韓偉中

（深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)管理部，廣東深圳518220）

ZL26纖維濾棒成型機(jī)組中線膠檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

韓偉中

（深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)管理部，廣東深圳518220）

針對ZL26型纖維濾棒成型機(jī)組中線膠斷流、寬度超標(biāo)等質(zhì)量問題，采用機(jī)器視覺技術(shù)設(shè)計(jì)了中線膠檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在盤紙尾引輥附近安裝視覺鏡頭和光源，當(dāng)檢測到盤紙上中線膠斷流、寬度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警、停機(jī)并自動(dòng)保存不良數(shù)據(jù)和圖像，利用原機(jī)自帶SIEMENS觸摸屏嵌入中線膠檢測的設(shè)置、圖像顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。

中線膠檢測；機(jī)器視覺；嵌入式C程序設(shè)計(jì)

1 存在的問題

ZL26型纖維濾棒成型機(jī)組是目前在國內(nèi)煙草生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用廣泛的一種機(jī)型，濾棒生產(chǎn)速度為600 m/min。在實(shí)際應(yīng)用中，該機(jī)組由于盤紙速度快、膠水結(jié)團(tuán)、中線膠涂膠器堵塞會造成中線膠斷流、寬度超標(biāo)等質(zhì)量問題，ZL26型纖維濾棒成型機(jī)組原設(shè)計(jì)中沒有對中線膠檢測部分，若出現(xiàn)中線膠斷流做成的濾棒流入到卷煙接裝段或成品中，勢必影響卷煙接裝段的加工和卷煙品牌形象。為保證棒芯和濾棒紙之間的粘合，便于卷煙接裝加工和吸煙者抽吸卷煙時(shí)，防止濾芯脫落，需要確保濾棒中線膠的質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中，通常的解決辦法是要求操作員工定時(shí)抽取成品濾棒并撕開查看。這種方法比較落后，濾棒成型機(jī)的生產(chǎn)速度非常快，平均每秒就能生產(chǎn)10 m濾棒，一旦發(fā)現(xiàn)中線膠已有斷流現(xiàn)象，設(shè)備已生產(chǎn)大量的濾棒，不但增加回收難度，還極大地影響生產(chǎn)進(jìn)度和浪費(fèi)原材料。

要檢測中線膠是否斷流，中線膠的寬度是否超標(biāo)，利用光電檢測技術(shù)很難檢測中線膠多項(xiàng)指標(biāo)。為此，利用視覺檢測技術(shù)設(shè)計(jì)了中線膠檢測系統(tǒng)，以解決ZL26型纖維濾棒成型機(jī)組中線膠斷流、寬度超標(biāo)等問題，提高濾棒成型質(zhì)量。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 硬件構(gòu)成

中線膠檢測系統(tǒng)硬件主要由CCD檢測器、PLC、工控機(jī)和VGA采集卡組成。CCD檢測器負(fù)責(zé)檢測中線膠是否斷流和寬度是否超標(biāo)，當(dāng)檢測到中線膠有以上問題時(shí)，將信號傳送給PLC，把不良圖像傳送給工控機(jī)；VGA采集卡把檢測器的實(shí)時(shí)影像顯示到原機(jī)觸摸屏上，從而對涂膠效果進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖1所示。

圖1 中線膠檢測系統(tǒng)

1）檢測器。圖2的CCD檢測器采用的是日本基恩士公司CV-5000智能相機(jī)系統(tǒng)，通過圖像灰度值處理，膠水帶和濾棒盤紙有明顯的區(qū)別，不但圖像穩(wěn)定，且易于分析計(jì)算。

光源與CCD相機(jī)鏡頭安裝在涂膠出口處附近。相機(jī)每15 ms拍一張照片作為檢測。檢測結(jié)果發(fā)送到PLC，如果檢測結(jié)果為不良，則把不良的圖片發(fā)送給工控機(jī)保存。

相機(jī)取像后，將在相片中尋找中線膠，并計(jì)算它的寬度和角度，如果有斷膠情況，則尋找失敗。同時(shí)還計(jì)算出濾棒紙帶邊緣的位置和角度，從而算出中線膠帶相對濾棒紙帶邊緣的位置。

圖2 CCD檢測

圖3

圖4 檢測器安裝示意圖

圖5 檢測器與工控機(jī)的IP地址設(shè)定

檢測器一旦檢測出不良，通過以太網(wǎng)把不良圖片發(fā)送到工控機(jī)。檢測器與工控機(jī)的IP地址設(shè)定如圖5所示。

2）PLC。PLC采用的是基恩士公司的KV-5000控制器。PLC主要負(fù)責(zé)控制CCD檢測器，接收CCD檢測器的測量結(jié)果并存儲，再以恰當(dāng)?shù)姆绞桨褭z測信息發(fā)送到工控機(jī)，由于檢測器的檢測頻率較高，故選擇該響應(yīng)速度快的PLC作為檢測器結(jié)果接收端。PLC與工控機(jī)的通訊采用以太網(wǎng)方式，其IP地址和工控機(jī)對應(yīng)網(wǎng)口的IP地址設(shè)定如圖6所示。

圖6 PLC及工控機(jī)IP設(shè)定

檢測器的運(yùn)行信號、檢測信號和不良結(jié)果信號連接到PLC的輸入端。結(jié)合運(yùn)行信號，可以統(tǒng)計(jì)檢測數(shù)量和不良數(shù)量。而不良結(jié)果中又分為中線膠斷流、中線膠寬度超標(biāo)和中線膠位置超標(biāo)3種類型，更多有關(guān)檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)（如區(qū)別眾多種類的不良結(jié)果），是通過RS232串口通信方式從檢測器傳送到PLC。在PLC程序中，當(dāng)運(yùn)行信號開啟時(shí)開始統(tǒng)計(jì)，每當(dāng)檢測信號為ON時(shí)，就代表檢測一次，檢測數(shù)量就會累加。而當(dāng)不良結(jié)果信號為ON時(shí)，再從RS232串口數(shù)據(jù)中區(qū)別是哪一種不良結(jié)果，然后對應(yīng)的不良統(tǒng)計(jì)數(shù)量累加。

PLC發(fā)送到工控機(jī)的數(shù)據(jù)中有4類，分別為：測量數(shù)量、中線膠斷膠數(shù)量、中線膠位置超標(biāo)數(shù)量和中線膠寬度超標(biāo)數(shù)量。為區(qū)別這4類數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)的數(shù)據(jù)中，頭字節(jié)為1的是測量數(shù)量數(shù)據(jù)，2為中線膠斷膠數(shù)量數(shù)據(jù)，3為中線膠位置超標(biāo)數(shù)量數(shù)據(jù)，4為中線膠寬度超標(biāo)數(shù)量數(shù)據(jù)。并不是每次測量PLC都會把數(shù)據(jù)發(fā)送給工控機(jī)，因?yàn)闇y量的頻率很高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要求工控機(jī)有故障時(shí)也不會影響檢測的運(yùn)行。故PLC設(shè)計(jì)成每隔10 s才發(fā)送數(shù)據(jù)到工控機(jī)上。也就是每隔10 s，會發(fā)4條信息給工控機(jī)。每條信息中都分別含有該10 s內(nèi)所發(fā)生的數(shù)量總數(shù)。

3）工控機(jī)。工控機(jī)用的是研華UNO系列工控機(jī)。工控機(jī)負(fù)責(zé)顯示檢測器的實(shí)時(shí)影像，保存檢測器的NG圖片，保存檢測器的測量結(jié)果及監(jiān)控PLC。

4）VGA采集卡。VGA采集卡用的是圓鋼C199采集卡。檢測器的實(shí)時(shí)影像輸出端只有VGA端口，為了在軟件界面上顯示實(shí)時(shí)影像。我們采用PCI插槽的VGA采集卡。通過采集卡的SDK動(dòng)態(tài)庫，把實(shí)時(shí)影像采集到軟件界面上。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件主需求為：1）利用原機(jī)觸摸屏在線實(shí)時(shí)監(jiān)控中線膠檢測狀況；2）統(tǒng)計(jì)檢測次數(shù)和不良次數(shù)；3）保存不良圖片并方便瀏覽。

基于軟件的需求，系統(tǒng)采用微軟的C#作為開發(fā)平臺，組態(tài)控件作為開發(fā)工具，用微軟的數(shù)據(jù)庫軟件SQL2005來存儲相關(guān)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)軟件主要分成三大部分：第一部分為通過以太網(wǎng)與PLC的通訊來監(jiān)控PLC；第二部分為通過以太網(wǎng)與檢測器的通訊來獲取不良圖片數(shù)據(jù)；第三部分為數(shù)據(jù)庫的操作。

1）組態(tài)控件的應(yīng)用。為了方便工控機(jī)與PLC和視覺系統(tǒng)的通訊，我們設(shè)計(jì)了專用的組態(tài)控件。該控件能無縫結(jié)合微軟強(qiáng)大的C#開發(fā)平臺。圖7為安裝了組態(tài)控件后C#平臺界面圖。

圖7 開發(fā)平臺主界面

為了與PLC通信，需要添加設(shè)備（PLC），在組態(tài)控件欄中，添加“IO_Servers”控件，并在該控件的“屬性”窗口中單擊“設(shè)備編輯”項(xiàng)，將彈出一個(gè)設(shè)備添加窗口。通過該方式，添加基恩士KV系列PLC作為設(shè)備，通信方式為以太網(wǎng)，如圖8所示。

設(shè)備添加完以后，還需添加需要監(jiān)控的設(shè)備變量。在“IO_Servers”控件的“屬性”窗口中單擊“變量編輯”項(xiàng)，將彈出一個(gè)“變量編輯”窗口，在該窗口中依次添加需要監(jiān)控設(shè)備（PLC）的變量。如圖9所示。

圖8 添加設(shè)備（PLC）窗口

圖9 變量編輯窗口

有了組態(tài)控件，鏈接PLC并監(jiān)控 PLC變得容易，且縮短了項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。

2）不良圖片數(shù)據(jù)存儲。由于圖片數(shù)據(jù)量大，PLC不方便存儲，故檢測器檢測的不良結(jié)果圖片數(shù)據(jù)將直接發(fā)送給工控機(jī)存儲?？紤]到檢測器的檢測頻率非常高，一旦出現(xiàn)許多檢測不良，將會產(chǎn)生大量不良圖片需要傳輸。故選擇以太網(wǎng)的傳輸方式，檢測器直接通過以太網(wǎng)跟工控機(jī)連接。

3）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)用。從硬件的角度來看，PLC和檢測器比工控機(jī)的穩(wěn)定性要好。所以系統(tǒng)要求一旦工控機(jī)出現(xiàn)短暫故障，檢測系統(tǒng)不應(yīng)受到影響。但在工控機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)間段，檢測的數(shù)據(jù)怎么辦？為了解決這個(gè)問題，先把檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)存放到PLC存儲器里。PLC內(nèi)有一程序段，該程序段每隔10 s掃描確認(rèn)工控機(jī)是否正常，如果正常，將把最近的存儲數(shù)據(jù)依次發(fā)送到工控機(jī)。流程如圖10所示。工控機(jī)收到數(shù)據(jù)后，將把數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫中。

圖10 流程圖

2.3 軟件系統(tǒng)效果圖

1）主畫面。如圖11，原機(jī)觸摸屏中間部分為檢測器的實(shí)時(shí)影像區(qū)域，利用VGA采集卡的動(dòng)態(tài)鏈接庫，把檢測器的實(shí)時(shí)影像數(shù)據(jù)顯示在窗口里。右邊“統(tǒng)計(jì)”和“狀態(tài)”欄是設(shè)備（PLC）的變量值，使用組態(tài)控件建立與設(shè)備（PLC）的鏈接并創(chuàng)建設(shè)備（PLC）變量，即可方便監(jiān)控設(shè)備（PLC）。最下方為功能按鈕鍵，可切換到其他窗口畫面。

2）不良圖片歷史查看。如圖2，根據(jù)所選的時(shí)間段，右邊列表將從數(shù)據(jù)庫中讀取該時(shí)間段內(nèi)所有檢測到的不良圖片的名稱并羅列出來，圖片名稱根據(jù)檢測的時(shí)間點(diǎn)來命名。在列表中選中一項(xiàng)，左邊將顯示對應(yīng)的不良圖片。不良圖片的歷史瀏覽，有助于對涂膠狀況的分析與改善。

圖11 主界面

3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)柱狀圖表。如圖12所示，根據(jù)所選的時(shí)間段，從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，并以圖表柱狀圖的方式分別顯示檢測總數(shù)及中線膠斷流總數(shù)，寬度超標(biāo)總數(shù)和位置超標(biāo)總數(shù)。

圖12 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)柱狀圖表

4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線圖表。如圖13所示，根據(jù)所選的時(shí)間段，從數(shù)據(jù)中讀取數(shù)據(jù)，并按每小時(shí)或每天的統(tǒng)計(jì)繪制成檢測數(shù)量，中線膠斷流數(shù)量，中線膠寬度超標(biāo)數(shù)量和中線膠位置超標(biāo)數(shù)量曲線圖。

5）報(bào)警記錄查詢。如圖14所示，每一次系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，都會把報(bào)錯(cuò)信息保存到數(shù)據(jù)庫中，圖中列表按最近發(fā)生時(shí)間排列顯示故障發(fā)生時(shí)間點(diǎn)及恢復(fù)時(shí)間點(diǎn)。

圖13 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線圖表

圖14 報(bào)警記錄查詢

3 結(jié) 語

ZL26型纖維濾棒成型機(jī)組安裝中線膠檢測系統(tǒng)后，已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，未產(chǎn)生系統(tǒng)沖突，生產(chǎn)中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)中線膠斷膠、中線膠位置和寬度超標(biāo)的缺陷，并進(jìn)行報(bào)警和停機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，維護(hù)方便，較好地解決了ZL26中線膠斷膠、位置和寬度超標(biāo)問題，有效地提高了濾棒質(zhì)量。

［1］ 杜勁松，蔣華英.基于DSP的煙支重量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（9-1）：76-77，118.

［2］ 劉天貽.基于Windows平臺的煙支平均重量控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2006.

［3］ 崔佩佩，何強(qiáng)，韓壯志，等.用LabVIEW FPGA模塊實(shí)現(xiàn)不同時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（17）：149-152.

［4］ 劉學(xué)海，韓東，王斌，等.基于IPC-PLC的PASSIM卷煙機(jī)組電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煙草科技，2010（11）：25-28.

［5］ 周密，李彥.基于Windows/RTX煙支實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)研究［J］.技術(shù)機(jī)集成制造系統(tǒng)，2008，14（12）：2393-2400.

（編輯立 明）

Inspection System Design of Mid-line PVAc Glue in ZL26 Fiber Filter Rod Making Unit

HAN Weizhong
（Shenzhen Tobacco Industry Co.,Ltd.PM Dept.Shenzhen,Guangdong,China）

Fragmentary shape and width defaults of mid-line PVAc glue occasionally occurs in production of ZL26 fiber filter rod making unit.Machine vision technology is used to inspect the defects,an embedded C program is designed to communicate settings,images,reports with the SIEMENS S7 PLC system of ZL26 fiber filter rod making unit.When the defects are inspected,the combination will alarm and stop.

inspection system of mid-line PVAc glue;machine vision;embedded C program design

TS 43

A

1002－2333（2014）05－0194－04

韓偉中（1961—），工程師，從事卷煙設(shè)備管理及維護(hù)工作。

2014-02-21