基于TTS的制丝线故障语音播报系统设计.pdf

2023No9(上)设备管理与维修设计研开究26基于TTS的制丝线故障语音播报系统设计崔岩，柳宾，刘宪莹,张亚凯？,尹鑫，杨光露1（1.河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂，河南南阳473007;2.北京航天拓扑高科技有限责任公司，北京100176)摘要：在烟草制丝线的生产过程中，不可避免地会发生因设备异常导致停机的情况。各关键工序的设备控制复杂、控制关键点多，对异常问题的快速发现和故障排除，是制约各工序加工质量的关键因素。利用TTS语音技术结合底层控制和监控系统，创建一套设备故障智能播报系统，使设备维护人员能够快速高效的定位设备异常点，提高现场设备故障处理效率。关键词：语音播报；TTS；人机接口；制丝生产线中图分类号：TS43文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09.100引言2015年5 月国务院印发中国制造2 0 2 5 部署全面推进实施制造强国的战略文件，制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。烟草制造行业作为制造业的前沿，积极响应智能制造工程，南阳卷烟厂自2 0 19 年起进行制丝线底层全面改造升级。随着底层控制的升级，制丝工艺的要求越来越精细化，尤其是对烟草加工过程中的关键参数，其稳定与准确对于产品质量至关重要。制丝生产过程中各个关键工序决定了烟草制丝线加工质量。对于质量的控制，一个是提高生产控制过程的稳定与准确，一个是减少生产过程中的设备故障和异常，进而避免造成不必要的质量事故。1问题现状各关键工序的设备控制复杂，控制关键点多，对异常问题进行快速发现和故障排除，是制约各工序加工质量的关键因素，对于操作及维修人员要求相应较高。传统的制丝生产线上的报警信息通常是在现场操作站或者中控室的监控界面上通过文本信息或者弹窗的形式表现出来，然后通过现场风鸣铃提示站机人员注意报警信息。这种方式对人员的响应速度、系统熟悉程度、工作协同能力要求较高。而智能语音播报系统可以较为高效的处理报警问题。制丝线故障语音播报系统能够第一时间将PLC的报警信息进行语音播报，人员覆盖更全面，问题定位更快更精准。2语音播报系统结构2.1语音播报网络结构通过建设制丝生产过程的关键设备实现网络物联，集成设备的状态、报警及关键参数等数据。系统实现基层操作、维修工可以实时了解设备的各种状态，通过系统提供的状态监测、报警、预警等信息，可以判断设备整体状态是否良好、部件是否需要及时检查和维护处理。为工段长提供设备的整体状态信息、关键故障报警、预警记录信息、以及维修记录，通过这些监测信息，工段长判断是否可以保证正常生产、是否需要调动本工段人员进行故障排查和检修。为主任级别用户提供设备的整体状态信息、停机时长、运行效率、处理量等设备整体OEE（O v e r a l l E q u i p me n t E f f e c t i v e n e s s，设备综合效率）等综合信息，提供影响停机停产的关键故障报警、预测预警信息；选厂各级用户根据这些信息判断是否可以正常生产，是否需要上报准备停产检修，提前安排各工段开展检修计划、提前排查库存和准备物资采购等语音播报系统整体网络设计如图1所示，利用原有网络结构，让语音播报系统服务器通过原OPC（O L E f o r Pr o c e s sControl,对象链接与嵌人的过程控制)采集服务器底层各个控制单元的PLC报警信息。数据采集完成后在服务器内部对报警信息进行分类处理，快速定位异常信息位置，然后通过对应工艺段的语音播报音响，对现场人员进行语音提示，帮助现场人员快速确定问题所在。分类处理后的报警信息返回给中控，通过文本信息提示中控操作人员此次报警问题，方便中控操作人员进行记录。现场实时数据库语音播报广播音响服务器OPC服务服务器I/0服务器1管理系统中控监控机组VO服务器2控制层交换机交换机物流段真空回潮段叶片段叶丝段掺配段存段梗线除尘段图1语音播报网络结构2.2语音播报工作流程语音播报工作流程如图2 所示。（1）正常生产过程中遇到设备故障时，产生报警信息（2）语音播报系统通过OPC服务采集到底层PLC的报警点触发，根据报警点对应的工艺段和单元，对现场及中控室进行语音报警。（3）现场人员根据报警信息，快速到达故障所在的设备，进20233No9(上）设备管理与维修27行现场问题排查。（4)问题排查过程中，语音播报系统持续播报故障信息，直到工作人员解决问题并复位报警。2.3报警信息分类统计分析报警信息通过语音报警软件发送到中控语音报警数据库服务器进行存储。分类报警统计功能针对存储的报警信息进行分类统计形成报表。为设备故障分析提供基础分析数据。系统针开始生产故障停机语音播报系统采集报警触发点现场音响语音报警现场人员响应否排除异常继续排查问题是报警解除图2语音播报工作流程对报警信息数据提供多样的数据查询和数据分析功能。系统针对报警数据，可提供包括字段的查询。3语音播报系统设计语音播报功能在工业中已有应用案例。文献 1 描述了一种基于科大讯飞嵌人式中文语音合成器开发的用于西门子S7-200系列PLC的功能扩展，是一种利用商业硬件模块实现的语音播报功能，但这种方式需要单独采购硬件模块，同时还要对单片机、PLC的编程设计能力有一定的要求。文献 2 描述的分布式语音报警系统，适用于多现场。语音播报系统通过原有的OPC服务，利用KEEPSERVER采集服务，采集底层PLC的报警触发点，配置内容如图3 所示。底层PLC的报警触发点按报警类别分为：关键参数报警点、设备运行报警点、人员操作报警点。其中关键参数为各个工艺段的主机控制参数主要为：出口物料含水率、回风温度、散热器压力、热风温度、电机电流。设备运行报警主要为：流量异常报警、各仪表网络状态异常报警、水气汽供应异常报警、喂料机异常报警、电子秤异常报警、现场隔离开关状态。人员操作报警主要分为：选柜错误、参数设定错误、生产条件不满足。语音播报系统配置页面2 如图4所示。语音播报系统的基础，TTS包含在WindowsSpeechSDK设计研究开发包中，编程人员可以使用此开发包开发满足自已需求的程序。The Microsoft Speech API(以下简称SAPI)是微软的语音API,由Windows Speech SDK提供。Windows Speech SDK包含语音识别引擎(SR)和语音合成引擎(SS)两种语音引擎。SR引擎用来识别自然语音的输人，实现语音控制；SS引擎用于将文字转换成语音进行输出。4语音播报系统部署后效果（图5）SMCAchestrAystmManagementConsoleMESOPCADAServerManagerDefaultGroupocaArchestADASSDirectConfgurationMESZK文件白操作ArchestrASystem.ManagementConsole(MESOPC)NodeType:S7CpDelimiter:DASenverManagerDetault-GroupLocalBArchestrA.FSGateway-2S7FLCArchestrADASSIDirect2S7Cormectin名ConfigurationRemoleTSAPMESNetwoik.AddesF152.168:24YRemoteRackNoZKOrLocaliTSAPRomoteSkorNotZZK021ZK03Corneclian Resoiuce3名ZK04名ZK0SPLC Cornectivlyzx06FVerlyPLCcorvieobialyvhenokeninwubicibed名2 K012Fregveney h veconds tovely thePLCconecthaly60tecondt2X035ZzK045Repy TineoutF15000ElLogViewer图DiagnosticsComectiontimeout300msAlame&EventeCEncbe demsCEnable everttheUTC图3语音播报系统配置页面1ememyD:北京航天拓扑有限公司2 航天拓工作资料2 0 19 5 月南阳烟厂订项用设计软件4内阳LC程序（2 0 2 10 7 0 D）ZK 0 2 片烟预处理ZK022K02项插入在线QTotallyIntegratedAutomat心日保存项目XPC2K02CK02ICPU15184PNJDP程序快DB3000VOiCalarmtirg0B3000设备保持实醉值快照#持快乐值爱物国起检值中将起拍值加载为实麻德DB3000_volicealarmtirgger设备和F名称编移里保持可从在HM设定信C2K02CP1518-4PN/DP吖设备销芯Keyponamentaiarmstruct业在美和诊便MoistOutAlamBoOf0.0出口含水军零MoistinAlormBool01入口含水军换器ReMnd_temperatureBoolDB3000_voicealarmpressureBool03微热器压力擦警00000Temp040210e2999Horwnd_ermperature04热风温度按粉计蟹斗光棚设定料ACRUOLCURRENTBool0.5买电源+0_系统equipmentfuning alarmStruct2.0设备运行探警00STeperationalarmStruct40人质换作探部国公共8-FC127_DP_550bo.FC128_PN_5tRdo-mFC129_Module_5t-F16s.AiconditiFC200.PubticIFC.FC201NetOngEaFC202_Module_Dm-FC204_Heve_Mer8FC205_AlarmFC图4语音播报系统配置页面220018218016014012010996100806048403129205.31.27.11.54.61.30应用前一应用后图5故障智能播报系统应用前后对比2023No9(上)设备管理与维修设计研究28毕来金】编辑井组节能错峰控制柜设计及应用效果分析韩民强，刘学，丁建军（渤海石油装备（天津）新世纪机械制造有限公司，天津300280)摘要：随着油气田大井组平台的出现，对大功率供电设备的需求越来越高，尤其在电网未铺设到的偏远油气井场。大井组平台发电机装机容量大，抽油机系统耗能严重成为制约大井组平台发展的两个因素。利用合理的控制系统设计，可以避免一个平台的多台抽油机同时到达最大用电功率，从而降低平台发电机的装机容量，起到节能降耗的作用。关键词：井组；错峰；共直流母线中图分类号：TE928文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09.110引言随着钻井、勘探等技术的不断提高，水平井、大斜度井已经成为当今油气田开采的主要趋势，随之而来的是大井组平台的出现。这些平台往往矗立着几台、十几台，甚至几十台抽油机，控制系统大多采用变频控制。一台抽油机一般需要十几到几十千瓦的电机提供动力，一个平台就需要上百千瓦甚至几百千瓦的电源供电。在我国一些偏远的油气田建立在沙漠、戈壁滩等人烟稀少，电网不能覆盖的区域，需要燃气、燃油发电机进行供电。近些年又出现了光能、风能等辅助发电设备。经研究发现，抽油机在正常运行期间，所需平均电流只有电机额定电流的1/4 1/3，甚至更低，而电机的启动电流一般都较大，为额定电流的2 3 倍。并且抽油机每个冲程周期内，电机电流是时刻变化的，其中最大电流发生在上冲程期间。当一个井组的所有抽油机都运行到最大功率或处于开机状态时，平台的发电设备将达到供电峰值，这个峰值决定了这个平台发电设备的等级。然而在正常运行时，所需的功率不到发电机额定发电功率的1/2，这造成了极大的选型浪费，增加了用户的投人成本。同时，在抽油机运行到下冲程期间还会出现反发电的现象。受井况、抽油机型号以及抽油机平衡度等因素的影响，反发电从图5 可以看出，故障智能播报系统使用后，叶片线月平均故障停机时间由10 9 min降到3 1min，小停车次数由每月平均5.3次降到1.2 次；叶丝线月平均故障停机时间由18 2 min降到48min，小停车次数由每月平均7.1次降到1.5 次；梗丝线月平均故障停机时间由9 6 min降到2 9 min，小停车次数由每月平均4.6 次降到1.3 次，效果明显。5应用效果分析项目实施后，智能语音系统异常触发率达到10 0%，异常诊断能力达到8 5%以上，提高了质量缺陷和设备隐患预防管控能力。人工智能语音技术在烟草制丝线应用，有效解决制约制丝线关键设备如加香、加料工序故障准确定位问题，打通设备运维“最后一公里”，通过模块化、系统化的自动判异功能开发及设计，探索了一条制丝设备运行状态监测的智能化的程度有所不同。这些反发电能量如果回馈到电网，会对电网造成“污染”。为了消除电网“污染”，常规的做法是在抽油机变频柜内增加大功率的制动电阻，将反发电的能量通过制动电阻转化为热能的形式消耗掉，同时也造成了大量的能源浪费。大井组平台在发电设备的投入上是非常巨大的，给油气田开发企业在生产运行中带来了相当大的压力。为了解决上述两种浪费的难题，本文设计一种井组节能错峰控制柜,并对其应用效果进行分析总结。1设计方案1.1控制流程设计为解决丛式井装机容量大、电能浪费严重，易出现停机故障的问题，设计井组节能错峰控制系统。井组节能错峰控制系统包括共直流母线技术及错峰控制技术。(1)变频器共直流母线技术：将若干台抽油机变频器的直流母线连接在一起，将电机的反发电能量反馈给共直流母线的其他抽油机变频器，作为其他电机的能源，从而达到降低能耗的目的。电路连接可采用1个变频器对应1台抽油机的一对一模式，也可采用共用1套独立整流单元总成、制动电阻单元、滤波单元总成，将逆变单元与抽油机电机一对一控制连接。由于第二种方法的整流单元总成、滤波单元总成发生故障后会造成整个新手段。参考文献1】张利民，邹益民.基于TTS模块的S7-200PLC语音播报功能扩展 J工业仪表与自动化装置，2 0 15（4）：3 4-3 7.2王飞，张凯.基于TTS的分布式语音报警系统的设计与实现 J.电气技术,2 0 15(4)：112-114.3】杨照坤，黄高祥.一种语音播报系统的研究与设计 J.机电工程技术，2021,50(4):203-205.【4黄思铭.地铁信号智能语音报警系统的研究与开发 J.铁道通信信号，2021,57(7):93-95.5阳胜峰.PLC控制系统智能语音报警的设计与实现 J.电气时代，2021(1):55-57.