１．前言

在經(jīng)歷了高科技、信息化的洗禮之后，和其他行業(yè)一樣煙草機(jī)械生產(chǎn)也步入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。由于煙草機(jī)械生產(chǎn)的環(huán)境比較惡劣，對(duì)于煙草生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備的可靠性提出了很高的要求。在經(jīng)歷了不斷的嘗試、摸索和實(shí)踐，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)作為一種高速度、高可靠性的控制方法被廣泛的引用到煙草機(jī)械行業(yè)的各個(gè)角落。

２．實(shí)時(shí)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)

２．１實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)（ＲＴＣＳ）

實(shí)時(shí)系統(tǒng)就是對(duì)外來事件在限定時(shí)間內(nèi)能做出反應(yīng)的系統(tǒng)。現(xiàn)代實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)通常是基于一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，多個(gè)閉環(huán)控制任務(wù)在內(nèi)核的基礎(chǔ)上競(jìng)爭(zhēng)性地使用共享的處理器時(shí)間。因此，處理器的時(shí)間被當(dāng)作是一種最重要的資源，需要一定的調(diào)度算法來將其分配給各個(gè)任務(wù)。

２．２實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)必須具備有實(shí)時(shí)性和處理異步并發(fā)事件的能力。所謂實(shí)時(shí)性既是軟件對(duì)多個(gè)在同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)發(fā)生的外部事件做出反應(yīng)的時(shí)間必須要短，并且一些還需要是確定的、可重復(fù)實(shí)現(xiàn)和可預(yù)測(cè)的。而又處理異步并發(fā)事件的能力則是指有些事件經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，并且突發(fā)時(shí)間是隨機(jī)的，軟件也應(yīng)能對(duì)這類外部事件進(jìn)行有效處理。同時(shí)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)…：

（１）產(chǎn)品的可靠性和集成度大大提高，由于采用嵌入技術(shù)方便與器件的更換和升級(jí)。

（２）成本大大降低，隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)品將會(huì)越來越好，價(jià)格也會(huì)越來越低。

（３）新產(chǎn)品開發(fā)周期大為縮短。

（４）延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)能減少元件數(shù)量也即減少了可能的故障點(diǎn)，其可靠性得到了很好的保證。

３．在線實(shí)時(shí)光電分揀系統(tǒng)用于煙葉雜質(zhì)剔除

目前，國(guó)內(nèi)煙草業(yè)越來越重視香煙的品質(zhì)，而去除煙草中異物這一技術(shù)問題是達(dá)到這一目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一，近幾年來，對(duì)煙草分揀設(shè)備的需求一直是煙草業(yè)中為數(shù)不多的增長(zhǎng)領(lǐng)域之一。

３．１在線實(shí)時(shí)光電分揀系統(tǒng)簡(jiǎn)介

生產(chǎn)線上的雜物一般可分為金屬性質(zhì)和非金屬性質(zhì)兩大類，對(duì)于金屬雜物，可在生產(chǎn)線上增加永久磁鐵或金屬探測(cè)等裝置，投資不大且效果好；對(duì)于非金屬雜物，國(guó)內(nèi)主

要依靠生產(chǎn)線上的專業(yè)操作人員憑肉眼去辨別、剔除，剔除效果與操作人員的經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心有很大關(guān)系，其剔除效果難以保證。國(guó)外則基于光電檢測(cè)技術(shù)、高速計(jì)算技術(shù)、圖像處理技術(shù)發(fā)展了在線實(shí)時(shí)光電分揀系統(tǒng)，取得了較好的效果。本篇論文主要通過介紹光電分揀系統(tǒng)來說明實(shí)時(shí)系統(tǒng)在煙草行業(yè)的應(yīng)用。

３．２系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

在線實(shí)時(shí)光電分揀系統(tǒng)主要由物料輸送裝置、高速剔除系統(tǒng)、光電傳感組件和計(jì)算處理系統(tǒng)四部分組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖１所示。

物料輸送裝置分為進(jìn)料輸送機(jī)、回收裝置兩個(gè)部分。

高速剔除系統(tǒng)通常采用大流量高速氣動(dòng)電磁閥作為剔除裝置，由專門的電路來控制其開合。計(jì)算處理系統(tǒng)將處理結(jié)果以控制信號(hào)的形式發(fā)送給控制電路來控制氣閥的開閉。光學(xué)及圖像處理部分是煙葉雜質(zhì)剔除系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，由照明子系統(tǒng)、圖像采集與處理子系統(tǒng)和電磁氣動(dòng)剔除閥子系統(tǒng)組成。

數(shù)據(jù)采集部分通過專用的電纜連接光電傳感器來采集數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元的存儲(chǔ)器中。數(shù)據(jù)處理單元采用高速的計(jì)算器件對(duì)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和處理，然后將處理結(jié)果通過結(jié)果輸出單元發(fā)送給高速剔除裝置。

可以看出，光學(xué)及圖像處理部分所傳輸給計(jì)算機(jī)的信息可以看成是數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。因此計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)就是對(duì)這些圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后得出雜質(zhì)所處的位置坐標(biāo)信息傳輸給高速剔除系統(tǒng)。同時(shí)為了提高分揀系統(tǒng)適應(yīng)性，分揀系統(tǒng)軟件邵分通常提供處理參數(shù)自動(dòng)生成功能，即利用模式識(shí)別技術(shù)來根據(jù)物料的特點(diǎn)自動(dòng)生成圖像處理所需的處理參數(shù)。

３．３圖像分割技術(shù)處理分揀軟件對(duì)于正常煙葉還是雜質(zhì)的判斷主要是通過顏色、形狀、面積、紋理等來進(jìn)行分辨。不同的分揀軟件通常采用其中一種或者幾種混合判斷。這里主要以顏色作為判斷依據(jù)來進(jìn)行描述㈦。

３．３．１灰度法分割

灰度法分割是一種基于區(qū)域的簡(jiǎn)單技術(shù)，屬總體法。該方法是把每個(gè)象素的灰度值與一個(gè)閥值Ｔ進(jìn)行比較，根據(jù)其是否超過該閥值而將象素歸為兩類中的一類。在圖像內(nèi)容不復(fù)雜、灰度分布較集中的情況下，往往采用最為簡(jiǎn)單的全局閥值，并不考慮圖像中點(diǎn)的位置和臨域局部特征。該方法要求對(duì)景物有均勻的光照，優(yōu)點(diǎn)是可以利用簡(jiǎn)單的查找表技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

３．３．２用色彩法對(duì)圖像進(jìn)行分割

彩色圖像分割與灰度圖像分割的算法相比，大部分的算法思路都差不多，只是彩色圖像所包含的信息量要比灰度圖像大得多。每種顏色都可以由三原色：紅色（Ｒ）、藍(lán)色（Ｂ）、綠色（Ｇ），組成ＲＧＢ顏色空間中包含豐富的閥值信息。不僅三個(gè)顏色維度都可單獨(dú)的作為閥值信息，而且他們之間的相互關(guān)系包含更多的閥值信息。三原色間的相互關(guān)系可以分為線性和非線性兩種，線性關(guān)系表達(dá)的計(jì)算比非線性關(guān)系簡(jiǎn)單，在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用。

在煙葉制造生產(chǎn)過程中，正常煙葉的顏色呈黃色或金黃色，雜質(zhì)（通常麻繩呈褐色、紙片呈白色）與煙葉的顏色有明顯的區(qū)別?？梢栽谙到y(tǒng)運(yùn)行前取一批標(biāo)準(zhǔn)的煙葉進(jìn)行采樣，得到三原色Ｒ、Ｇ、Ｂ的平均值及其方差，然后根據(jù)色彩法劃定閥值范圍。然后以此作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料的采集圖像進(jìn)行預(yù)分割，其分割的流程如圖２所示。

因?yàn)樵O(shè)備必須滿足于實(shí)時(shí)性要求，通常是取幾根掃描線作為一幀圖像，這樣得到的圖像信息通常是長(zhǎng)方形，然后對(duì)其進(jìn)行分割為小方塊，判斷小方塊內(nèi)是否有雜質(zhì)用來作為剔除裝置的動(dòng)作的條件。

４．實(shí)時(shí)系統(tǒng)在其他方面的應(yīng)用

實(shí)時(shí)系統(tǒng)除了用于煙葉的雜質(zhì)剔除外，還廣泛的應(yīng)用到煙草機(jī)械生產(chǎn)的很多領(lǐng)域，在這里只是對(duì)其在其他機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行一下簡(jiǎn)要的介紹。

（１）用于卷接機(jī)組上的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要完成兩個(gè)主要功能：一是監(jiān)測(cè)設(shè)備的整個(gè)生產(chǎn)過程，并能夠采集各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行報(bào)表顯示。第二個(gè)功能是在一定范圍內(nèi)調(diào)整煙支的重量，輔助調(diào)節(jié)切刀的位置，跟蹤并剔除檢測(cè)到的不合格煙支。

（２）用于軟包線的產(chǎn)品檢測(cè)，由于軟包的外包裝比較軟，容易變形，所以檢測(cè)軟包是所有檢測(cè)中最難的。對(duì)于軟包，一個(gè)最主要的問題是表面破損。而檢測(cè)主要包含商標(biāo)打?。豁敳啃』?；頂部和底部的內(nèi)部包裝質(zhì)量，內(nèi)包裝和外包裝的相關(guān)位置檢測(cè)等。因?yàn)樯a(chǎn)線的速度非?？欤ǎ栋耄┒鴻z測(cè)任務(wù)又非常復(fù)雜和緊急，所以使用智能視覺傳感器來完成檢測(cè)任務(wù)和邏輯運(yùn)算工作，該視覺傳感器在０．４毫秒內(nèi)捕捉圖像并將其發(fā)送到內(nèi)部處理器中。

５．總語

在過去的幾十年中，機(jī)械與電子逐漸融合在一起成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主力軍，其性能的優(yōu)劣直接決定了一個(gè)企業(yè)的發(fā)展前途，而作為生產(chǎn)機(jī)械神經(jīng)的控制系統(tǒng)則很大程度上反映了整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的性能。實(shí)時(shí)系統(tǒng)作為一種能夠迅速、及時(shí)、高效、準(zhǔn)確的調(diào)度整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作、使得機(jī)械性能的發(fā)揮達(dá)到最優(yōu)化的控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。而實(shí)時(shí)系統(tǒng)及其應(yīng)用開發(fā)環(huán)境也逐漸向超微內(nèi)核、開放、集成的方向發(fā)展，這也將在不久的將來進(jìn)一步推動(dòng)煙草行業(yè)以及其他工業(yè)的飛速發(fā)展。

來源：三億文庫