同連接組成。傳送速率為每0.54M秒開始傳送一次，M值與N值相同。在數(shù)據(jù)段文之前添加起始段文，在數(shù)據(jù)段文之后添加結(jié)束段文是為了保證傳輸段文的完整性，本使用新型所述數(shù)據(jù)傳輸模塊的報文將地址段文分開，在其他傳輸協(xié)議中是沒有的。只有當(dāng)工控機將起始段文、數(shù)據(jù)段文、結(jié)束段文全部接收后，才能正確識別數(shù)據(jù)采集模塊地址和數(shù)據(jù)，保證正確的接收。
[0021]本實用新型中的工控機2位于生產(chǎn)現(xiàn)場，每個子生產(chǎn)過程分配一臺工控機，子生產(chǎn)過程包括預(yù)氧化、碳化、牽伸過程、凝固浴等。工控機2采用Iinux下openSUSE SP1164位操作系統(tǒng)，系統(tǒng)部署HANA數(shù)據(jù)庫、socket通信模塊。新一代數(shù)據(jù)庫應(yīng)該既能夠處理交易數(shù)據(jù)，又能夠應(yīng)對數(shù)據(jù)分析以及集群的搜索模式，而這一點正是HANA的特別之處。將HANA數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于碳纖維生產(chǎn)過程，有利于算法的實現(xiàn)與碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，這是采用其它數(shù)據(jù)庫所不具備的優(yōu)勢。通信模塊采用面向連接的協(xié)議基于TCP/IP協(xié)議，與操作員室的客戶端中的TCP服務(wù)器進行通信。TCP服務(wù)器端依次調(diào)用socketO、bind()、listen()之后，監(jiān)聽指定的socket地址。TCP客戶端依次調(diào)用socket O >connect ()之后就向TCP服務(wù)器發(fā)送一個連接請求。TCP服務(wù)器監(jiān)聽到這個請求之后，就會調(diào)用accept O函數(shù)取接收請求，這樣連接就建立好了。由于工控機與操作室的客戶機是一一對應(yīng)的關(guān)系，故不需要輪詢機制。
[0022]本實用新型中的碳纖維生產(chǎn)線客戶端機3位于操作人員辦公場所,采用windows操作系統(tǒng)，由多個虛擬機組成，掛載在一臺性能強大的實體機下。每個虛擬機采用8G內(nèi)存，1T磁盤空間，8核CPU。每個虛擬機負責(zé)一個子生產(chǎn)線流程，也即和一臺工控機打交道。包括基于C#和Delphi的人機交互界面、基于SQL的數(shù)據(jù)庫模塊、socket通信模塊。人機交互界面中用Delphi作為與數(shù)據(jù)庫交互的模塊,封裝成API被C#調(diào)用；C#的windowsform作為操作員使用的界面；通過客戶端機器作為socket通信模塊的TCP服務(wù)器。區(qū)別于現(xiàn)存的分布與集散式系統(tǒng)，本使用新型所述的碳纖維生產(chǎn)線客戶端為一個實體機下掛載多個虛擬機，每個虛擬機對一臺工控機負責(zé)，操作人員只需要在同一臺實體機上操作即可，有助于節(jié)省人力物力。
[0023]本實用新型中的碳纖維生產(chǎn)線執(zhí)行服務(wù)器4位于控制室，包括與客戶端通信模塊、執(zhí)行模塊、上傳模塊、性能檢測模塊。與客戶端通信模塊也采用socket套接字，不同的是它還要包含輪詢機制，即執(zhí)行服務(wù)器上開啟exe程序，每隔30秒輪詢看是否有一次操作室的客戶端請求，并響應(yīng)第一次查到的請求；算法模塊采用動態(tài)聚類與多模型SVM結(jié)合的算法來進行預(yù)測，得到預(yù)測結(jié)果并傳回到客戶端，最終關(guān)閉本次通信，并把日志寫到本地，方便錯誤排查；上傳模塊主要通過httpconnect1n向云端的服務(wù)器集群傳遞數(shù)據(jù),所述的上傳模塊用于將預(yù)測結(jié)果上傳至碳纖維生產(chǎn)線云端服務(wù)器匯總保存。性能檢測模塊每隔30分鐘檢查一次通信服務(wù)器與客戶端之間是否能ping通、云端服務(wù)器通過http請求是否能訪問、操作員客戶端與執(zhí)行服務(wù)器的cpu使用率狀況，以便實時監(jiān)測系統(tǒng)的異常。性能檢測模塊的應(yīng)用是為了讓所述的碳纖維生產(chǎn)過程實時預(yù)測云平臺系統(tǒng)構(gòu)成反饋回路，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0024]本實用新型中的碳纖維生產(chǎn)線云端服務(wù)器5與執(zhí)行服務(wù)器4采用服務(wù)器集群架構(gòu)，底層數(shù)據(jù)庫采用基于linux的HANA數(shù)據(jù)庫。云端服務(wù)器可以滿足多用戶的實時http請求訪問，相關(guān)管理維護人員可以隨時隨地可以查詢獲取碳纖維實時信息和預(yù)測信息，并不局限于固定的辦公地點，這是其他管理平臺所不具備的功能。
[0025]但是，上述的【具體實施方式】只是示例性的，是為了更好的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括范圍的限制；只要是根據(jù)本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時預(yù)測云平臺，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置與同樣在生產(chǎn)現(xiàn)場的工控機相連，工控機與在操作員室的客戶端機進行通信，客戶端機與執(zhí)行服務(wù)器進行通信，該執(zhí)行服務(wù)器在關(guān)閉與客戶端機的連接之后與云端服務(wù)器進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測云平臺，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)傳感器模塊、模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)傳送模塊；所述的工控機主要包括HANA數(shù)據(jù)庫模塊、socket通信模塊；所述的客戶端機器按照生產(chǎn)線子模塊分配，每個模塊對應(yīng)一臺windows操作系統(tǒng)下的虛擬機；所述的執(zhí)行服務(wù)器主要由通信模塊、執(zhí)行模塊、性能檢測模型與上傳模塊組成；所述的云端服務(wù)器架構(gòu)為服務(wù)器集群，包括通信模塊、數(shù)據(jù)庫模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的預(yù)測云平臺，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)傳感器模塊包括設(shè)置在凝固浴換熱器腔體內(nèi)的2組溫度傳感器，2組壓力傳感器，以及2組嵌入凝固浴換熱器壁的工業(yè)視覺傳感器共同組成。
4.如權(quán)利要求3所述的預(yù)測云平臺，其特征在于:所述2組壓力傳感器組分別位于所述凝固浴換熱器底部冷流體入口、熱流體入口正下方，每組傳感器組由4個相同傳感器組成，在底部的分布是以流體入口中心點中心對稱；所述2組溫度傳感器位于所述凝固浴換熱器壁高度1/2處，每組含有3塊相同溫度傳感器，所述嵌入凝固浴換熱器壁的工業(yè)視覺傳感器的其中一組位于所述凝固浴換熱器內(nèi)頂部壁冷流體入口邊，另一組工業(yè)視覺傳感器位于所述凝固浴換熱器內(nèi)底部壁冷流體出口邊。
5.如權(quán)利要求4所述的預(yù)測云平臺，其特征在于:位于所述凝固浴換熱器內(nèi)頂部壁冷流體入口邊的所述一組工業(yè)視覺傳感器方向為與頂部壁呈75度角俯視，位于所述凝固浴換熱器內(nèi)底部壁冷流體出口邊的所述另一組工業(yè)視覺傳感與底部壁呈75度角仰視。
6.如權(quán)利要求3所述的預(yù)測云平臺，其特征在于:所述兩組工業(yè)視覺傳感器分辨率為800 X 600，每組由兩個構(gòu)成，每組兩個視覺傳感器采用雙目立體式。
7.如以上權(quán)利要求2-6中任一項所述的預(yù)測云平臺，其特征在于，所述的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊包括與所述每個溫度傳感器、壓力傳感器單獨連接的帶有間隔定時采集數(shù)據(jù)的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換電路，還包括與所述每一組工業(yè)視覺傳感器連接的圖像數(shù)字化模塊。
【文檔編號】H04L29/08GK204089882SQ201420288391
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】丁永生, 束詩雨, 郝礦榮 申請人:東華大學(xué)