浅析烟草在线异物剔除工艺中电气自动化技术的应用

浅析烟草在线异物剔除工艺中电气自动化技术的应用

林成斌

（龙岩烟草工业有限责任公司福建省龙岩市364000）

摘要：随着社会经济的不断发展，我国的烟草生产工业发展迅速，伴随着市场需求的不断扩大，在烟草生产过程中也逐步开始引进电气自动化技术。而在烟草生产线当中采用烟草在线异物剔除技术，其技术性能是否可得以充分、有效的发挥，将主要受制于系统所拍摄图像是否可精确判断出异物与其检测效率水平能够可满足于大规模的烟草生产需求。而要确保烟草在线异物剔除工艺能够有效的满足于上述两方面的要求，就必须针对异物识别技术与实时性识别技术来展开深入的研究工作。

关键词：电气自动化技术；烟草；异物剔除工艺

1电气自动化

电气工程及其自动化涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术，信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域，其主要特点是强弱电结合，机电结合，软硬件结合，电工技术与电子技术相结合，元件与系统相结合，使用电工电子、系统控制、电气控制、电力系统自动化、电气自动化装置及计算机应用技术等领域的基本技能。

2烟草在线异物剔除系统的结构与工作原理

烟草在线异物剔除系统安装于生产线上打叶去梗机和加料润滑机之间。

2.1图像摄取

在生产线上，当烟叶流被传送至传送带后端时，用气动装置产生高速气流，烟叶流耦合于气流中并以高速（5m/s左右）抛射出，在烟叶流悬空期间，用线阵CCD摄像机，按一定的频率扫描，连续摄取烟草和异物混合物的图像。

2.2图像采集及处理

用图像采集卡将所摄图像的数据传输至计算机内存当中。对传输至内存中的表示烟草和异物图像的数据，处理器根据烟草和异物色度的差异，设定色度阈值来判别烟草和异物。

2.3剔除异物

对烟草和异物进行识别后，将表示异物位置的信号传输至电控单元。电控单元根据所接收到的异物位置信号，控制相应的空气喷嘴将异物剔除。如此往复不断的循环就实现了烟草异物的在线检测和剔除。

3烟草在线异物的识别方法

由于烟草和异物在形状等方面的特征具有较大的不确定性，烟草和异物主要根据其色度的差异来区分。一般的方法是：根据所摄图像中各像素点色度的R（红）、G（绿）、B（蓝）分量的差异，来判定该像素点是属于烟草或是异物。实际情形中，烟草和异物的色度都有一个变动的范围，尤其是异物，由于其多样性，其色度和烟草难免会产生一定程度的重叠，这给烟草和异物的准确判别造成困难。为此，笔者提出了一种增强烟草和异物色度差的方法。这是对烟草和异物进行准确识别的有效手段之一。其基本原理是：根据用反射光谱测定仪测定的烟草反射光谱特性曲线，发现烟草在可见光波段的反射峰值主要位于在接近黄色光的波段，而大多数异物（如麻绳、纸片、橡胶等）则不具备这一特征。这样，在摄得的图像当中，烟草的颜色显得相对较暗，这就增大了烟草和异物的色度差异。

在增强烟草和大多数异物色度差的同时，上述方法的一个副作用是：用这种方法，对烟草和颜色接近烟草的黄色异物，不仅难以直接从像素点的色度值上区分，而且由于加了蓝色滤色片进行摄像，会使红、绿两个色度分量的信息基本丢失，使两者的识别更加困难。这一问题可用以下的方法来解决。系统设计中所采用的摄像机是2098×3像素的彩色CCD摄像机，包含3条2098×1的线阵CCD，3条CCD前分别加了红、绿、蓝3种颜色的滤色片以形成彩色图像。这样，若首先只采用蓝色通道的数据来构成图像，就相当于等价地实现了上述的增强烟草异物色度差的作用，这样就可以识别出烟草和色度不偏黄的异物。对用以上方法没有识别出来的烟草和色度偏黄的异物，再用R、G、B3个通道的数据构成图像来对两者进行识别。

4实时性识别技术

4.1双面检测技术

CCD光路位置的烟叶很大概率并非完全为单层，为了防止漏掉了对异物的测定，因此便应选用双面检测技术来在上下两面的烟草流同时予以图像拍摄，而后将其合并起来予以综合考量并进一步对其中有无异物作出判定，以确保能够将异物判断的失误率降至最低，最大程度的提高对异物检测的准确性。

4.2双缓存技术

因磁盘交换环节的缺失，在同一块内存之上难以达成持续不间断的数据获取和处理。而通过应用双缓存技术则可促使这项问题得以迎刃而解。其操作方法为：现在系统当中分配两处属性完全相同的内存区域M与P，若M在获取到信息收集卡的同一时期，其中的图像处理与识别系统将通过异步处理形式来对内存P当中的数据按照一定的规则进行处理。只要保障其所处理的效率足够高，确保在完成了对于单块内存的处理时间总是快于采集完一块内存的时间，即便可利用软件来促成处理和采集工作的互相转换，并以此来实现持续性的采集和处理工作。

4.3内存直接操作技术

烟草在线异物剔除系统图像获取及处理软件是直接运行于Windows系列操作系统下，在这一运行系统之下要促成此类海量数据的高校采集和实时性处理，选用一般性的磁盘交换方式显然是不可能完成的。磁盘交换方式的原理即为，利用采集卡来将所获取到的信息数据利用内存进行转存，采用临时文件的方式来使其并存进系统的硬盘当中，之后，再借助于文件方式读进内存，同时予以处理。鉴于CPU针对硬盘的读取效率要远低于内存的读取效率，因而进行磁盘交换便会严重耽误时间，因此从本质上来看这已经导致了系统实时性已经不可能再实现。必须要采取直接存取的方式来对内存中的数据进行处理，也就是将所获取到的数据在存储于系统内存之后，不将其存至硬盘当中而是直接在内存当中予以处理。基于用户模式之下，程序编写人员在对程序进行编写之时可采用的地址仅为虚拟空间内的地址，而信息采集卡所获取到的数据内容在被存进计算机系统内存的时候所应用的是物理地址，由虚拟地址转为物理地址其间必须要通过CPU分段分页部分来予以执行。虚拟地址首先是利用分段部件，来向虚拟空间当中的地址提供以具体的物理内存，并由此获得与虚拟地址所相对应的线性地址，这一地质再通过分页部件调整来转变为实际的物理地址。

在Windows系列操作系统当中，利用虚拟地址来获得物理内存的方式无法实现对于物理内存的直接访问。为了处理这一情况，本文就在图像采集卡的开发库基础之上提出了一类可对物理内存直接进行访问的具体过程，即：首先利用函数bufAllocate来实现对于持续物理内存的配置，之后再借助于函数MbufIn-quire来获取到配置物理内存，再对其进行逐段处理之后获得线性地址。通过物理内存所获取到的线性地址是较为稳固的，可直接予以应用，从而也便可借助于编程的形式来完成对于物理内存的实时性访问。

5结束语

综上所述，通过应用双面检测技术、双缓存技术、内存直接操作技术等电气自动化技术，将会对烟草在线异物剔除系统研发起到巨大的价值作用，并将推动我国烟草工业生产的自动化发展进程。但与此同时也应当认识到对于烟草生产过程中的在线异物剔除仅是其中的一个微小环节，要确保在实际生产过程中所遭遇的各种问题能够被完全解决，还需要持续发现问题，促进其系统功能的进一步完善与改进。

参考文献：

[1]马亚，杨白凡，杭建军等.垂直风送片烟多光谱异物剔除系统的设计[J].烟草科技，2015（8）

[2]许成，付航，李果等.基于自动除尘系统的烟草异物智能剔除系统的研究[J].科技创新导报，2016（9）

[3]陆延年，袁兴，张乐年等.基于高速皮带自动纠偏的烟草异物智能剔除系统的研究[J].科技创新导报，2014（18）

[4]李洪文．我国厂用工业电气自动化的法杖现状与趋势[J]．中小企业管理与科技，2010（24）