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| 分選機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) | 2020-03-09 |
| 摘要：在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中傳統(tǒng)的人工分選手段已不能滿足高速生產(chǎn)線的需求，基于機(jī)器視覺(jué)、自動(dòng)化控制的空瓶分選機(jī)（EBI）快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了對(duì)空瓶的分選。設(shè)計(jì)一套基于CAS自動(dòng)分選機(jī)的空瓶分選機(jī)控制方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空瓶分選的自動(dòng)化控制。 引言 中國(guó)制造業(yè)的高速發(fā)展給工廠自動(dòng)化提出更高的要求。工廠的管理者已深刻地體會(huì)到一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的自動(dòng)分選設(shè)備不僅能帶來(lái)更高的效率，并且能更大限度地降低成本。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，啤酒飲料制造企業(yè)越來(lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，是決定企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)成敗的關(guān)鍵。隨著在線分選技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，可以預(yù)計(jì)，它將在啤酒飲料食品制造業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。中國(guó)的諸多啤酒集團(tuán)公司，隨著生產(chǎn)線速度的提高，質(zhì)量品質(zhì)的提升，也已經(jīng)把分選設(shè)備等分選機(jī)，列為生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備。 目前國(guó)內(nèi)啤酒飲料行業(yè)配備的空瓶分選機(jī)等在線分選設(shè)備很少，而僅有的一些空瓶分選設(shè)備又絕大部分依賴于進(jìn)口。目前進(jìn)口空瓶分選機(jī)的品牌比較少，有德國(guó)的HEUFT、KRONES、MIHO，美國(guó)的飛達(dá)，日本的KTS，德國(guó)品牌壟斷著市場(chǎng)的絕大部分份額。國(guó)外空瓶分選機(jī)的適應(yīng)性差、價(jià)格高昂及維護(hù)費(fèi)用高讓廠家倍感頭痛，迫切需要國(guó)內(nèi)研發(fā)類似設(shè)備來(lái)。 1空瓶分選機(jī)（EBI）的性能和功能需求 1.1性能需求 現(xiàn)國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)線普遍的速度要求為28000瓶/小時(shí)或者36000瓶/小時(shí)，生產(chǎn)速度的提升，需要用直線式的EBI，對(duì)自動(dòng)分選機(jī)提出了新的要求，接收處理信號(hào)的能力要提升；需要借助編碼器對(duì)瓶子進(jìn)行全程的跟蹤定位，所以要求自動(dòng)分選機(jī)讀取編碼器的值必須迅速而且準(zhǔn)確。采用西門子及歐姆龍的PLC進(jìn)行控制時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性比較差，使用梯形圖對(duì)這樣的控制程序編程比較復(fù)雜。面對(duì)這些特殊的控制要求，CAS的優(yōu)勢(shì)凸顯出來(lái)，其可以使用C等高級(jí)語(yǔ)言編程，其中的TPU功能可以解決信號(hào)接收滯后及讀取編碼器不夠及時(shí)的問(wèn)題，另外可輕易地利用PVI通訊借助工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)VB程序的通訊。 1.2功能需求 自動(dòng)分選機(jī)需要將圖像處理器返回的信號(hào)進(jìn)行記錄，做出各種數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)分析，提供給上位機(jī)；對(duì)各個(gè)瓶子進(jìn)行跟蹤定位，對(duì)分選到的不合格品進(jìn)行定位，到達(dá)剔除器位置時(shí)，將不合格瓶子準(zhǔn)確剔除，剔除的瓶子倒瓶率不能高于5%。自動(dòng)分選機(jī)穩(wěn)定可靠，突然掉電再上電后能順利啟動(dòng)。 2空瓶分選機(jī)設(shè)計(jì)方案概述 2.1分選機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)啤酒瓶進(jìn)行的分選，將分選結(jié)果信息送給自動(dòng)分選系統(tǒng)，自動(dòng)分選機(jī)對(duì)接收到的信息進(jìn)行分析匯總，控制單段式或多段式剔除器將不合格的瓶子剔除。分選系統(tǒng)分六大分選模塊：進(jìn)瓶分選模塊、側(cè)壁分選模塊1、瓶口分選模塊、瓶底分選模塊、側(cè)壁分選模塊2、殘留液分選模塊。 （1）各模塊的分選功能 1進(jìn)瓶分選模塊：分選異型瓶或嚴(yán)重破損瓶，防止其進(jìn)入空瓶分選機(jī)系統(tǒng)而對(duì)機(jī)器造成損害。 2側(cè)壁分選模塊1：分選瓶壁是否有污斑或者嚴(yán)重破損。 3瓶口分選模塊：主要分選瓶口是否存在破損或污斑。 4瓶底分選模塊：主要分選瓶底是否存在污斑。 5側(cè)壁分選模塊2：瓶子通過(guò)夾瓶皮帶旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)行第二次側(cè)壁分選，保證了瓶壁分選無(wú)死點(diǎn)。 6殘留液分選模塊：主要分選瓶中是否有殘留的液體存在。 （2）視覺(jué)分選系統(tǒng)的工作原理 通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的LED光源打光，CCD相機(jī)拍照，將拍取的照片信息送到圖像處理器系統(tǒng)，圖像處理器對(duì)照片進(jìn)行處理分析，判定拍取的照片是否合格，并將合格信號(hào)送出給自動(dòng)分選機(jī)。 殘留液分選的工作原理是： 采用高頻發(fā)射器發(fā)出高頻信號(hào)，有殘留液的瓶子經(jīng)過(guò)此分選模塊時(shí)，引起高頻信號(hào)波動(dòng)，通過(guò)判定信號(hào)的波動(dòng)，將判定的不合格瓶子的信息送達(dá)自動(dòng)分選機(jī)。 自動(dòng)分選機(jī)的功能是： 自動(dòng)分選機(jī)跟蹤無(wú)壓力控制鏈道上的瓶子，并收集圖像處理的信息，進(jìn)行匯總分析，將結(jié)果賦予瓶子，當(dāng)瓶子到達(dá)剔除器的時(shí)候?qū)⒉缓细衿诽蕹?。自?dòng)分選機(jī)要求使用性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、功能更強(qiáng)、調(diào)試維護(hù)更方便，的CAS自動(dòng)分選機(jī)因兼具以上優(yōu)點(diǎn)而被作為系統(tǒng)的底層控制單元。 2.2EBI的分選與控制 （1）光電分選的位置分布 （2）控制的思路 瓶子在鏈道上運(yùn)行首先觸發(fā)前側(cè)壁光電，用一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組A記錄其當(dāng)前的編碼器的值，和前壁分選的好壞信息。瓶口光電觸發(fā)記錄當(dāng)前的編碼器的值，然后將當(dāng)前的編碼器的值減去瓶口光電到前壁光電之間的脈沖距離REMOVE1，然后在一個(gè)容差范圍△內(nèi)（即REMOVE1±△范圍內(nèi)）查找前側(cè)壁結(jié)構(gòu)體數(shù)組里編碼器的值，找到此瓶的記錄前側(cè)壁分選的好壞信息，拷貝到瓶口的結(jié)構(gòu)體數(shù)組中，并記錄下瓶口分選的好壞信息。如果在前側(cè)壁結(jié)構(gòu)體數(shù)組中找不到此瓶則認(rèn)為此瓶是多出的瓶子，可能是滑動(dòng)過(guò)大或者是人為插入的瓶子，將此瓶記錄為不合格瓶。同理瓶底光電觸發(fā)去查瓶口的結(jié)構(gòu)體數(shù)組，后壁光電觸發(fā)去查瓶底的結(jié)構(gòu)體數(shù)組，剔除光電觸發(fā)則去查后壁結(jié)構(gòu)體數(shù)組。到了剔除光電的結(jié)構(gòu)體數(shù)組則匯集了當(dāng)前光電觸發(fā)編碼器值及前壁、瓶口、瓶底、后壁分選的所有信息。通過(guò)監(jiān)控當(dāng)前的編碼器值和剔除結(jié)構(gòu)體數(shù)組的信息來(lái)決定是否讓剔除器動(dòng)作來(lái)將瓶子剔除。 該控制思路的優(yōu)點(diǎn)是： 1）用每個(gè)光電觸發(fā)的時(shí)刻來(lái)校正上個(gè)光電觸發(fā)到這個(gè)光電觸發(fā)距離內(nèi)瓶子在鏈道上的滑動(dòng)，使其定位更加準(zhǔn)確； 2）所有模塊的分選都是獨(dú)立的，便于分開(kāi)各個(gè)模塊獨(dú)立運(yùn)行?？梢躁P(guān)閉任意一個(gè)功能塊而不影響其他模塊的分選； 3）解決了瓶子在分選過(guò)程中由于多瓶或少瓶而引起的信號(hào)錯(cuò)亂的問(wèn)題。 2.3系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)的進(jìn)展 隨著技術(shù)的發(fā)展，啤酒企業(yè)生產(chǎn)線速度在不斷的提高，由原來(lái)的18000瓶/小時(shí)提升到28000瓶/小時(shí)、36000瓶/小時(shí)、42000瓶/小時(shí)。像美國(guó)飛達(dá)等旋轉(zhuǎn)式的EBI已無(wú)法達(dá)到速度要求，直線式的EBI應(yīng)運(yùn)而生。 3系統(tǒng)構(gòu)成及其特點(diǎn) 3.1硬件系統(tǒng)構(gòu)成 選用CAS系統(tǒng)中的一款CPU（CP476），它具備TPU（時(shí)間處理器），并有輸入識(shí)別/輸入邊沿觸發(fā)計(jì)數(shù)器、輸出比較器、脈寬調(diào)制等功能。只需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的配置，就可以在程序中調(diào)用其功能塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼器的準(zhǔn)確跟蹤，迅速對(duì)光電觸發(fā)發(fā)出的信號(hào)做出響應(yīng)。 CAS自動(dòng)分選機(jī)與上位機(jī)的通訊程序編寫比較簡(jiǎn)單，并且只有當(dāng)自動(dòng)分選機(jī)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)發(fā)生變化的時(shí)候才更新并產(chǎn)生通訊操作，對(duì)上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，盡量地節(jié)省了上位機(jī)的CPU資源，利于進(jìn)行圖像處理信息的操作。 | |
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