通過高清視頻在線檢測實現煮糖自動控制的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及制糖領域，特別是一種通過高清視頻在線檢測實現煮糖過程中對糖漿、晶種、結晶數量、大小尺寸和質量的自動控制的系統及方法。
【背景技術】
[0002]在制糖工藝過程中，煮糖是最關鍵和重要的環節。糖漿經過繼續濃縮至過飽和度后投入晶種把糖晶核逐漸養大，最后生成糖糕經分蜜生產出白砂糖。整個煮制過程中需要對糖漿、種子和養晶過程不斷監控和工藝調整，使煮糖過程的過飽和度維持在一個穩定的區間，晶種慢慢吸收糖分變大，從而避免起廢砂或不正常的結晶生成而導致產品質量下降，影響顆粒的均勻度和品質。
[0003]目前，國內用于結晶的設備主要有間歇煮糖罐和連續煮糖罐，通過幾年的自動化摸索以及吸收國外的自動化技術，煮糖的自動化已經能夠代替部分人工操作過程。現有的自動煮糖技術通過在線檢測糖糕的錘度、溫度以及電導率來推測工藝過程的控制，這種依靠經驗的測算的控制方式雖然一定程度上減輕了操作人員的勞動強度，并使操作過程變得簡單。但是，煮糖過程是一個復雜的工藝過程，除了與煮糖的工況參數如加熱溫度、晶液比、真空度和錘度等有關外，更重要的是煮制過程對晶粒大小、晶粒數量以及晶粒的均勻度的控制，而關于煮糖過程對養晶的控制是目前自動煮糖技術無法解決的難題，主要還是依靠人工通過煮糖罐的采樣棒采樣來做出判斷后，再對煮糖工藝做出調整，這樣既消耗人工又不利于煮糖過程晶種的正常生長，當過多的人工干預煮糖過程，往往容易導致該編號白糖產品的質量下降，甚至導致色值、混濁度的增高而要做回溶處理。
[0004]煮糖過程就是要控制好在煮糖過程中的糖膏保持最適合的過飽和度，使糖膏始終保持在養晶飽和區內進行煮煉；目前這一過程的控制是充分利用現有的煮糖儀器，提供煮煉過程的參數，再依靠煮糖人員通過實踐、積累豐富的經驗來進行操作，及時發現和處理問題。使煮糖過程從起晶到卸糖都能控制在1.1?1.3的過飽和度范圍內進行。煮糖過程主要包括取種、整理、養晶和濃縮4各步驟完成，在這個過程中，煮糖的工況受到晶種的質量、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有的檢測儀表條件下，對自動化煮糖技術的實用性提出了很大的難題，也是業內急需解決的技術瓶頸。國內自行研制開發的計算機煮糖系統目前正在摸索階段，據相關報道，目前國內自動煮糖主要有以下三種:
1、儀表采集煮糖過程糖液錘度、電導率、真空度、蒸汽壓力等數據到計算機上集中顯示，由煮糖工監視數據并結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，判斷能進一步吸收的程度、糖液錘度的高低，并據此判斷決定下一步的操作;這種方式由于糖液成分復雜，影響結晶的因素又多，在生產中仍然需要有經驗的煮糖工進行全面的觀察、分析和判斷，并據此給定各種適宜的工藝參數;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的以糖液溫度來作為控制煮糖過程的操作方法;這種方法需根據當時的糖液純度實測起晶點和溶晶點來作為實際操作的依據；由于糖廠甘蔗變化極大，每隔幾天就需執行測罐操作，測罐費時、操作繁鎖，應用極不方便。
[0006]3、運用人工神經元建模，編寫自動控制煮糖程序實現的計算機煮糖方式;這種方式由于其采用Bp網絡模型，且煮糖過程中相互影響因素極多，另外，糖廠原料和工藝調整極大，造成煮糖效果時好時壞的現象。
[0007]上述國內自動煮糖系統都存在以下共同的缺點:
1、沒有煮糖過程實時結晶尺寸、結晶數量的檢測和計算；
2、沒有在煮糖過程中出現廢砂、偽晶、粘晶以及顆粒不均勻等不符合煮糖需要項的警報；
3、沒有煮糖過程檢測數據保存以查詢對比工具，缺乏可追溯性。
[0008]煮糖實際生產的在線晶粒大小檢測是目前煮糖自動化最大的難題，通過現代高清視頻應用技術，檢測出煮糖過程控制糖漿、晶種、結晶數量、大小尺寸和質量的工藝過程是非常有必要的。
【發明內容】
[0009]本發明提供了一種通過高清視頻在線檢測實現煮糖自動控制的系統及方法，可通過現代視頻應用技術，檢測出煮糖過程糖漿、晶種、結晶數量、大小尺寸和質量并加以控制的工藝過程，并與當前計算機網絡技術和現有的自動煮糖技術結合，實現了煮糖過程的自動化控制，減少人工操作帶來的不穩定因素。
[0010]為實現上述目的，本發明的技術方案為:
一種通過高清視頻在線檢測實現煮糖自動控制的系統，包括檢測裝置和計算機視頻控制裝置;所述檢測裝置包括光源發生器、光源分布器、檢測玻璃和高清攝像機，所述光源發生器通過光纖與光源分布器連接，光源通過光纖輸送到光源分布器，光源分布器設在檢測玻璃前方且將光線投射在檢測玻璃上，檢測玻璃的后方設有高清攝像機，高清攝像機與計算機視頻控制裝置連接，并將從檢測玻璃上獲取的煮糖罐中內容物動態實時圖像通過信號傳輸至計算機視頻控制裝置，計算機視頻控制裝置內設有包含圖像處理模塊、數據計算模塊和對比分析模塊的控制器，還設置有數據庫，數據庫內儲存有用于對比的質量控制標準。
[0011]進一步的，所述檢測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，鏡面清洗器向檢測玻璃和光源分布器噴入工藝熱水，用于清洗檢測玻璃和光源分布器。
[0012]進一步的，檢測裝置的光源分布器、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，檢測玻璃嵌在煮糖罐壁上，高清攝像機、計算機視頻控制裝置、后段光纖集成在一個盒子里。
[0013]更進一步的，計算機視頻控制裝置還與其他檢測儀表相連，其他檢測儀表包括錘度計、電導率儀、溫度計和壓力表，將包括糖漿錘度、電導率、蒸汽壓力和真空度在內的檢測數據與高清攝像機采集的動態實時圖像一同傳輸至計算機視頻控制裝置。
[0014]—種利用以上所述的通過高清視頻在線檢測實現煮糖自動控制的系統進行自動控制的方法，包括以下步驟:
(1)將檢測裝置的檢測玻璃通過安裝法蘭嵌在煮糖罐壁上；
(2)通過高清攝像機對煮糖罐中的內容物處于糖漿階段、種晶階段和結晶階段時的狀態進行實時監測；
(3)高清攝像機將采集的動態實時圖像傳輸至計算機視頻控制裝置，計算機視頻控制裝置接收到高清攝像機的信號后，通過圖像處理模塊、數據計算模塊和對比分析模塊對圖像進行數據轉化、統計、分析，并與不同批次間煮糖罐中內容物的圖像和分析數據、或內容物的質量控制標準進行對比；
(4)對步驟(3)的對比結果進行分析，對于超出質量控制標準的情況進行警報預警；
(5)將每個批次間煮糖罐中內容物的視頻、圖像和檢測數據都發送至數據庫進行存儲。
[0015]進一步的，步驟(2)中，對煮糖罐中的內容物處于糖漿階段時的狀態進行實時監測包括以下內容:
A.對煮糖漿進行污染顆粒檢測，測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，測定糖漿內部氣泡數量和容積，判斷實際需要入罐的糖漿量；
C.糖漿內大粗粒或上一次煮糖洗罐后殘留下的殘存物檢測，測定糖漿內部的大顆粒物殘存情況，以便判斷出的顆粒對煮糖過程的影響，并采取措施處理；
對于監測項目A中的不溶物污染顆粒、監測項目B中的糖漿氣泡數量和容積、監測項目C中的糖漿內部大顆粒物殘存數量進行檢測，超出質量控制標準的進行警報預警。
[0016]進一步的，步驟(2)中，對煮糖罐內的內容物處于種晶階段時的狀態進行實時監測包括以下內容:
A.在種晶整理階段檢測測量區域內晶種顆粒尺寸，計算晶體數量，給煮糖參數調整通過有效數據；
B.在起晶階段，實時監測結晶數量與起晶過程時間的線形關系是否向著良性方向發展；
對于監測項目A中的壞種數量、種子尺寸進行檢測，超出質量控制標準的進行警報預塾目ο
[0017]步驟(2)中，對煮糖罐內的內容物處于結晶階段時的狀態進行實時監測包括以下內容:
A.從種晶開始第10分鐘至結束時的實時結晶變化狀態；
B.實時監測整個過程中的結晶尺寸，并自動計算晶粒的平均粒徑；
C.實時監測整個過程中出現的廢砂、偽晶或微晶的數量；
對于監測項目B中超出范圍的結晶平均粒徑和變異系數、監測項目C中的廢砂顆粒數量進行檢測，超出質量控制標準的進行警報預警。
[0018]進一步的，步驟(2)中，不同批次間煮糖