通过高清视频在线检测实现煮糖自动控制的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制糖领域，特别是一种通过高清视频在线检测实现煮糖过程中对糖浆、晶种、结晶数量、大小尺寸和质量的自动控制的系统及方法。
【背景技术】
[0002]在制糖工艺过程中，煮糖是最关键和重要的环节。糖浆经过继续浓缩至过饱和度后投入晶种把糖晶核逐渐养大，最后生成糖糕经分蜜生产出白砂糖。整个煮制过程中需要对糖浆、种子和养晶过程不断监控和工艺调整，使煮糖过程的过饱和度维持在一个稳定的区间，晶种慢慢吸收糖分变大，从而避免起废砂或不正常的结晶生成而导致产品质量下降，影响颗粒的均匀度和品质。
[0003]目前，国内用于结晶的设备主要有间歇煮糖罐和连续煮糖罐，通过几年的自动化摸索以及吸收国外的自动化技术，煮糖的自动化已经能够代替部分人工操作过程。现有的自动煮糖技术通过在线检测糖糕的锤度、温度以及电导率来推测工艺过程的控制，这种依靠经验的测算的控制方式虽然一定程度上减轻了操作人员的劳动强度，并使操作过程变得简单。但是，煮糖过程是一个复杂的工艺过程，除了与煮糖的工况参数如加热温度、晶液比、真空度和锤度等有关外，更重要的是煮制过程对晶粒大小、晶粒数量以及晶粒的均匀度的控制，而关于煮糖过程对养晶的控制是目前自动煮糖技术无法解决的难题，主要还是依靠人工通过煮糖罐的采样棒采样来做出判断后，再对煮糖工艺做出调整，这样既消耗人工又不利于煮糖过程晶种的正常生长，当过多的人工干预煮糖过程，往往容易导致该编号白糖产品的质量下降，甚至导致色值、混浊度的增高而要做回溶处理。
[0004]煮糖过程就是要控制好在煮糖过程中的糖膏保持最适合的过饱和度，使糖膏始终保持在养晶饱和区内进行煮炼；目前这一过程的控制是充分利用现有的煮糖仪器，提供煮炼过程的参数，再依靠煮糖人员通过实践、积累丰富的经验来进行操作，及时发现和处理问题。使煮糖过程从起晶到卸糖都能控制在1.1?1.3的过饱和度范围内进行。煮糖过程主要包括取种、整理、养晶和浓缩4各步骤完成，在这个过程中，煮糖的工况受到晶种的质量、加热蒸汽压力、真空度、糖浆的浓度和温度的影响，在不同的原料工况以及现有的检测仪表条件下，对自动化煮糖技术的实用性提出了很大的难题，也是业内急需解决的技术瓶颈。国内自行研制开发的计算机煮糖系统目前正在摸索阶段，据相关报道，目前国内自动煮糖主要有以下三种:
1、仪表采集煮糖过程糖液锤度、电导率、真空度、蒸汽压力等数据到计算机上集中显示，由煮糖工监视数据并结合拉取样棒抽取物料，在玻璃片上观察判断晶种大小、母液中含蜜量，判断能进一步吸收的程度、糖液锤度的高低，并据此判断决定下一步的操作;这种方式由于糖液成分复杂，影响结晶的因素又多，在生产中仍然需要有经验的煮糖工进行全面的观察、分析和判断，并据此给定各种适宜的工艺参数;这种方法控制水平较低。
[0005]2、以“五一”煮糖法为自控操作基本依据的以糖液温度来作为控制煮糖过程的操作方法;这种方法需根据当时的糖液纯度实测起晶点和溶晶点来作为实际操作的依据；由于糖厂甘蔗变化极大，每隔几天就需执行测罐操作，测罐费时、操作繁锁，应用极不方便。
[0006]3、运用人工神经元建模，编写自动控制煮糖程序实现的计算机煮糖方式;这种方式由于其采用Bp网络模型，且煮糖过程中相互影响因素极多，另外，糖厂原料和工艺调整极大，造成煮糖效果时好时坏的现象。
[0007]上述国内自动煮糖系统都存在以下共同的缺点:
1、没有煮糖过程实时结晶尺寸、结晶数量的检测和计算；
2、没有在煮糖过程中出现废砂、伪晶、粘晶以及颗粒不均匀等不符合煮糖需要项的警报；
3、没有煮糖过程检测数据保存以查询对比工具，缺乏可追溯性。
[0008]煮糖实际生产的在线晶粒大小检测是目前煮糖自动化最大的难题，通过现代高清视频应用技术，检测出煮糖过程控制糖浆、晶种、结晶数量、大小尺寸和质量的工艺过程是非常有必要的。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种通过高清视频在线检测实现煮糖自动控制的系统及方法，可通过现代视频应用技术，检测出煮糖过程糖浆、晶种、结晶数量、大小尺寸和质量并加以控制的工艺过程，并与当前计算机网络技术和现有的自动煮糖技术结合，实现了煮糖过程的自动化控制，减少人工操作带来的不稳定因素。
[0010]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种通过高清视频在线检测实现煮糖自动控制的系统，包括检测装置和计算机视频控制装置;所述检测装置包括光源发生器、光源分布器、检测玻璃和高清摄像机，所述光源发生器通过光纤与光源分布器连接，光源通过光纤输送到光源分布器，光源分布器设在检测玻璃前方且将光线投射在检测玻璃上，检测玻璃的后方设有高清摄像机，高清摄像机与计算机视频控制装置连接，并将从检测玻璃上获取的煮糖罐中内容物动态实时图像通过信号传输至计算机视频控制装置，计算机视频控制装置内设有包含图像处理模块、数据计算模块和对比分析模块的控制器，还设置有数据库，数据库内储存有用于对比的质量控制标准。
[0011]进一步的，所述检测装置配置有镜面清洗器、清洁热水管，镜面清洗器与清洁热水管相连，镜面清洗器向检测玻璃和光源分布器喷入工艺热水，用于清洗检测玻璃和光源分布器。
[0012]进一步的，检测装置的光源分布器、与光源分布器连接的前段光纤和镜面清洗器置于煮糖罐内，检测玻璃嵌在煮糖罐壁上，高清摄像机、计算机视频控制装置、后段光纤集成在一个盒子里。
[0013]更进一步的，计算机视频控制装置还与其他检测仪表相连，其他检测仪表包括锤度计、电导率仪、温度计和压力表，将包括糖浆锤度、电导率、蒸汽压力和真空度在内的检测数据与高清摄像机采集的动态实时图像一同传输至计算机视频控制装置。
[0014]—种利用以上所述的通过高清视频在线检测实现煮糖自动控制的系统进行自动控制的方法，包括以下步骤:
(1)将检测装置的检测玻璃通过安装法兰嵌在煮糖罐壁上；
(2)通过高清摄像机对煮糖罐中的内容物处于糖浆阶段、种晶阶段和结晶阶段时的状态进行实时监测；
(3)高清摄像机将采集的动态实时图像传输至计算机视频控制装置，计算机视频控制装置接收到高清摄像机的信号后，通过图像处理模块、数据计算模块和对比分析模块对图像进行数据转化、统计、分析，并与不同批次间煮糖罐中内容物的图像和分析数据、或内容物的质量控制标准进行对比；
(4)对步骤(3)的对比结果进行分析，对于超出质量控制标准的情况进行警报预警；
(5)将每个批次间煮糖罐中内容物的视频、图像和检测数据都发送至数据库进行存储。
[0015]进一步的，步骤(2)中，对煮糖罐中的内容物处于糖浆阶段时的状态进行实时监测包括以下内容:
A.对煮糖浆进行污染颗粒检测，测定糖浆水不溶物颗粒的污染程度，判断糖浆是否符合煮糖生广需要；
B.糖浆气泡检测，测定糖浆内部气泡数量和容积，判断实际需要入罐的糖浆量；
C.糖浆内大粗粒或上一次煮糖洗罐后残留下的残存物检测，测定糖浆内部的大颗粒物残存情况，以便判断出的颗粒对煮糖过程的影响，并采取措施处理；
对于监测项目A中的不溶物污染颗粒、监测项目B中的糖浆气泡数量和容积、监测项目C中的糖浆内部大颗粒物残存数量进行检测，超出质量控制标准的进行警报预警。
[0016]进一步的，步骤(2)中，对煮糖罐内的内容物处于种晶阶段时的状态进行实时监测包括以下内容:
A.在种晶整理阶段检测测量区域内晶种颗粒尺寸，计算晶体数量，给煮糖参数调整通过有效数据；
B.在起晶阶段，实时监测结晶数量与起晶过程时间的线形关系是否向着良性方向发展；
对于监测项目A中的坏种数量、种子尺寸进行检测，超出质量控制标准的进行警报预塾目ο
[0017]步骤(2)中，对煮糖罐内的内容物处于结晶阶段时的状态进行实时监测包括以下内容:
A.从种晶开始第10分钟至结束时的实时结晶变化状态；
B.实时监测整个过程中的结晶尺寸，并自动计算晶粒的平均粒径；
C.实时监测整个过程中出现的废砂、伪晶或微晶的数量；
对于监测项目B中超出范围的结晶平均粒径和变异系数、监测项目C中的废砂颗粒数量进行检测，超出质量控制标准的进行警报预警。
[0018]进一步的，步骤(2)中，不同批次间煮糖