一种纺织设备监控系统及方法与流程

本发明涉及纺织，具体地，涉及一种纺织设备监控系统及方法。

背景技术：

1、毛线通常是指羊毛纺成的纱，也有不同种类化纤材质纺成的线，如：腈纶纤维、涤纶纤维和波斯纶纤维等。在通过纱加工成毛线的过程中，由于受到纺织设备牵引力或者入线速度过快或过慢，以及纱线与设备接触等原因，造成纱线在加工过程中出现断线的情况，为了保证设备正常运转和加工效率，人们设置了纺织设备监控系统，以便于及时发现断线现象，从而及时处理。

2、对比文件1：现有公告号cn114971252b的发明专利，公开了一种纺织设备运维与故障诊断系统，包括数据采集模块、数据分析存储模块、神经网络预测模块以及结果显示与决策辅助模块，其利用数据采集模块对设备状态进行实时监控分析，记录设备运行状态的变化趋势，并实时监测工作机组运行参数和纱线质量参数，通过无线通信路由网络上传至服务器终端建立故障数据库，并利用神经网络系统对设备进行故障预判，进行相应的运行维修决策，并将决策发送至管理员，实现对设备的提前预测，在纱线产品未下降到不良品时发出设备维护要求，实现设备预判性维护，减少纱线次品概率。

3、但该方法需要实时采集大量的生产设备状态参数和产品质量参数，并通过无线通信输入至第一神经网络处理得到不同故障对应设备运行状态参数和产品质量参数的不同权重值，再在第一神经网络的基础上训练第二神经网络，通过输入一组状态值，并结合第一神经网络所形成的权重值与运行关系，来预测设备未来运行状态，形成设备运行状态及故障预诊断结论。上述方法不仅步骤繁琐而且缺乏具体实施方式，同时需要采集大量数据并对采集的数据进行多次处理和分析，所造成的后果是不能及时准确预测纺织设备中纱线是否存在断线的风险。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中不能及时准确预测纺织设备中纱线是否存在断线的风险，本发明提供了一种纺织设备监控系统，该系统包括：

2、参数采集单元：用于实时采集纺织设备的第一生产参数，并针对所有第一生产参数设置安全范围；

3、图像采集单元：用于实时采集所述纺织设备中纱线的图像数据；

4、断线监测单元：用于基于采集的所述图像数据，获取t0时刻的第一纱线图像和t1时刻的第二纱线图像，用所述第一纱线图像减去所述第二纱线图像得到第一验证图，判断所述第一验证图中第一封闭区域的数量是否为0，若是，判定所述纺织设备未发生断线，若否，将所述第一验证图中所述第一封闭区域对应的纱线作为第一标准纱线，计算所述第一验证图中所述第一封闭区域之间的第一距离，并获取t2时刻的第三纱线图像，用所述第一纱线图像减去所述第三纱线图像得到第二验证图，计算所述第二验证图中所述第一标准纱线对应第二封闭区域之间的第二距离，判断所述第二距离是否小于所述第一距离，若是，判定所述纺织设备存在断线风险并发送预警信息至故障排查单元，若否，则继续对所述纺织设备进行监测，t0、t1和t2相邻且t0＜t1＜t2；

5、故障排查单元：用于基于所述预警信息，确定断线故障类型并发送断线故障信息至故障处理单元；

6、故障处理单元：用于基于所有第一生产参数和所述断线故障信息，采用预设方式处理断线故障。

7、本发明是通过以下技术方案实现的：首先通过参数采集单元来采集纺织设备的生产参数，再通过图像采集单元实时采集纱线的图像数据，然后断线监测单元基于采集的纱线图像数据，获取两个相邻时刻下的第一纱线图像和第二纱线图像，再用第一纱线图像减去第二纱线图像得到第一验证图，判断第一验证图中封闭区域的数量是否为0，若是，则说明第二纱线图像和第一纱线图像相同，此时纱线不存在发生断线风险；若否，则说明第二纱线图像相较于第一纱线图像，第一标准纱线中的部分纱线直径变小，这才会导致第一验证图中存在有两个第一封闭区域，计算第一封闭区域之间的距离。但对于纱线来说，即使部分纱线直径变小，也有可能不会发生断线，如果此时就预测纱线是否存在断线风险，预测的准确性难以保障，因此去获取下一时刻的第三纱线图像，用第一纱线图像减去第三纱线图像得到第二验证图，然后获取第二验证图中第一标准纱线对应的第二封闭区域，计算第二封闭区域之间的第二距离，如果第二距离小于第一距离，说明纱线的直径在连续变小，即纱线存在断线的趋势，此时就判定纱线存在断线风险并发出预警信息，但如果第二距离是等于第一距离，说明纱线直径再经过第一次变小后并未有继续变小的趋势，此时就需要对纱线继续进行监控，来判定后续纱线是否存在断线的风险。然后故障排查单元基于预警信息，确定断线故障类型并发送断线故障信息至故障处理单元，故障处理单元再采用预设方式对断线故障进行处理。

8、进一步地，所述系统还包括图像处理单元，所述图像处理单元用于对所述图像采集单元采集的图像数据进行去噪处理。

9、其中，在图像拍摄和传输的过程中，不可避免地会引入不必要的信号，这些信号会影响图像的质量，并在后续图像处理中产生相应的干扰，因此需要对采集的图像数据进行去噪处理。

10、进一步地，所述系统还包括图像初始化单元：获取纺织设备中纱线的历史图像数据，基于所述历史图像数据，获取所述纺织设备的标准纱线图像，将所述第一纱线图像与所述标准纱线图像进行比对，若比对成功，不动作；若比对失败，将所述第一纱线图像替换为所述标准纱线图像。

11、其中，图像初始化单元用于对采集的第一纱线图像进行初始化处理，由于纱线材质的影响，初始纱线的直径可能与后续纱线存在差异，为了消除这种差异带来的影响，因此通过获取纱线的历史图像数据来确定标准纱线图像，通过标准纱线图像对第一纱线图像进行初始化处理。

12、进一步地，继续对所述纺织设备进行监测包括：

13、获取t3时刻的第四纱线图像，用所述第一纱线图像减去所述第四纱线图像得到第三验证图，计算所述第三验证图中所述第一标准纱线对应第三封闭区域之间的第三距离，判断所述第三距离是否小于所述第一距离，若是，判定所述纺织设备存在断线风险并发送预警信息至所述故障排查单元，若否，则持续获取tn时刻的第n纱线图像，并用所述第一纱线图像减去所述第n纱线图像得到第n-1验证图，直至所述第n-1验证图中所述第一标准纱线对应第n-1封闭区域的数量为0。

14、其中，判断第二距离是否小于第一距离，若否，说明在t2时刻时，第一标准纱线中部分纱线直径并未继续变小，但并不说明后续第一标准纱线中部分纱线直径不会变小，因此需要持续监测，如果监测到后续t3时刻下，第一标准纱线中部分纱线的直径变小，同样说明纱线存在断线风险，需要进行预警；如果在t3时刻下，第一标准纱线中部分纱线的直径并未变化，则继续进行监测，直到第n-1验证图中不存在封闭区域时，说明第n纱线图像与第一纱线图像相同，此时可以将第n纱线图像作为新的标准纱线图像。

15、进一步地，所述系统还包括预警分级单元，所述预警分级单元用于获取预设时间段内的多帧纱线图像；

16、所述多帧纱线图像分别为图像a1、图像a2、……、和图像am；

17、对所述多帧纱线图像进行去噪后，使用所述图像a1分别减去所述图像a2、所述图像a3、……、和所述图像am，得到对应封闭区域之间的距离集，所述距离集中的第四距离分别为l1、l2、……、和lm-1，若不存在封闭区域，则所述封闭区域之间的所述第四距离为0；

18、基于所述距离集，获取所述第四距离连续减少的最大次数为r，计算r/(m-1)的比值为k；

19、当k位于第一预设范围时，发送一级预警信息，当k 位于第二预设范围时，基于所述距离集，构建关于所有第四距离的折线图，对所述折线图中的数据做线性拟合处理得到所述折线图的效率k，判断斜率k的绝对值是否超过预设阈值，若否，则发送二级预警信息，若是，则发送三级预警信息。

20、其中，预警分级单元通过获取预设时间段内预设数量的多帧纱线图像，并对这多帧图像进行去噪后，通过第一帧图像a1分别减去图像a2、图像a3、……、和图像am，得到封闭区域之间的距离集，基于该距离集，获取封闭区域之间第四距离连续减少的最大次数为r，再计算r/（m-1）的比值k，再基于k在不同预设范围，发送不同等级预警信息。由于是对纱线图像进行实时采集，因此可以观察到纱线在断线过程中，部分纱线直径并不一定是在预设时间段内连续变小，同时当部分纱线直径在预设时间段内连续变小的次数越多，说明纱线存在断线的风险越高，基于此原理，当k位于第一预设范围时，说明纱线断线的风险较低，此时发送一级预警信息，当k位于第二预设范围时，说明纱线断线的风险较高，此时通过构建关于第四距离的折线图，经过线性拟合处理后得到关于第四距离的斜率，因为第四距离是逐渐变小，斜率k的值都小于或等于0，所以需要判定斜率k的绝对值大小，如果斜率的绝对值越高说明纱线断线的速度和程度就越高，因此通过判断斜率是否超过预设阈值来确定是发送二级预警信息还是发送三级预警信息。

21、进一步地，所述一级预警信息具体为纱线材质导致纱线存在断线风险；所述二级预警信息具体为纺织设备导致纱线存在断线风险；所述三级预警信息具体为纱线材质及纺织设备共同导致纱线存在断线风险。

22、其中，预警分级单元是通过判断k值位于的范围来确定是发送一级、二级或者三级预警信息，当k位于第一预设范围时，此时k的值最低，因此判定一级预警信息为纱线材质导致存在断线风险；当k位于第二预设范围时，纱线断线至少受到来自纺织设备的影响，也可能存在纱线材质的影响，当纱线断线受到来自纺织设备及纱线材质的影响时，纱线断线的速度和程度都远大于只受到纺织设备的影响，因此二级预警信息为纺织设备导致纱线存在断线风险，三级预警信息为纱线材质和纺织设备共同导致纱线存在断线风险。

23、进一步地，所述故障排查单元基于所述预警信息，确定断线故障类型并发送断线故障信息包括；

24、基于所述一级预警信息，判定所述断线故障类型为所述纱线材质，并发送所述断线故障信息为纱线故障；

25、基于所述二级预警信息，判定所述断线故障类型为所述纺织设备，并发送所述断线故障信息为纺织设备故障；

26、基于所述三级预警信息，判定所述断线故障类型为所述纱线材质及所述纺织设备，并发送所述断线故障信息为所述纱线故障及所述纺织设备故障。

27、其中，故障排查单元用于接收预警信息，然后通过对预警信息进行分析来确定故障类型并发送断线故障信息，故障处理单元再根据断线故障信息对故障进行处理。

28、进一步地，当判定所述断线故障类型中包括所述纺织设备时，基于所述纺织设备的历史故障数据，获取所述纺织设备不同故障类型对应的第二生产参数；基于所述纺织设备不同故障类型及对应的所述第二生产参数，构建第一模块并进行训练；获取所有第一生产参数中超过对应安全范围的生产参数作为第三生产参数，将所述第三生产参数输入到经过训练后的所述第一模块；所述第一模块对所述第三生产参数进行处理得到纺织设备具体故障数据；将所述纺织设备具体故障数据添加到所述断线故障信息后发送。

29、其中，当断线故障类型中包括纺织设备时，通过纺织设备故障并不能立即排查纺织设备发生故障的位置，因此通过获取纺织设备不同故障类型对应下的第二生产参数，建立生产参数与纺织设备故障类型相对应的第一模块并训练，将所有第一生产参数中超过对应安全范围的参数作为第三生产参数，第三生产参数作为输入集输入到第一模块中，从而得到相应纺织设备的故障类型，便于提高排查纺织设备故障位置的效率。

30、进一步地，采用预设方式处理断线故障具体为：

31、若所述断线故障信息为所述纱线故障，停止所述纺织设备并对所述纱线进行更换；

32、若所述断线故障信息为所述纺织设备故障，基于所述纺织设备的历史故障数据，获取所述纺织设备不同故障类型对应的处理措施；

33、基于所述纺织设备不同故障类型及对应的所述处理措施，构建第二模块并进行训练；

34、基于所述断线监测单元，获取所述纺织设备具体故障数据为第一故障类型数据；

35、将所述第一故障类型数据输入到经过训练后的所述第二模块，所述第二模块对所述第一故障类型数据进行处理得到对应的第一处理措施；

36、采用所述第一处理措施处理所述纺织设备故障；

37、若所述断线故障信息为所述纱线故障及所述纺织设备故障，停止所述纺织设备，更换所述纱线并对所述纺织设备进行检修。

38、其中，故障处理单元采用预设方式来处理断线故障，当断线故障信息为纱线故障时，此时对纺织设备进行停工，并更换纱线；当断线故障信息为纺织设备故障时，就需要基于纺织设备故障时检修的历史数据来进行处理，针对纺织设备的不同故障，其检修方式也存在不同，通过建立纺织设备故障类型与处理措施相对应的第二模块并训练，再将纺织设备具体故障类型数据作为输入集输入到第二模块，获取相应的处理措施；而当断线故障信息为纱线故障及纺织设备故障时，说明纺织设备纺织纱线的整个流程都存在较大风险，因此需要停工进行检修。

39、为解决现有技术中不能及时准确预测纺织设备中纱线是否存在断线的风险，本发明提供了一种纺织设备监控方法，所述方法包括以下步骤：

40、实时采集纺织设备的第一生产参数，并针对所有第一生产参数设置安全范围；

41、实时采集所述纺织设备中纱线的图像数据；

42、基于采集的所述图像数据，获取t0时刻的第一纱线图像和t1时刻的第二纱线图像，用所述第一纱线图像减去所述第二纱线图像得到第一验证图，判断所述第一验证图中第一封闭区域的数量是否为0，若是，判定所述纺织设备未发生断线，若否，将所述第一验证图中所述第一封闭区域对应的纱线作为第一标准纱线，计算所述第一验证图中所述第一封闭区域之间的第一距离，并获取t2时刻的第三纱线图像，用所述第一纱线图像减去所述第三纱线图像得到第二验证图，计算所述第二验证图中所述第一标准纱线对应第二封闭区域之间的第二距离，判断所述第二距离是否小于所述第一距离，若是，判定所述纺织设备存在断线风险并发送预警信息，若否，则继续对所述纺织设备进行监测，t0、t1和t2相邻且t0＜t1＜t2；

43、基于所述预警信息，确定断线故障类型并发送断线故障信息；

44、用于基于所有第一生产参数和所述断线故障信息，采用预设方式处理断线故障。

45、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

46、本发明通过图像采集单元实时采集纱线图像数据，断线监测单元再基于纱线图像数据，构建相邻时刻的纱线图像，通过对相邻时刻纱线图像作差，来判断第一验证图中封闭区域数量是否为0，若是，则说明未发生断线，若否，说明第一标准纱线中部分纱线的直径在变小，并继续获取下一时刻的纱线图像并进行处理，来判断第一标准纱线的直径是否在继续变小，若是，则判定纱线存在断线风险，若否，则继续监测；相较于现有技术，本发明不仅能及时预测断线风险，同时通过两级判定的方式来提高预测断线风险的准确性。

47、本发明通过设置预警分级单元对预设时间段内预设数量的多帧纱线图像，并对多帧纱线图像进行处理后，得到一级、二级和三级预警信息，通过不同等级的预警信息，能便于后续故障排查单元更快排查故障的原因和类型。