通過(guò)高清視頻在線(xiàn)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)煮糖自動(dòng)控制的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制糖領(lǐng)域，特別是一種通過(guò)高清視頻在線(xiàn)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)煮糖過(guò)程中對(duì)糖漿、晶種、結(jié)晶數(shù)量、大小尺寸和質(zhì)量的自動(dòng)控制的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制糖工藝過(guò)程中，煮糖是最關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)。糖漿經(jīng)過(guò)繼續(xù)濃縮至過(guò)飽和度后投入晶種把糖晶核逐漸養(yǎng)大，最后生成糖糕經(jīng)分蜜生產(chǎn)出白砂糖。整個(gè)煮制過(guò)程中需要對(duì)糖漿、種子和養(yǎng)晶過(guò)程不斷監(jiān)控和工藝調(diào)整，使煮糖過(guò)程的過(guò)飽和度維持在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間，晶種慢慢吸收糖分變大，從而避免起廢砂或不正常的結(jié)晶生成而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，影響顆粒的均勻度和品質(zhì)。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)用于結(jié)晶的設(shè)備主要有間歇煮糖罐和連續(xù)煮糖罐，通過(guò)幾年的自動(dòng)化摸索以及吸收國(guó)外的自動(dòng)化技術(shù)，煮糖的自動(dòng)化已經(jīng)能夠代替部分人工操作過(guò)程?，F(xiàn)有的自動(dòng)煮糖技術(shù)通過(guò)在線(xiàn)檢測(cè)糖糕的錘度、溫度以及電導(dǎo)率來(lái)推測(cè)工藝過(guò)程的控制，這種依靠經(jīng)驗(yàn)的測(cè)算的控制方式雖然一定程度上減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并使操作過(guò)程變得簡(jiǎn)單。但是，煮糖過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的工藝過(guò)程，除了與煮糖的工況參數(shù)如加熱溫度、晶液比、真空度和錘度等有關(guān)外，更重要的是煮制過(guò)程對(duì)晶粒大小、晶粒數(shù)量以及晶粒的均勻度的控制，而關(guān)于煮糖過(guò)程對(duì)養(yǎng)晶的控制是目前自動(dòng)煮糖技術(shù)無(wú)法解決的難題，主要還是依靠人工通過(guò)煮糖罐的采樣棒采樣來(lái)做出判斷后，再對(duì)煮糖工藝做出調(diào)整，這樣既消耗人工又不利于煮糖過(guò)程晶種的正常生長(zhǎng)，當(dāng)過(guò)多的人工干預(yù)煮糖過(guò)程，往往容易導(dǎo)致該編號(hào)白糖產(chǎn)品的質(zhì)量下降，甚至導(dǎo)致色值、混濁度的增高而要做回溶處理。
[0004]煮糖過(guò)程就是要控制好在煮糖過(guò)程中的糖膏保持最適合的過(guò)飽和度，使糖膏始終保持在養(yǎng)晶飽和區(qū)內(nèi)進(jìn)行煮煉；目前這一過(guò)程的控制是充分利用現(xiàn)有的煮糖儀器，提供煮煉過(guò)程的參數(shù)，再依靠煮糖人員通過(guò)實(shí)踐、積累豐富的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題。使煮糖過(guò)程從起晶到卸糖都能控制在1.1?1.3的過(guò)飽和度范圍內(nèi)進(jìn)行。煮糖過(guò)程主要包括取種、整理、養(yǎng)晶和濃縮4各步驟完成，在這個(gè)過(guò)程中，煮糖的工況受到晶種的質(zhì)量、加熱蒸汽壓力、真空度、糖漿的濃度和溫度的影響，在不同的原料工況以及現(xiàn)有的檢測(cè)儀表?xiàng)l件下，對(duì)自動(dòng)化煮糖技術(shù)的實(shí)用性提出了很大的難題，也是業(yè)內(nèi)急需解決的技術(shù)瓶頸。國(guó)內(nèi)自行研制開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)煮糖系統(tǒng)目前正在摸索階段，據(jù)相關(guān)報(bào)道，目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)煮糖主要有以下三種:
1、儀表采集煮糖過(guò)程糖液錘度、電導(dǎo)率、真空度、蒸汽壓力等數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)上集中顯示，由煮糖工監(jiān)視數(shù)據(jù)并結(jié)合拉取樣棒抽取物料，在玻璃片上觀察判斷晶種大小、母液中含蜜量，判斷能進(jìn)一步吸收的程度、糖液錘度的高低，并據(jù)此判斷決定下一步的操作;這種方式由于糖液成分復(fù)雜，影響結(jié)晶的因素又多，在生產(chǎn)中仍然需要有經(jīng)驗(yàn)的煮糖工進(jìn)行全面的觀察、分析和判斷，并據(jù)此給定各種適宜的工藝參數(shù);這種方法控制水平較低。
[0005]2、以“五一”煮糖法為自控操作基本依據(jù)的以糖液溫度來(lái)作為控制煮糖過(guò)程的操作方法;這種方法需根據(jù)當(dāng)時(shí)的糖液純度實(shí)測(cè)起晶點(diǎn)和溶晶點(diǎn)來(lái)作為實(shí)際操作的依據(jù)；由于糖廠甘蔗變化極大，每隔幾天就需執(zhí)行測(cè)罐操作，測(cè)罐費(fèi)時(shí)、操作繁鎖，應(yīng)用極不方便。
[0006]3、運(yùn)用人工神經(jīng)元建模，編寫(xiě)自動(dòng)控制煮糖程序?qū)崿F(xiàn)的計(jì)算機(jī)煮糖方式;這種方式由于其采用Bp網(wǎng)絡(luò)模型，且煮糖過(guò)程中相互影響因素極多，另外，糖廠原料和工藝調(diào)整極大，造成煮糖效果時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象。
[0007]上述國(guó)內(nèi)自動(dòng)煮糖系統(tǒng)都存在以下共同的缺點(diǎn):
1、沒(méi)有煮糖過(guò)程實(shí)時(shí)結(jié)晶尺寸、結(jié)晶數(shù)量的檢測(cè)和計(jì)算；
2、沒(méi)有在煮糖過(guò)程中出現(xiàn)廢砂、偽晶、粘晶以及顆粒不均勻等不符合煮糖需要項(xiàng)的警報(bào)；
3、沒(méi)有煮糖過(guò)程檢測(cè)數(shù)據(jù)保存以查詢(xún)對(duì)比工具，缺乏可追溯性。
[0008]煮糖實(shí)際生產(chǎn)的在線(xiàn)晶粒大小檢測(cè)是目前煮糖自動(dòng)化最大的難題，通過(guò)現(xiàn)代高清視頻應(yīng)用技術(shù)，檢測(cè)出煮糖過(guò)程控制糖漿、晶種、結(jié)晶數(shù)量、大小尺寸和質(zhì)量的工藝過(guò)程是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種通過(guò)高清視頻在線(xiàn)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)煮糖自動(dòng)控制的系統(tǒng)及方法，可通過(guò)現(xiàn)代視頻應(yīng)用技術(shù)，檢測(cè)出煮糖過(guò)程糖漿、晶種、結(jié)晶數(shù)量、大小尺寸和質(zhì)量并加以控制的工藝過(guò)程，并與當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)有的自動(dòng)煮糖技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了煮糖過(guò)程的自動(dòng)化控制，減少人工操作帶來(lái)的不穩(wěn)定因素。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種通過(guò)高清視頻在線(xiàn)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)煮糖自動(dòng)控制的系統(tǒng)，包括檢測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)視頻控制裝置;所述檢測(cè)裝置包括光源發(fā)生器、光源分布器、檢測(cè)玻璃和高清攝像機(jī)，所述光源發(fā)生器通過(guò)光纖與光源分布器連接，光源通過(guò)光纖輸送到光源分布器，光源分布器設(shè)在檢測(cè)玻璃前方且將光線(xiàn)投射在檢測(cè)玻璃上，檢測(cè)玻璃的后方設(shè)有高清攝像機(jī)，高清攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)視頻控制裝置連接，并將從檢測(cè)玻璃上獲取的煮糖罐中內(nèi)容物動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像通過(guò)信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)視頻控制裝置，計(jì)算機(jī)視頻控制裝置內(nèi)設(shè)有包含圖像處理模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊和對(duì)比分析模塊的控制器，還設(shè)置有數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存有用于對(duì)比的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
[0011]進(jìn)一步的，所述檢測(cè)裝置配置有鏡面清洗器、清潔熱水管，鏡面清洗器與清潔熱水管相連，鏡面清洗器向檢測(cè)玻璃和光源分布器噴入工藝熱水，用于清洗檢測(cè)玻璃和光源分布器。
[0012]進(jìn)一步的，檢測(cè)裝置的光源分布器、與光源分布器連接的前段光纖和鏡面清洗器置于煮糖罐內(nèi)，檢測(cè)玻璃嵌在煮糖罐壁上，高清攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)視頻控制裝置、后段光纖集成在一個(gè)盒子里。
[0013]更進(jìn)一步的，計(jì)算機(jī)視頻控制裝置還與其他檢測(cè)儀表相連，其他檢測(cè)儀表包括錘度計(jì)、電導(dǎo)率儀、溫度計(jì)和壓力表，將包括糖漿錘度、電導(dǎo)率、蒸汽壓力和真空度在內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)與高清攝像機(jī)采集的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像一同傳輸至計(jì)算機(jī)視頻控制裝置。
[0014]—種利用以上所述的通過(guò)高清視頻在線(xiàn)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)煮糖自動(dòng)控制的系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制的方法，包括以下步驟:
(1)將檢測(cè)裝置的檢測(cè)玻璃通過(guò)安裝法蘭嵌在煮糖罐壁上；
(2)通過(guò)高清攝像機(jī)對(duì)煮糖罐中的內(nèi)容物處于糖漿階段、種晶階段和結(jié)晶階段時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
(3)高清攝像機(jī)將采集的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像傳輸至計(jì)算機(jī)視頻控制裝置，計(jì)算機(jī)視頻控制裝置接收到高清攝像機(jī)的信號(hào)后，通過(guò)圖像處理模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊和對(duì)比分析模塊對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、統(tǒng)計(jì)、分析，并與不同批次間煮糖罐中內(nèi)容物的圖像和分析數(shù)據(jù)、或內(nèi)容物的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比；
(4)對(duì)步驟(3)的對(duì)比結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)于超出質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的情況進(jìn)行警報(bào)預(yù)警；
(5)將每個(gè)批次間煮糖罐中內(nèi)容物的視頻、圖像和檢測(cè)數(shù)據(jù)都發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0015]進(jìn)一步的，步驟(2)中，對(duì)煮糖罐中的內(nèi)容物處于糖漿階段時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括以下內(nèi)容:
A.對(duì)煮糖漿進(jìn)行污染顆粒檢測(cè)，測(cè)定糖漿水不溶物顆粒的污染程度，判斷糖漿是否符合煮糖生廣需要；
B.糖漿氣泡檢測(cè)，測(cè)定糖漿內(nèi)部氣泡數(shù)量和容積，判斷實(shí)際需要入罐的糖漿量；
C.糖漿內(nèi)大粗?；蛏弦淮沃筇窍垂藓髿埩粝碌臍埓嫖餀z測(cè)，測(cè)定糖漿內(nèi)部的大顆粒物殘存情況，以便判斷出的顆粒對(duì)煮糖過(guò)程的影響，并采取措施處理；
對(duì)于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目A中的不溶物污染顆粒、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目B中的糖漿氣泡數(shù)量和容積、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目C中的糖漿內(nèi)部大顆粒物殘存數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，超出質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行警報(bào)預(yù)警。
[0016]進(jìn)一步的，步驟(2)中，對(duì)煮糖罐內(nèi)的內(nèi)容物處于種晶階段時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括以下內(nèi)容:
A.在種晶整理階段檢測(cè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)晶種顆粒尺寸，計(jì)算晶體數(shù)量，給煮糖參數(shù)調(diào)整通過(guò)有效數(shù)據(jù)；
B.在起晶階段，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)晶數(shù)量與起晶過(guò)程時(shí)間的線(xiàn)形關(guān)系是否向著良性方向發(fā)展；
對(duì)于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目A中的壞種數(shù)量、種子尺寸進(jìn)行檢測(cè)，超出質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行警報(bào)預(yù)塾目ο
[0017]步驟(2)中，對(duì)煮糖罐內(nèi)的內(nèi)容物處于結(jié)晶階段時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括以下內(nèi)容:
A.從種晶開(kāi)始第10分鐘至結(jié)束時(shí)的實(shí)時(shí)結(jié)晶變化狀態(tài)；
B.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)過(guò)程中的結(jié)晶尺寸，并自動(dòng)計(jì)算晶粒的平均粒徑；
C.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的廢砂、偽晶或微晶的數(shù)量；
對(duì)于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目B中超出范圍的結(jié)晶平均粒徑和變異系數(shù)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目C中的廢砂顆粒數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，超出質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行警報(bào)預(yù)警。
[0018]進(jìn)一步的，步驟(2)中，不同批次間煮糖