淺析電氣自動化技術在煙草在線異物剔除工藝中的應用

蔣健

（四川中煙長城雪茄煙廠，四川 什邡 618400）

在以往傳統的生產工藝中，煙草異物剔除主要通過手工方式來完成，效率較為低下且可靠性難以保障。為了滿足現代化發展的需求，越來越多的煙草生產廠家開始引用在線異物剔除技術，使其在煙草生產中得到廣泛應用。有效的節省了操作流程和時間，提升了工作效率和質量，使企業競爭力增強。

1 煙草異物的識別方式

由于煙草與異物在形狀等方面存在較大的不同，因此系統主要通過色度的方式將二者進行區分。通常采用的方式為：根據拍攝圖像中各個像素點的色度差異，如R（紅）、G（綠）、B（藍）分量差異，對該像素點處煙草或者異物進行判斷，特別是異物，類型多種多樣，并且在色度方面不可避免的會與煙草之間產生重疊，這將對二者的分別帶來較大的難度。對此，針對二者間的區別提出了一種新型的識別方式，并且較為簡單有效。其基本原理為通過反射光譜測定儀對煙草的反射光譜特征進行測定，繪制光譜曲線，從該曲線圖中能夠看出，當煙草處于可見光波段時，其反射峰值與黃色光的波段較為貼近，而麻繩、紙片、橡膠等異物則不具備此種特征。在此種情況下拍攝到的圖片，煙草的顏色相比來看較暗，使其與煙草之間的差別變得更加明顯。

在增強煙草與大部分異物之間色差的同時，也會產生一定的副作用，當煙草顏色或者顏色與煙草相類似的異物的顏色都接近于黃色時，不但難以根據像素點對其進行區分，而且再加入藍濾鏡之后，使得紅、綠兩種色度信息丟失，使二者的確切識別變得更加困難。針對上述問題，可以采用此種方式解決，即系統設計中利用2098×3像素的CCD攝像機，在三條CDD前分別添加紅、綠、藍濾色片，以此來形成彩色圖像。首先利用藍濾鏡對煙草異物的色度差進行區別，然后，針對與黃色較為接近的煙草或者異物，通過R、G、B三種數據圖像進行識別。

2 煙草異物在線檢測與剔除的系統設計

2.1 激光掃描法

激光掃描方式主要是按照每種物質特有光學特性來設計的，通常情況下，煙草與異物在漫反射中產生的光線具有不同的光譜特征。在此基礎上，能夠對二者的屬性進行判斷，在此種思想上，德國HAUNI公司設計了TOBACCOSCAN系統，該系統主要包括激光掃描單元、機架裝置、電控單元以及輔助設備。其中，機架設備屬于該系統的機械框架，由不銹鋼結構組合而成，使產品能夠按照規定方式通過檢測區域。傳送帶裝置能夠將生產線中低速煙葉物料進行加速，并且平穩剔除，使檢測物料的平穩性提升。在該系統中屬于雙層傳送帶系統，能夠保障煙葉在加速的狀態下平穩移動，采用高壓空氣噴射的方式將異物剔除。在接收方面，主要包括煙葉艙和異物艙，能夠將檢測出來的異物通過不同的渠道送往后續的生產環節當中。

整個系統的核心部分為激光掃描單元，擔任系統“眼睛”的角色。掃描光源使用的是紅、綠、藍三種顏色的光束，并且將其匯集到多棱鏡中，多棱鏡共具備10個面，并且以1200rpm的速度旋轉，使激光被擴展成一個“光簾”，掃描頻率為2000Hz。對于不同物質來說，都具備自身的光學特性，煙葉與異物所反射出的光線也具有一定的差別，產生的電信號強度也不盡相同。當光線發生漫反射時，部分光線通過多棱鏡將光路射回，并且反射到光接收器當中，最終轉變為電信號傳輸到電控單元進行判斷，進而對煙葉與異物進行分辨。

2.2 CCD攝像法

此種方式主要采用CDD攝像機，對煙葉以及異物的顏色進行獲取，并且對圖像進行的加工和處理，實現對煙葉和異物的識別，進而將異物剔除。在此基礎上，美國SRC VISION公司研制出一款系統，該系統的工作過程有以下幾個方面。第一，圖像拍攝。將煙葉通過生產線輸送到輸出端中，在風壓裝置的影響下，以高速拋射，當煙葉屬于懸空狀態時，利用CDD攝像機進行連續的拍攝，獲取煙葉與異物相混合的圖像。第二，圖像采集，通過采集卡將圖像以數字的形式存儲到內存當中。第三，圖像識別，這屬于系統中較為核心的部分，處理器將根據二者之間在參數方面區別，對其進行識別。由于在拍攝過程中存在煙草與異物重疊的現象，因此，在顏色識別的基礎上，還應對二者的其他特性進行進一步的識別。第四，信號傳輸。當對二者進行徹底的識別和判斷之后，將異物位置信號傳輸到氣動噴嘴中。第五，異物剔除。當噴嘴在接收到信號之后，將開啟相應的電磁閥，進而噴射出高壓空氣將異物剔除，如此反復直至異物被全部分離出來。

3 系統實時性的實現

3.1 內存的直接操作技術

對于煙草在線異物剔除系統中進行的圖像采集以及軟件處理，是在windows 2000系統下實現的，利用以往磁盤交換的方式已經難以實現對當前海量數據的采集和處理，傳統的方式為：首先通過采集卡將數據進行中轉，將其作為臨時文件保存到系統硬盤當中，然后，以文件的形式將其讀入內存并進行處理。由于內存讀取的速度遠遠高于CPU的讀取速度，使得磁盤交換的過程中浪費了大量時間，因此，需要采用內存直接操作技術，即將收集到的數據投入到系統內存當中后，不將其存在硬盤當中，而是在內存處進行直接的處理。在用戶模式下，程序員的編程工作只能使用虛擬地址空間，而采集數據向PC機系統轉存利用的是物理地址，要想實現虛擬地址向物理地址的轉變，需要通過CPU分段分頁來實現。

對此，首先應將虛擬地址進行分段，為其提交實際物理內存，獲得當前與虛擬地址相對的線性地址，然后通過轉化分頁部件的方式，得到真正的物理地址。在windows 2000系統下，采用上述方式難以實現對物理內存的直接訪問。對此，可以在采集卡開發庫的基礎上，提出一種能夠實現直接訪問的方式。首先，利用函數bufAllocate實現對物理內存的分配，然后利用MbufIn2quire得到分配后的物理內存，對其進行分頁分段處理之后，獲得線性或者虛擬地址。同時，由此獲得的線性或者虛擬地址具有相對固定性，能夠直接投入使用，進而能夠實現對物理內存的直接訪問操作。

3.2 雙緩存技術

由于該系統中不具備磁盤交換環節，難以在相同內存中實現連續的數據采集與處理，為實際工作帶來了諸多不便。對此，可以使用雙緩存技術的方式來克服這一弊端。主要實施方式為：首先，在系統中建立兩個具有相同屬性的內存區A和B，當A在接受采集數據的過程中，B可以通過異步方式實施圖像處理與識別，只要處理的速度能夠得到保障，則處理的時間將始終小于采集的時間，即TP＜Tg，其中，TP為信息處理的時間，Tg為采集的時間。因此，通過軟件便可以同時實現處理與采集的切換工作。另外，在CCD光路處的煙葉可能會與異物相重疊，導致異物漏檢問題發生，為了有效解決此類問題，可以采用雙面檢測的方式。對煙草流的上下兩個角度進行攝像，然后對攝像結果進行綜合分析和判斷，以此來有效減少判斷的失誤。

4 結語

電氣自動化技術在煙草異物剔除方面的應用，將對整個煙草工業的國產化起到極大的促進作用。另外，自動化技術的應用，使得煙葉與異物的識別方式發生了很大的轉變，工作效率和質量得到顯著提升。在日后的發展中，要繼續加強對此項技術的研究，使其不單純的是生產線中的一個環節，而要積極提升其功能和優勢，使其獲得更加廣闊的發展空間。

[1]孟瑾,蔡保國．電氣自動化技術在煙草在線異物剔除工藝中的應用[J]．科技風,2015,(04):181．

[2]劉斌,朱文魁,席建平等．在線片煙精選系統的開發與應用[J]．煙草科技,2014,(06):21-25．

[3]馬亞,楊白凡,杭建軍．垂直風送片煙多光譜異物剔除系統的設計[J]．煙草科技,2015,48(08):76-81．

[4]許成,付航,李果等．基于自動除塵系統的煙草異物智能剔除系統的研究[J]．科技創新導報,2016,13(09):6-7．