一種提高制絲儲柜安全系數的裝置研制

劉賜德，陳 健，沈鵬宇，鐘智敏

(江西中煙工業有限責任公司 贛州卷煙廠，江西 贛州 341000)

在卷煙制絲生產過程中，葉片加工、葉絲加工、梗絲加工和膨線加工線都配置了眾多的儲柜，儲柜的主要作用是儲存物料，同時在物料醇化、物料混配以及加工工序的緩沖中都起到了關鍵作用[1]。在實際生產過程中，物料進入儲柜內是布料行車進行往返布料，物料在儲柜內呈四棱臺形，導致在生產過程尾料輸出時，柜內余留尾料較薄[2]，盡管此時儲柜底帶頻率相應地增加，但是柜內依舊存在著部分物料無法及時運送至后段工序，與此同時，布料行車與儲絲柜高度一定，柜內兩側的底帶上的裙邊在布料過程中也不可避免地有物料，而儲柜數量有限，難以滿足單一儲柜儲存相同牌號的物料[3-4]。

如果在尾料輸出時，不能及時對尾料進行清掃，首先不能保證下游工序在尾料加工工序中流量的穩定性，影響相關工藝指標的考核；其次，生產結束后，殘余物料在柜內，仍需要人工進行清掃，物料要等下次生產再進行回摻，增加了勞動強度，同時物料儲存較久影響工藝質量。所以針對目前的現狀，為了降低尾料輸出時間及尾料輸出流量穩定，以及避免不同牌號的物料間存在混牌，進一步提高工藝質量，目前采用的是在尾料時采取人工提前清掃方式，將確保尾料產品質量。但是，此時儲柜所有旋轉設備處于運行狀態，尤其是耙釘在持續運轉的同時，底帶也在往前輸送，可能產生“撥輥擠傷”安全事故，對人工進入操作存在巨大的安全隱患[5]。

針對此類問題，為進一步降低在儲柜安全隱患危險系數，切實保障操作人員的人身安全，本文通過技術改進，研制一種基于STM32語音識別方式的制絲儲柜安全裝置，借助語音識別和判斷技術，在操作人員進入柜體進行清掃作業時，如果面臨著人身安全隱患，操作人員能夠通過語音的呼喊，及時阻止設備的運行，尤其是停止出料耙釘和底帶的運轉。這樣既保證了產品的工藝質量，同時又降低了儲柜安全隱患危險系數，確保了操作人員的人身安全。

1 問題現狀分析

通過現狀進行調查，操作人員進入儲柜進行清掃(見圖1)時，底帶和出料耙釘還在運行，一方面操作人員要推掃物料，另一方面底帶運動將人員往前輸送，操作人員在掃柜的同時面臨著接近運轉的耙釘。稍不注意，操作人員將觸及出料耙釘，對人員產生機械傷害，造成人員傷亡的重大安全事故。

為定量對該模式下操作人員對儲柜進行清掃的危險等級，利用“LEC評價方法”對其進行評價[6]。經綜合評估，事故發生的可能性L值為3(發生事故的可能性：可能發生事故，但不經常)，暴露于危險環境的頻繁程度E值為6(暴露于危險環境的頻繁程度：每天工作時間內暴露)，發生事故產生的后果C值為15(發生事故后：非常嚴重，一人死亡)，則風險等級D值為270，達到風險等級的B級，屬于高度危險，必須立即整改。

2 方案設計

基于STM32語音識別的制絲儲柜安全裝置可以細分為語音識別模塊、核心處理模塊和控制處理模塊[7]。整個語音識別的儲柜安全裝置系統設計圖如圖2所示。

2.1 語音識別模塊

本設計系統中的語音識別模塊選用的是ICRoute公司的LD3320芯片，外圍加語音采集及相關電路構成。LD3320芯片本身就是專門針對語音識別和處理的芯片，集成了高精度A/D和D/A接口，不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM、加密芯片等，所以操作簡便[8]。

2.2 核心處理模塊

核心處理模塊主要是對語音識別模塊的數據利用核心處理模塊進行處理，并將處理的結果傳送到控制處理模塊。對于該模塊，使用的是STM32F103C8T6作為主控芯片，該芯片是基于ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，內置了高速的儲存器和豐富的增強I/O接口，具有高性能、實時、低功耗、低電壓等特點[9]。

2.3 控制處理模塊

控制處理模塊是將語音識別后，通過核心處理模塊將獲取得到有效的語音信息處理后發出相應的信號，控制所需要的動作執行。本文所需的動作執行就是當操作人員遇到緊急情況時，通過呼救措施，緊急將撥料耙釘以及儲柜底帶電動機停止的操作。在本設計中，將STM32F103C8T6的一輸出接口接入控制模塊的繼電器，當繼電器檢測到輸出信號后控制撥料耙釘以及儲柜底帶電動機停機。

3 方案設計

3.1 程序設計

在語音識別的程序設計中，采用中斷的方式工作，其工作流程分為：先進行語音識別的初始化，然后寫入識別列表，并開始識別，識別成功后開始響應中斷。

1)初始化。在初始化程序里，主要完成軟復位、模式設定、時鐘頻率設定和FIFO設定。

2)寫入識別列表。本文采取連續不同編號的識別條目，表1所示為簡單的示例，選擇5個不同的字符串，分別為ting ji(停機)、jiu ming(救命)、jiu ming a(救命啊)、wei xian(危險)和jin ji qing kuang(緊急情況)，根據列表的規則每個識別條目是標準普通話的漢語拼音(小寫)。

表1 識別列表示例

uint8 LD_AsrAddFixed()

{

uint8 k, flag;

uint8 nAsrAddLength;

define DATE_A 8/*數組二維數值*/

define DATE_B 30/*數組一維數值*/

uint8 code sRecog[DATE_A][DATE_B]= {"ting ji","jiu ming","jiu ming a","wei xian","jing ji qing kuang"}

};

3)開始識別。設置幾個相關的寄存器，即可對語音進行識別。

void LD_Init_ASR()

{

LD_Init_Common();

LD_WriteReg(0xBD, 0x00);/*啟動ASR模塊*/

LD_WriteReg(0x17, 0x48);/*激活LD3320內部DSP*/

delay(10);

LD_WriteReg(0x3C, 0x80);

LD_WriteReg(0x3E, 0x07);

LD_WriteReg(0x38, 0xff);

LD_WriteReg(0x3A, 0x07);

LD_WriteReg(0x40, 0);

LD_WriteReg(0x42, 8);

LD_WriteReg(0x44, 0);

LD_WriteReg(0x46, 8);

delay(1);

}

4)響應中斷。如果采集得到語音信號，不管是否識別出正常結果，都會產生一個中斷信號。

根據上述工作流程，為了避免在實際過程中噪聲導致對識別系統誤判的影響，在程序控制中，增加了二級指令的判斷。需要在設定的識別條目中同時識別得到至少2個不同的內容，方可對外部信號進行輸出。

3.2 硬件設計

當操作人員面臨著危險時，通過呼喊信號被STM32語音識別軟件所識別，并在系統中輸出信號時，需要對出料耙釘和出料底帶急停。在硬件系統的設計中，當檢測到有信號輸出時，即可控制出料耙釘和出料底帶急停，同時，在柜體外部增加聲光報警裝置，提示外面人員發生緊急情況。具體示意圖如圖3所示。

4 實施效果

該裝置成功研制并安裝完成后，為驗證其有效性和實用性，在生產現場的環境中對該裝置進行了大量的測試，測試結果見表2。

表2 實施效果測試情況

根據表2可以得出，通過測試，當發出相關的語音內容時，語音信號經過處理成功識別后，將觸發信號傳輸到電氣控制模塊上，均能及時對出料耙釘和底帶進行急停并將聲光報警器驅動報警。其測試效果準確率達100%，效果較好。

同時，利用LEC安全風險評估法，驗證安裝后儲柜的危險等級。經綜合評估，事故發生的可能性L值為0.2(發生事故的可能性：極不可能)，暴露于危險環境的頻繁程度E值為6(暴露于危險環境的頻繁程度：每天工作時間內暴露)，發生事故產生的后果C值為15(發生事故后：非常嚴重，一人死亡)，則風險等級D值為18，達到風險等級的E級(稍有危險，可以接受)。實施后風險等級降低，可充分保障操作人員的生命安全。

5 結語

本設計利用語音識別技術，通過語音控制儲柜出料耙釘和底帶運行之間的聯動，當操作人員在清掃儲柜時發生了緊急情況，可以通過呼喊信號，有效對出料耙釘和底帶進行急停，為人身安全不受到設備侵害提供了有力保證，消除了安全隱患。通過該技術的實施，利用LEC安全風險評估法，風險等級降低，可充分保障操作人員的生命安全，效果較好。