一种烟叶原料质量在线监视装置及其监视方法与流程

本专利涉及一种监视装置，具体说是一种烟叶原料质量在线监视装置。

背景技术：

目前，国内烟草制丝加工原料投料环节中，缺乏有效可行的烟叶原料质量在线监视装置及烟叶质量稳定性评价方法。在实际生产过程中，各卷烟生产企业对烟叶原料质量的关注仅局限于霉变、含杂等表观质量异常，而对于烟叶内在质量波动或异常缺少跟踪监测，有时是通过事后批次性的卷烟感官质量评价，向前追溯评判烟叶品质的，缺乏预控性、即时性。

随着计算机与影像技术的迅速发展，利用机器代替人眼和大脑来做检测和判断的视觉技术也受到了烟草工业的广泛关注。批次烟叶原料投料时，不同等级烟叶颜色呈现明显差异，相同等级烟叶色泽也可能会因产地、年份差异出现波动。基于烟叶质量与颜色相关性原理，可利用影像技术对每箱烟叶进行图像采集，结合，对图像信息进行分析处理，可以了解烟叶质量状况。该技术能进行实时监测烟叶实物质量，为质检部门提供产品质量的统计信息，并能指导生产，给卷烟加工企业烟叶原料质量控制管理带来了帮助，市场前景广阔。

另一方面，制丝线切片前开包段无静态称重计量设备，来料直接通过辊道输送机输送到开包机，开包后又通过带式输送机输送到切片机。投料量无法精准统计。

技术实现要素：

本发明要解决的问题要解决的技术问题是提供一种烟叶原料质量监控及称重计量系统，系统采用先进的图像采集、识别及数据分析处理技术，提供一套包括烟叶质量实时检测、烟叶图片存档及检索、质量异常提示、质量缺陷信息统计等功能的解决方案，填补国内在卷烟制丝环节原料投料质量监控分析技术的空白。

本发明采用的技术方案是：一种烟叶原料质量在线监视装置，包括扫码枪、输送带、取箱机械手、监视相机、光源、控制系统；所述扫码枪可将烟箱上的条码进行扫描，录入条码中烟叶代码、年份信息；所述监视相机有多台，分别为一号相机、二号相机、三号相机，均为工业面阵相机，其中一号相机、三号相机两台固定安装在片烟输送带两侧，二号相机安装在输送带正上方；光源为共套，分别安装在一号相机、二号相机、三号相机上，可为各自对应的监视相机提供均匀稳定、同等亮度的光照；所述控制系统由图像处理控制单元、工控机、电气控制组件构成，其中图像控制单元可关联所拍摄烟叶图片对应的代码、年份信息，并将烟叶图片进行压缩以适宜存储。

进一步的，所述光源为led光源，光源分布在镜头的周围。

进一步的，所述工控机可存储每箱烟叶上、左、右三个表面图片，形成批次烟叶图片档案，建立所有烟叶原料图片数据库；工控机通过对烟叶图像信息进行分析处理，识别霉变烟叶、烟叶含杂质情况，并具有警示提醒功能。

进一步的，还包括称重系统，通过静态电子秤称重得到每箱烟包的净重。

述的烟叶原料质量在线监视装置的监视方法为：带条码的箱装烟叶在辊道输送，经过扫码枪位置时，扫码枪扫描烟包纸箱上的条码，获取烟叶数据信息，同时登记并录入该包烟叶在生产线上的位置；烟包进入开箱解包工序，取箱机械手去除包装纸箱，片烟在输送带上运送，plc实时跟踪、记录片烟在生产线上的动态位置；片烟到达采像单元处，采像单元里面的响应位置安装有检测相机，检测光源和对射光；当烟包右行到达检测位置时会遮挡住对射光，此时控制部分获得对射光的触发信号，3台监视相机分别对每箱烟叶上、左、右三个表面进行拍照，拍摄实物面积不小于600mm×600mm，相机采集烟包图像并送往控制部分进行处理，由专用的图像采集卡将图像数据传送。

本发明的有益效果和特点是：该装置可以及时发现和了解生产过程箱装烟叶质量异常及进行称重计量，实现烟叶质量监视及可追溯功能，为产品原料质量稳定性、符合性评价提供基础数据，形成一套烟叶质量状况监视及评价方法。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例的整体结构示意图；

图2是发明较佳实施例称重系统的原理结构图；

图3是发明较佳实施例的网络结构现场总线通讯；

图4是发明较佳实施例的监视相机结构图；

图中标号分别表示1、扫码枪；2、条形码；3、纸箱；4、片烟；5-一号相机、6-二号相机、7、三号相机；8、输送带；9、取箱机械手。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，一种烟叶原料质量在线监视装置，包括扫码枪1、输送带8、取箱机械手9、监视相机、光源10、控制系统；所述扫码枪1可将烟箱上的条码进行扫描，录入条码中烟叶代码、年份信息；所述监视相机有多台，分别为一号相机5、二号相机6、三号相机7，均为工业面阵相机，其中一号相机5、三号相机7两台固定安装在片烟输送带8两侧，二号相机6安装在输送带8正上方；光源为共3套，分别安装在一号相机5、二号相机6、三号相机7上，光源分布在镜头的周围(如图4)，可为各自对应的监视相机提供均匀稳定、同等亮度的光照；所述控制系统由图像处理控制单元、工控机、电气控制组件构成，其中图像控制单元可关联所拍摄烟叶图片对应的代码、年份信息，并将烟叶图片进行压缩以适宜存储。

所述工控机可存储每箱烟叶上、左、右三个表面图片，形成批次烟叶图片档案，建立所有烟叶原料图片数据库；工控机通过对烟叶图像信息进行分析处理，识别霉变烟叶、烟叶含杂质情况，并具有警示提醒功能。

请参考图2，烟叶原料质量在线监视装置还包括称重系统，通过静态电子秤称重得到每箱烟包的净重，出现不合理重量，也会发出报警信号。

所述的烟叶原料质量在线监视装置的监视方法，其特征在于：带条码的箱装烟叶在辊道输送，经过扫码枪1位置时，扫码枪1扫描烟包纸箱上的条码，获取烟叶数据信息，同时登记并录入该包烟叶在生产线上的位置；烟包进入开箱解包工序，取箱机械手9去除包装纸箱，片烟在输送带8上运送，plc实时跟踪、记录片烟4在生产线上的动态位置；片烟4到达采像单元处，采像单元里面的响应位置安装有检测相机，检测光源和对射光；当烟包右行到达检测位置时会遮挡住对射光，此时控制部分获得对射光的触发信号，3台监视相机分别对每箱烟叶上、左、右三个表面进行拍照，拍摄实物面积不小于600mm×600mm，相机采集烟包图像并送往控制部分进行处理，由专用的图像采集卡将图像数据传送。

实施例：如图1、图3所示，本实施例提供一种烟叶原料质量在线监视装置。带条码的箱装烟叶在辊道输送，经过扫码枪位置时，扫码枪扫描烟包纸箱上的条码，获取烟叶数据信息，同时由指定plc登记并录入该包烟叶在生产线上的位置。

烟包进入开箱解包工序，去除包装纸箱，片烟在输送带上运送，plc实时跟踪、记录片烟在生产线上的动态位置。

片烟到达采像单元处，采像单元里面的响应位置安装有检测相机，检测光源和对射光纤。当烟包右行到达检测位置时会遮挡住对射光纤，此时控制部分获得对射光纤的触发信号，3台监视相机分别对每箱烟叶上、左、右三个表面进行拍照，拍摄实物面积不小于600mm×600mm。

相机采集烟包图像并送往控制部分进行处理，由专用的图像采集卡将图像数据传送到计算机系统，进行压缩、存储，建立烟叶图片数据库，并能检索每批次各等级烟叶图片。计算机内置的检测软件可对每张图片进行预处理、分割、匹配等运算，与标准模板图像灰度值进行比较，如果发现烟叶图片灰度值超过设定的偏差范围或者有异物(塑料袋、麻绳、羽毛、纸片等)，则报警提示，并统计显示缺陷数据信息，输出缺陷结果，从而达到控制产品质量的目的。

1.称重系统结构特点

scs系列电子地上衡由地上衡秤台和称重仪表及仪表支架组成。该电子地上衡准确度高，计量迅速，工作稳定可靠，维护保养方便。

2.称重系统基本功能

·重量显示功能；

·历史故障记录查询功能；

·掉电数据保护功能；

·仪表带profibus-dp通讯接口；

3.称重系统主要选型

主要器件选型原则：坚持选用具有良好稳定性的元器件、设备中同功能的元器件具备互换性、厂家统一，以实现最大限度减少器件的种类与规格型号；

·称重传感器选用托利多产品；

·称重显示仪表选用托利多产品；

·传感器接线盒(放大板)选用托利多产品；

·软管、接头：文依产品，颜色为黑色；

4.新增本地控制系统

4.1控制设备范围：

本项目主要是设计一套烟叶原料投料重量计量系统，包含条码阅读器、两台静态电子秤。首先对解包前的烟包扫码识别，赋予每箱烟叶身份(id)，后通过静态电子秤称重，实现制丝原料投料重量的精准计量，并完成条码阅读器、静态电子秤与控制柜之间的网络通讯。

4.2具体内容：

(1)设计一个控制柜作为静态电子秤主控单元。控制柜采用siemens公司s7300系列主控器cpu317-2dp,静态电子秤主控单元设置为烟片预处理工艺柜的一个profibus从站，静态电子秤主控单元与工艺柜之间通过dp总线进行网络通讯，完成网络和系统集成方面的工作，与质量追溯中控系统无缝对接。控制柜内设置足够数量的联通型电源端子及信号端子，控制及信号线经端子转接入模块，柜内/门内侧采用线缆槽方式布线，布局美观，接线方便。模块地址的编号标识清晰，完整。

(2)编制plc控制程序，完成对新增设备的合理控制以及与前后设备之间的连锁控制关系。

(3)完成现场操作站画面、完善中控室监控画面，实现对新增设备的监控。

4.3相关技术要求

1)供电要求：380vac±38vac，50hz±1hz，三相五线制；

2)按钮、指示灯电压等级24vdc；

3)检测器件电压等级24vdc，pnp型输出；

4)电磁阀类电压等级24vdc；

5)plc电源板供电220vac,plc输入/输出24vdc；

6)小于5.5kw普通电机的驱动控制采用et200s系列的标准电机起动器；

7)控制系统内部采用profibus_dp网络的通讯电缆；

8)新增辊道输送机的控制纳入原工艺段控制，电机的控制方式与原保持一致。

9)静态电子秤有独立的控制仪表及相应控制系统，具有自动去皮、校正、报警、记录、查阅、纠偏、切换、记忆、保护功能，秤准确度等级为ⅲ级，控制精度为0.5％，最大量程为1000kg。

10)主控器可准确采集并存贮每等级、每批次投料量，并把该数据通过网络传给中控系统，生产管理系统可进行存贮、统计分析、比对，实现制丝原料投料重量的精准计量。

4.4器件选型

1)控制柜内数字量输入/输出模块，选用16点，24vdc,光隔离型。

2)电机起动器选用西门子(siemens)et200s系列标准电机起动器。

3)断路器、接触器选用siemens公司产品。

4)中间继电器选用phoenix公司产品。

5)按钮、指示灯选用eaton公司m22系列产品。

6)稳压电源采用phoenix公司产品；

7)接线端子选用南京凤凰公司产品。

8)控制柜选用威图公司产品，颜色ral7035。

9)软管和接头选用上海纹依，电缆锁紧套选用hsk-系列产品，颜色与原保持一致。

10)柜内动力、控制、信号电线、电缆采用国内优质产品，通讯电缆采用西门子产品。

4.5系统集成：

1)网络结构

如图3，静态秤、条码阅读器与主控器通过profibus-dp现场总线通讯

2)系统集成说明：

·主控器为cpu317-2dp，作为烟片预处理工艺柜的一个profibus从站。

·静态秤带profibus-dp接口。

·条码阅读器配连接盒带profibus-dp接口。

4.6集中监控系统

现场操作站及中控室监控画面，配合完成新增控制柜与中控的的数据通讯和现场操作站及中控室的画面监控。

具备以下功能：

·状态显示：显示所控设备的运行、停机、故障等信息；

·报警显示：当设备发生故障时，监控系统能迅速定位故障点，可显示当前故障的发生时间、持续时间、发生位置、故障内容等；操作人员通过故障报警内容可快速查找故障和排除故障。

·网络状态及诊断：静态秤、条码阅读器通过网络接入系统网络中，网络节点的诊断功能和风格将与原系统保持一致。

4.7生产管理系统

静态电子秤主控单元对每等级、每批次投料量进行精确计量，通过生产管理系统进行重量数据的存贮、统计分析、比对，实现制丝原料投料重量的精准计量。

4.8电路图及plc程序

·新增设备电路图按照原系统图纸规范进行设计绘制，分控制原理图、外连图。图纸与实际接线保证一致。

·电路图所标识器件编号、设备编号沿用新增设备的编号。

·新增程序结构采用主程序调用子程序的结构，程序间调用层次不超过三层。逻辑顺序控制尽量不采用功能块，主要以梯形图形式进行编程。对复杂功能不能采用梯形图的才可用功能块及采用语句表形式编程。程序具有详细的块注释、段注释、符号文件等，除在一个梯段内不多次使用的中间变量外，都需有注释，所有注释尽量采用中文或汉语拼音。

4.9安装要求

电缆敷设安装过程中，不允许出现中间头，不允许采用机械力进行拖放。桥架要做到贴紧电控柜、控制箱、设备接线盒的侧面或底面，之间不再用软管连接，采用缩紧套缩紧电缆；桥架与电机、检测及执行器件尽量靠近，其间距离不能超过1米，其间采用软管连接；桥架的折弯处要有圆弧度，并免敷设电缆过程中可能的电缆挂破现象；动力电缆和控制电缆分开敷设不同的桥架；若不能分开，桥架中间加装隔板，380vac和220vac电缆走动力桥架，总线电缆、信号电缆以及控制电缆走控制桥架。

1)安装工艺

·桥架布置走向与设备协调、美观一致，接头不得有毛刺，保证安装牢固、可靠。桥架材料为冷轧板，表面喷塑，颜色与周围桥架保持协调一致。

·电缆敷设时，水平部分尽可能自然拉直，转弯部分要有相适应的转弯半径和平滑接口，以免过分折弯造成电缆损伤，敷设只能用人力进行，禁止采用机械力，以免造成电缆损伤。

·现场局部新增改动的元件布线，桥架与电机、检测及执行器件的长度原则上≤1.0米，其余部分采用适合的桥架或方管走线。新敷电缆及新装现场元器件配置牢固的与电路图一致的电缆标号及器件编号。

·各端子接线须压接线鼻子(单芯电缆除外)，配置线号标识，线号标识与电路图一致，接线应牢固。

该方法可以及时发现和了解生产过程箱装烟叶质量异常，实现烟叶质量监视及可追溯功能，为产品原料质量稳定性、符合性评价提供基础数据，形成一套烟叶质量状况监视及评价方法。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。