烟草异物智能剔除系统

FT461烟草异物智能剔除系统

一、系统优势

属国家烟草专卖局正式立项的科研项目，计划号为国烟科[504]号，合同号为110200101052-A；

同类产品中最早通过国家烟草专卖局组织的科技成果鉴定，鉴定号为国烟科鉴字[2004]第04号，时间2004年4月18日；

经国家烟草专卖局正式认定的烟用除杂机械专卖生产企业，许可证号为1132010315；

获得国家知识产权局授予的“智能烟草异物剔除装置”、“烟片、烟丝松散摊薄除麻丝装置”及“烟草异物智能剔除装置用自动纠偏装置”3项实用新型专利；

国内首家开发成功并最先应用——2002年8月在颐中烟草集团青州卷烟厂安装，2003年4月通过验收；

同类产品中规格、品种最为丰富——能够适应3000Kg/h，6000 Kg/h，9000 Kg/h和12000Kg/h不同生产流量的要求，同时有上面单CCD、上面双CCD、上下各双CCD等多种配置方案供用户选择；

国内外首创超宽皮带输送方式，皮带宽度达到2000mm。

按照国外同类型产品所制定的标准和验收方法，我公司的烟草异物智能剔除系统的异物剔除率达到85%以上，高于国内外同类型产品80%的异物剔除率；而烟叶误剔率在0.6 %以下，又低于国内外同类型产品1%的烟叶误剔率；设备有效作业率大于95% 。可选配的除麻丝机的关键设计指标为：在线麻丝剔除率大于95%，设备有效作业率大于95% 。

二、功能

烟草异物智能剔除系统是用于卷烟厂的制丝生产线或打叶复烤厂的烤片线中，一般安装在润叶以后，主要功能是剔除叶片中所含的异物，它采用了先进的计算机控制技术、实时数字图像处理技术、模式识别技术、人工智能技术以及复杂可靠的机械设备。它对提高产品质量，提高企业的市场竞争能力具有十分重要的意义。

图1 异物剔除过程简图

三、主要技术特点

产品系列齐全、技术成熟、国内投入安装使用最早、数量最多；
2米超宽皮带输送和7米/秒皮带速度，提升了摊薄的效果，确保现场各品牌烟叶和各种超产流量工况下片烟的平稳通过（国外SRC和国内其它同类设备为1.8米宽和5米/秒速度）；
主照明光源采用荷兰Philips 公司HID 金属卤化物灯，光通量、显色性、寿命指标出色，寿命达10000小时；备件方便，成本极低（国外SRC最新产品采用的是同样的HID照明装置，国内其它同类设备目前使用其它照明方案，很难兼顾寿命和成本）；
图像处理采取4台计算机并行工作方式，一次完成全部4台像机的配方采样工作，建好一个样本只需要操作一次，时间一般不超过6分钟（国外SRC和国内同类设备采用的是4台相机轮流采样的工作方式，每建一个配方需要重复操作多次，完成一个配方耗费时间较长，一般需要15分钟~45分钟）；
软件核心层是基于网络编程，任何操作指令和返回数据都已经是透过网络实现，软件不用修改操作员计算机就直接可以安置到中控室或用户指定的其它地方，以太网接口对外部开放（国外SRC和国内同类设备目前都是基于本地计算机操作的，网络功能需要通过修改程序或外挂软件模块来实现）；
剔除指令通过自主开发的高速总线传送到剔除气阀，传输响应时间实测小于0.1ms,备件成本较低，同时兼顾了维护和性能（国内同类设备有的未采用总线传输，有的采用通用的总线如INTERBUS，这类普通总线的响应时间一般都大于2ms，不利于剔除动作的快速响应）；
自文山项目以后，该设备标准配置有单色发光背景板，能够改善剔除效果（国外SRC早期产品未配置发光背景，国内同类设备有的目前也未配置）；
电机驱动系统独立电气柜安装、独立PLC控制、独立6寸触摸屏显示，计算机系统内部任何问题不会影响到PLC，不会造成停机。PLC系统各项监控、保护、自动切换功能完善，运行时高度自动化，广东、云南、重庆等用户现场该设备运行时都无专人值守；
高速皮带采用防静电型，以解决静电粉尘问题（国内外同类设备有的是采用离子发生器来解决粉尘问题，实际在复烤车间现场，离子放电棒很容易被粉尘污染，清洁保养比较麻烦）。

新版控制系统经过了云南文山，重庆金益，河南新郑，贵州遵义等多家12000Kg线长时间的实际运行考核，能够保证24小时不间断生产的工况要求。

四、工艺流程图

图2 工艺流程图

五、型号规格

表2、型号规格表

	FT461	FT461A	FT461B	FT461C
处理能力（Kg/h）	3000	6000	9000	12000
CCD数量（个）	2	2	4	4
进料口高度（mm）	1800
进料口尺寸（长×宽），（mm×mm）	1260×500	1560×500	1860×500	2060×500
出料斗接口尺寸（长×宽），（mm×mm）	1645×807	1945×807	2245×807	2445×807
剔除斗接口尺寸（长×宽），（mm×mm）	1480×145	1680×145	1980×145	2180×145
输送带带宽（mm）	1200	1500	1800	2000
设备最大外形尺寸（长×宽×高），（mm×mm×mm）	5030×2000×2750	5030×2300×2750	5030×2600×2750	5030×2800×2750
注：进料口高度不包括安装工作平台的高度，出料口接口处和剔除斗接口处均需增加料斗，因此设备最终的进料高度及出料口、剔除口高度与尺寸均需根据其前后设备连接情况来确定。

六、系统组成

        烟草异物智能剔除系统由四个主要部件组成，包括进料输送机、视频组件、回收箱和电控柜。通过这四个组件协调工作，对烟叶中的异物进行识别、分拣与剔除。同时可选装的辅联设备有除麻丝机、振槽、星辊摊薄机等。
        进料输送机采用不锈钢制造。特制的高速皮带配合轨道调校系统，保证皮带在5~7米/秒的速度下平稳运行。高速运行的皮带可以使烟叶在输送过程中尽量散开，使异物不会夹杂在上下烟叶之间，令烟叶处于最佳的待检测状态，并且烟叶平稳运行。
        视频组件主要由CCD摄像机、照明装置、高速气动电磁阀及控制电路组成，并在密封条件下运行。不锈钢侧门上装有有机玻璃透视窗，便于操作工人观察机器运行情况。此外，考虑到散热因素，本系统还特设了独立视频柜风冷空调，以对CCD摄像机、照明装置冷却。线阵CCD高速摄像机（每秒扫描11000次）摄取烟叶的实时图像，并送入电控柜的数字图像处理单元。当烟叶进入到视频检测区域，视频柜内安装有高照度、高显色系数、光强均匀性好的PHILIPS公司照明系统，使得上、下两面的线阵CCD高速像机都能有效地鉴别异物。检测系统的背景颜色根据检测需要预先制作好，以配合线阵CCD高速像机的工作。系统根据数字图像处理单元提供的异物相对坐标数值，大流量、高速、精确的气动电磁剔除阀将异物击落。气动电磁剔除阀设于视频检测区域后15厘米，每个气阀的气孔中心距9.37毫米，以保证能将系统识别的异物剔除。
        电控柜独立于异物剔除主机，可根据现场工作便捷性的要求，选择合适的地点进行接线安装。电控柜柜身为德国Rittal产品，整体布局采用模块化结构，柜体密封良好。计算机采用Siemens工控机，数据采集和数据处理采用 CORECO公司数据采集卡和四通道DSP并行图像处理卡，以保证海量图像数据的传输和处理。总线采用专用辅助总线，速率达400M Byte/Sec。显示器采用SONY特丽珑显像管，分辨率达1600×1200像素，使得实时烟叶图像逼真再现。同时色谱（LUT）设定可方便实现。同时，为了保证散热，特设独立电控柜风冷空调。
        回收箱是整个装置的最末端部分，主体采用不锈钢制造，在侧门上安装了超大夹胶玻璃透视窗，便于操作工人观察机器运行情况。回收箱的主要作用是使烟叶顺利进入下一工序，同时提供一个较大的空间，让气流通过密封皮带通道得以舒缓，并经过顶部的出口排入工厂的除尘装置。同时可以解决该装置内因皮带带动的空气扬尘。排气罩也可防止不明的逆风，以保证检测流程。

七、最新技术特点

1.电气方面

设置了上下两块背景板，增强了图像检测清晰度和颜色分辩能力，尤其是黑色杂物的识别和剔除；
系统所有驱动电机控制皆具备联机/本地操作切换功能，便于驱动部分的维护；
具备高速皮带速度和风送速度的自动同步调节功能；
剔除气阀控制采用高速总线传输技术，安装维护更加方便。

2.软件方面

除通常的检测功能外，软件又采用参数自适应算法，具有背景板是否完好、光源是否衰减等辅助检测功能，具有光通量变化自反馈补偿功能；
设备易于操作——在操作使用方法上非常符合国内操作工的习惯，人机界面采用全中文界面；
同时支持单机运行和网络运行。

3.机械方面

FT461C型摊薄机和主输送机的皮带幅度加宽到2米，比国内外同类产品加大了10%，在皮带速度相同情况下改善了烟料的摊薄效果，提高了异物的检出率。在同等摊薄效果下增大了生产能力；
主输送机采用了防静电皮带，减少了静电的影响；
具有防止团块状烟叶堵塞通道的功能；
设备便于校验及清洁——在设备上有多处观察窗口，对烟料输送状态和设备运行情况可以及时直观的掌握，开启式门盖设计可以方便地对设备进行调整和清洁。

八、关键技术指标

1. 分拣性能

超过1677万种颜色的识别；
检测异物：霉变烟叶、金属、塑料、纸张、黑色橡胶、玻璃纸、麻绳、线状物、不同结构的非烟草物体等；
典型异物尺寸12mm×12mm方形或立方体；
典型异物剔除率≥85%；
烟叶误剔率≤0.6 %；

2. 系统检测、剔除软件同时支持单机运行和网络运行，连接显示器后可以在现场直接进行调试和监控，连接HUB后可以在集控室直接监控现场的运行情况，也可以方便的联入企业MIS系统和INTERNET；

3. Profibus现场总线网络接口，装备有Profibus网卡。可与烤片线或制丝线集中控制系统通讯，将该设备纳入集控系统中，进行以太网远程操作和远程监控；

4. 设备具有独立的电控柜风冷空调和独立的视频柜风冷空调；

5. 具备剔除气阀的自检和循环清洗功能，自动定位有故障的气阀，方便了设备的维护保养工作；

6. 机械系统具有皮带纠偏功能，同时安装了高速皮带跑偏报警和跑偏停机二级检测保护装置，提高了机械系统运行的安全性；

7. 光源上采用最新式PHILIPS点光源技术，工作寿命10000小时以上，易于维护和更换；且采购方便，价格低廉。