| 分選機的設計與實現 | 2020-03-09 |
| 摘要：在啤酒生產過程中傳統的人工分選手段已不能滿足高速生產線的需求，基于機器視覺、自動化控制的空瓶分選機（EBI）快速、準確地實現了對空瓶的分選。設計一套基于CAS自動分選機的空瓶分選機控制方案，實現了對空瓶分選的自動化控制。 引言 中國制造業的高速發展給工廠自動化提出更高的要求。工廠的管理者已深刻地體會到一些關鍵環節的自動分選設備不僅能帶來更高的效率，并且能更大限度地降低成本。隨著市場競爭的加劇，啤酒飲料制造企業越來越清楚地認識到，產品質量的好壞，是決定企業生產和經營成敗的關鍵。隨著在線分選技術自身的成熟和發展，可以預計，它將在啤酒飲料食品制造業中得到越來越廣泛的應用。中國的諸多啤酒集團公司，隨著生產線速度的提高，質量品質的提升，也已經把分選設備等分選機，列為生產關鍵設備。 目前國內啤酒飲料行業配備的空瓶分選機等在線分選設備很少，而僅有的一些空瓶分選設備又絕大部分依賴于進口。目前進口空瓶分選機的品牌比較少，有德國的HEUFT、KRONES、MIHO，美國的飛達，日本的KTS，德國品牌壟斷著市場的絕大部分份額。國外空瓶分選機的適應性差、價格高昂及維護費用高讓廠家倍感頭痛，迫切需要國內研發類似設備來。 1空瓶分選機（EBI）的性能和功能需求 1.1性能需求 現國內啤酒生產線普遍的速度要求為28000瓶/小時或者36000瓶/小時，生產速度的提升，需要用直線式的EBI，對自動分選機提出了新的要求，接收處理信號的能力要提升；需要借助編碼器對瓶子進行全程的跟蹤定位，所以要求自動分選機讀取編碼器的值必須迅速而且準確。采用西門子及歐姆龍的PLC進行控制時發現，實時性比較差，使用梯形圖對這樣的控制程序編程比較復雜。面對這些特殊的控制要求，CAS的優勢凸顯出來，其可以使用C等高級語言編程，其中的TPU功能可以解決信號接收滯后及讀取編碼器不夠及時的問題，另外可輕易地利用PVI通訊借助工業以太網實現與上位機VB程序的通訊。 1.2功能需求 自動分選機需要將圖像處理器返回的信號進行記錄，做出各種數據信息的統計分析，提供給上位機；對各個瓶子進行跟蹤定位，對分選到的不合格品進行定位，到達剔除器位置時，將不合格瓶子準確剔除，剔除的瓶子倒瓶率不能高于5%。自動分選機穩定可靠，突然掉電再上電后能順利啟動。 2空瓶分選機設計方案概述 2.1分選機實現對啤酒瓶進行的分選，將分選結果信息送給自動分選系統，自動分選機對接收到的信息進行分析匯總，控制單段式或多段式剔除器將不合格的瓶子剔除。分選系統分六大分選模塊：進瓶分選模塊、側壁分選模塊1、瓶口分選模塊、瓶底分選模塊、側壁分選模塊2、殘留液分選模塊。 （1）各模塊的分選功能 1進瓶分選模塊：分選異型瓶或嚴重破損瓶，防止其進入空瓶分選機系統而對機器造成損害。 2側壁分選模塊1：分選瓶壁是否有污斑或者嚴重破損。 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側壁分選模塊2：瓶子通過夾瓶皮帶旋轉90度，進行第二次側壁分選，保證了瓶壁分選無死點。 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）視覺分選系統的工作原理 通過特殊設計的LED光源打光，CCD相機拍照，將拍取的照片信息送到圖像處理器系統，圖像處理器對照片進行處理分析，判定拍取的照片是否合格，并將合格信號送出給自動分選機。 殘留液分選的工作原理是： 采用高頻發射器發出高頻信號，有殘留液的瓶子經過此分選模塊時，引起高頻信號波動，通過判定信號的波動，將判定的不合格瓶子的信息送達自動分選機。 自動分選機的功能是： 自動分選機跟蹤無壓力控制鏈道上的瓶子，并收集圖像處理的信息，進行匯總分析，將結果賦予瓶子，當瓶子到達剔除器的時候將不合格品剔除。自動分選機要求使用性能穩定、結構緊湊、工作可靠、功能更強、調試維護更方便，的CAS自動分選機因兼具以上優點而被作為系統的底層控制單元。 2.2EBI的分選與控制 （1）光電分選的位置分布 （2）控制的思路 瓶子在鏈道上運行首先觸發前側壁光電，用一個結構體數組A記錄其當前的編碼器的值，和前壁分選的好壞信息。瓶口光電觸發記錄當前的編碼器的值，然后將當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，然后在一個容差范圍△內（即REMOVE1±△范圍內）查找前側壁結構體數組里編碼器的值，找到此瓶的記錄前側壁分選的好壞信息，拷貝到瓶口的結構體數組中，并記錄下瓶口分選的好壞信息。如果在前側壁結構體數組中找不到此瓶則認為此瓶是多出的瓶子，可能是滑動過大或者是人為插入的瓶子，將此瓶記錄為不合格瓶。同理瓶底光電觸發去查瓶口的結構體數組，后壁光電觸發去查瓶底的結構體數組，剔除光電觸發則去查后壁結構體數組。到了剔除光電的結構體數組則匯集了當前光電觸發編碼器值及前壁、瓶口、瓶底、后壁分選的所有信息。通過監控當前的編碼器值和剔除結構體數組的信息來決定是否讓剔除器動作來將瓶子剔除。 該控制思路的優點是： 1）用每個光電觸發的時刻來校正上個光電觸發到這個光電觸發距離內瓶子在鏈道上的滑動，使其定位更加準確； 2）所有模塊的分選都是獨立的，便于分開各個模塊獨立運行。可以關閉任意一個功能塊而不影響其他模塊的分選； 3）解決了瓶子在分選過程中由于多瓶或少瓶而引起的信號錯亂的問題。 2.3系統性能設計的進展 隨著技術的發展，啤酒企業生產線速度在不斷的提高，由原來的18000瓶/小時提升到28000瓶/小時、36000瓶/小時、42000瓶/小時。像美國飛達等旋轉式的EBI已無法達到速度要求，直線式的EBI應運而生。 3系統構成及其特點 3.1硬件系統構成 選用CAS系統中的一款CPU（CP476），它具備TPU（時間處理器），并有輸入識別/輸入邊沿觸發計數器、輸出比較器、脈寬調制等功能。只需要經過簡單的配置，就可以在程序中調用其功能塊，實現對編碼器的準確跟蹤，迅速對光電觸發發出的信號做出響應。 CAS自動分選機與上位機的通訊程序編寫比較簡單，并且只有當自動分選機統計的數據發生變化的時候才更新并產生通訊操作，對上位機的數據進行更新，盡量地節省了上位機的CPU資源，利于進行圖像處理信息的操作。 | |
