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                                  【技術進步】過程質量視覺系統(PQV)在機外涂布紙機上的應用

                                  來源:漿紙技術 編輯:許霞 時間:2020-04-23
                                  導讀:山東華泰紙業股份有限公司年產70萬噸機外涂布紙機(以下簡稱華泰PM8)主要由紙機、再卷機、涂布機組成,可生產雙膠紙、銅版紙、輕涂紙等多個品種。華泰PM8采用Valmet第一代PQV(ProcessQuality Vision)過程質量視覺系統,將斷紙監控WBA和紙病檢測WIS功能整合
                                   

                                  許霞 女士

                                  自動化工程師;

                                  主要負責藍天銅版紙公司自動化儀器儀表的維護和運行。

                                  山東華泰紙業股份有限公司年產70萬噸機外涂布紙機(以下簡稱華泰PM8)主要由紙機、再卷機、涂布機組成,可生產雙膠紙、銅版紙、輕涂紙等多個品種。華泰PM8采用Valmet第一代PQV(ProcessQuality Vision)過程質量視覺系統,將斷紙監控WBA和紙病檢測WIS功能整合在一個系統里。

                                  斷紙監控WBA的概念:檢測、記錄斷紙原因、追蹤記錄紙頁邊部形成紙病的原因。紙病檢測WIS的概念:檢測塵埃、斑點、條痕、褶皺、孔洞、破邊、漏涂、刮線、背輥印等外觀紙病。由于紙機生產的原紙需經過再卷機補洞、修邊處理,通過飛接裝置用于涂布紙的生產。對于斷紙監控、紙病檢測系統的穩定性和準確性要求非常高。生產過程中出現假紙病、漏拍等問題會造成涂布機斷紙,直接影響車間的運行效率。因此PQV系統是生產過程中的一個重要環節,相當于操作人員的眼睛,在生產過程中起到了重要作用。

                                   

                                  1 PQV系統的組成

                                  如圖1所示,PQV系統由紙機和涂布機兩套系統組成:一部分為紙機PQV系統,由PM斷紙監控WBA、PM紙病檢測WIS、標識器、再卷機CodeReader讀碼器、控制柜、DS服務器和CS服務器、操作站組成;另一部分為涂布機PQV系統,由OMC斷紙監控WBA、OMC紙病檢測WIS、控制柜、上位機DS服務器和CS服務器、操作站組成。                    

                                   

                                  2  硬件配置

                                  2.1PM&OMC斷紙監控WBA

                                  如圖2所示,斷紙監控攝像頭在紙機PM安裝22臺,在涂布機OMC安裝13臺。

                                  紙機PM:網部2臺、壓榨部4臺、前烘6臺、施膠4臺、后烘2臺、壓光1臺、卷取前切邊2臺、卷取1臺。涂布機OMC:放卷前2臺、放卷后2臺、四個涂布頭8臺、卷取1臺。

                                  硬件組成如下:

                                  (1)相機&鏡頭:黑白、高速、高分辨率逐行掃描技術。

                                  (2)LED燈板:采用LED光源,發熱量小、壽命長、亮度高。

                                  (3)前置玻璃、雨刷、沖洗水噴嘴:高透光度、定時噴水沖洗保證光潔度。

                                  (4)水源、氣源:沖洗前置玻璃,攝像機內保持正壓。

                                  (5)I/O卡:調節相機亮度Iris、聚焦Focus、變焦Zoom。

                                  (6)視頻轉化卡:連接相機視頻信號轉化為光纖信號去機柜室IAP卡,并通過光纖接受來自系統的命令,并將這些命令傳輸給攝像機。

                                  (7)電磁閥:沖洗水電磁閥、雨刷擺動電磁閥。

                                  2.2PM紙病檢測(WIS)

                                  如圖3所示,PM紙病檢測攝像頭共24臺,位于紙機卷取前、掃描架后。采用穿透式燈梁,用于檢測原紙孔洞、褶子、半透明、塵埃、異物、破邊等紙病。其硬件組成分為相機梁、燈梁、光纖箱、控制箱、操作箱。

                                  2.2.1相機梁

                                  (1)相機&鏡頭:先進的高速逐行掃描技術,完全可編程,高分辨率,漸進式掃描CCD黑白相機。

                                  (2)相機快門:采用FESTO單作用氣缸,用于推動相機梁擋板,相機工作時打開,保持相機梁內衛生,保持鏡頭的清晰度。

                                  (3)供電電源、電纜槽:內有12VDC相機電源、5VDC視頻轉化卡電源。

                                  (4)冷卻氣:保證正壓通風,由單獨風機供風,相機具有溫度檢測報警功能。

                                  (5)同步卡:控制相機頻率,保證相機與LED燈同頻率。

                                  (6)視頻轉化卡:連接相機視頻信號轉化為光纖信號,通過光纖箱去機柜室IAP卡,并通過光纖接受來自系統的命令,并將這些命令轉發給攝像機。

                                  2.2.2燈梁

                                  (1)防護玻璃:位于LED燈板上方,用于密封。定期清理表面灰塵、紙末。

                                  (2)LED燈板:采用LED光源,發熱量小、壽命長、亮度高、衰減慢、可調整。

                                  (3)供電電源、電纜槽:內有LED燈板電源、驅動模塊電源。

                                  (4)驅動模塊:接收同步卡的同步頻率信號,輸出多路頻率信號控制燈梁板LED燈頻率,保證相機與LED燈同頻率。

                                  2.2.3操作箱

                                  位于操作側,可進行手動/自動轉化。處于手動狀態時,可進行手動操作打開/關閉相機快門、燈梁上升、下降操作和急停操作。

                                  2.2.4控制箱

                                  (1)西門子CPU:用于控制燈梁上升、下降;與PQV系統I/O卡和MCS系統I/O卡采用硬連線信號。

                                  (2)電源:向燈梁、相機梁提供5VDC、12VDC、24VDC、48VDC、220VAC電源。

                                  (3)氣動閥組:快門電磁閥、梁移動電磁閥。

                                  (4)同步卡:此卡用于控制燈梁板LED燈、相機的頻率,保證兩者同步。

                                  2.2.5光纖箱

                                  來自控制室多芯單股光纜,經光纖盒轉化為2SC多模光纖連接至相機的VicoTech卡。

                                  2.3OMC紙病檢測WIS

                                  如圖4,OMC紙病檢測共安裝2套,每套31臺攝像頭,位于涂布機卷取前。采用低角度反射式燈梁,分別檢測底涂和面涂的涂布紙病。檢測背輥印、刮線、氣泡、漏涂等紙病。硬件組成分為相機梁、燈梁、光纖箱組成(同2.2,此處只介紹與PM不同的鏡頭、燈板)。

                                  2.3.1相機梁

                                  相機&鏡頭:黑白、高速、高分辨率、逐行掃描技術。

                                  2.3.2燈梁

                                  LED燈板:采用LED光源,頂部有透鏡、48VDC,發熱量小、壽命長、亮度高、衰減慢、可調整。

                                  2.4控制柜

                                  紙機PQV系統與涂布機PQV系統的控制柜布置和結構是一致的,分別位于干部、涂布控制室。與現場斷紙監控、紙病檢測、MCS、傳動、標識器、再卷機CodeReader讀碼器等采用不同的方式連接和通訊。柜門前后開門分為前后兩部分,具體如下:

                                  (1)機架:采用24VDC、5VDC、3.3VDC供電。

                                  (2)IAP卡:是這個系統的核心,通過光纖電纜接收來自現場相機的視頻信號,對視頻進行處理、分析、識別、分類、存儲,也可向相機發送命令和參數。通過內部計算將分析的數據通過網口通訊到24口交換機,另有2路視頻四通道輸出50幀/秒流視頻經同軸電纜到操作室用于視頻顯示。每塊卡有4路輸入接4臺相機。

                                   

                                  (3)開關電源:220V 9.5A可提供24VDC、5VDC、3.3VDC。

                                  (4)24口交換機:連接CS、DS服務器、操作站、IAP卡、MCS通訊。

                                  (5)Date ServerDS服務器:數據服務器采用HP服務器Windows 2003 server,運行SQL數據庫、I/O卡件、通訊協議等多個組件,用于存儲斷紙記錄。

                                  (6)Camera serverCS服務器:相機服務器采用HP服務器Windows 2003server,運行Server Manager、Autolight等多個組件,用于存儲紙輥紙病記錄。

                                  (7)操作站OPS:濕部、干部、再卷機、涂布機各有一臺操作站。

                                  (8)I/O卡:來自MCS、標識器、控制箱等多處的信號交換,如換卷、斷紙、全幅、車速、引紙板位置、燈梁位置、遠程、紙邊等均采用硬連線;與DS服務器采用RJ45網線通訊;與ABB傳動采用Profibus通訊。

                                  (9)西門子DP-DP Coupler & OZD:與ABB傳動采用profibus通訊、信號轉換和傳輸。

                                  2.5標識器

                                  如圖5,標識器將紙頁長度通過噴碼的形式將代碼標記在紙張上,由再卷機CodeReader讀碼器進行識別。其由三部分組成:Marker站、操作站、墨水站。

                                  2.5.1Marker站

                                  由紙邊檢測、噴嘴、噴槍電磁閥、噴氣電磁閥、φ6mm墨水管路、φ6mm氣管路、φ6mm水管路、信號線、行程限位、按鈕箱等組成。

                                  2.5.2操作站

                                  由CPU、接線端子、繼電器、電源、與PQV系統的信號交換、顯示面板等組成。

                                  2.5.3墨水站

                                  由墨水桶、液位開關、壓力開關、氣源、水源、電磁閥、調壓閥、過濾器等組成。

                                  其工作原理為:當收到紙頁全幅信號,處于自動狀態時,marker站自動進入紙頁,當檢測到紙邊光眼時停止運行,紙輥臨落輥前1000m線長每200m噴碼一次,其余線長每1000m噴碼一次。斷紙時自動退回,檢測到后退行程限位時停止。根據車速、線長對紙輥進行噴碼便于再卷機讀取標識,從而確定準確位置進行紙病處理。手動狀態下可以通過按鈕箱進行操作,前進、后退、噴碼的功能。

                                  2.6再卷機CodeReader讀碼器

                                  安裝于再卷機傳動側,用于檢測紙機原紙的Marker標識線,通過CodeReader相機進行逐行掃描,并實時將所捕獲圖像轉化為電信號通過光纖傳輸至IAP卡。運用圖像處理算法對Marker標識線進行識別,從而確定線長。在再卷機操作站上將PM紙病檢測記錄的紙病進行選擇,將可能會造成涂布機斷紙的孔洞、破邊、褶子、裂紋進行選擇,紙病選擇后可精確到具體的CD、MD位置。通過CodeReader相機讀碼同步后,控制傳動電機速度和停止位置。傳動電機的控制由板卡最后一個卡件ProfibussDP經西門子DP-DP Coupler和Profibus OZD信號轉化后進行通訊的?蓪⒓堩撏V沟奈恢镁_到2m,運行狀態良好。

                                   

                                  3  工作原理

                                  斷紙監控WBA與紙病檢測WIS的工作原理基本一致。

                                  3.1斷紙監控WBA

                                  如圖6所示,斷紙監控系統采用高分辨率線CCD相機,同步控制LED燈脈沖,經Cameralink線連接到VicoTech卡,實時將所捕獲圖像視頻信號轉化為數字光纖信號,傳輸IAP卡,運用圖像處理算法對紙幅圖像進行處理并儲存。當接收到MCS發來的斷紙信號時,將斷紙前8秒(可設置項)圖像視頻進行存儲記錄,用于查看斷紙原因和斷紙位置,從而分析斷紙原因,圖像為完整的原始圖像。

                                   

                                  路徑:WBA相機Camera→經CameraLink電纜→Vicotech→光纖→IAP→以太網→Switch→Server→以太網→Switch→操作站OPS

                                  3.2紙病檢測WIS

                                  如圖7所示,紙病檢測系統其基本原理是:運用多臺與車速同步的高分辨率線CCD相機,對經光源反射(OMC)或透射(PM)的紙幅進行逐行掃描,并實時將所捕獲圖像視頻信號轉化為數字10字節光纖信號傳輸至IAP卡。對視頻進行處理、分析、識別、分類、存儲,也可向相機發送命令和參數。通過內部計算將分析的數據通過24口交換機與服務器、操作站進行數據交換。將紙幅各種紙病圖像進行處理并儲存,并在操作界面上實時顯示和記錄?刹榭醇埐☆愋、大小、數量等,能精確到CD/MD位置,找到關鍵的質量問題點,并追蹤其在過程中形成的原因。紙病為裁剪的有缺陷的圖像。

                                  路徑:WIS相機Camera→經CameraLink電纜→Vicotech→光纖→IAP→以太網→Switch→Server→以太網→Switch→操作站OPS

                                   

                                   

                                  4  服務器運行組件

                                  DS服務器和CS服務器運行各種組件,其中DS服務器的組件為:(1)服務器管理器,負責所有組件的運行,系統啟動時自動啟動,某些組件關閉時,將自動重啟該組件;(2)與數據庫SQL的通訊;(3)處理本地和遠程操作員站數據應用;(4)管理I/O以及其他外部接口;(5)負責與IAP卡的通訊;(6)負責將影像(紙病、序列)存儲到磁盤并進行磁盤清理;(7)管理WBA、WIS錄制;(8)用于同步地向攝像機發送/接收信息;(9)管理與紙輥有關的信息,如換卷、線長、速度等信息;(10)與I/O模塊一起生成噴涂所需的信號,出現周期性紙病時標記和報警。

                                  CS服務器的組件組成:(1)服務器管理器,負責所有組件的運行,系統啟動時自動啟動,某些組件關閉時,將自動重啟該組件;(2)負責紙病的處理,如合并、剪切幀;(3)通訊管理;(4)磁盤管理;(5)相機管理;(6)分類器將每種紙病最終分類和命名,與磁盤管理器組件合作,將影像存儲到硬盤;(7)根據參考相機的GrayLevel自動調整燈光;(8)計算紙頁寬度,跟蹤相機的邊緣位置等。

                                   

                                  5  生產中的應用

                                  操作室內顯示器實時顯示當前的斷紙監控攝像機的實時畫面,出現斷紙信號時,會將斷紙信號前幾秒的視頻進行存儲,形成一次斷紙記錄(在管理員權限可以自行修改存儲時間和長度),自動檢測出斷紙原因并標識出斷紙位置,各個斷紙相機記錄斷紙瞬間的錄像,從而查找出斷紙具體原因,是裂口、破邊、壓榨部真空波動、毛布趕褶等多種原因,從而有利于改善生產狀況和提供指導性建議。

                                  紙病檢測界面實時顯示紙病相機拍攝的全幅紙病圖片,圖片信息包括:大小、面積、CD/MD位置、紙病類型、時間等信息。對周期性紙病進行提醒和報警。當發生邊部紙病裂口、褶子時,會自動發出斷紙記錄存儲,從而查找形成紙病的原因,生產人員可及時進行解決。

                                  通過SNS軟件可對斷紙相機照射的關注區域進行調整,可讀取和修改相機Zoom、Focus、Iris、ROI等參數并根據現場的工況進行調整。通過TESTCLENT軟件對IAP卡進行狀況、參數和版本的修改。通過CalibrationTool軟件對相機溫度、Gray Level、Gain、camera、Windows等參數進行監控和修改(圖8)。

                                  紙病檢測界面實時顯示紙病相機拍攝的全幅紙病圖片,圖片信息包括:大小、面積、CD/MD位置、紙病類型、時間等信息,對周期性紙病進行提醒和報警。當發生邊部紙病裂口、褶子時,會自動發出斷紙記錄存儲,從而查找形成紙病的原因,生產人員可及時進行解決。紙頁中的塵埃、油污、黑異物、透明點等任一紙病可以精確到0.5mm,根據數量的多少和分布情況為生產提供良好的視覺界面(圖9)。

                                  再卷機通過查看紙病記錄選擇需要修補的紙病,將其選中,通過codereader攝像機讀取標識器的打碼線來確定當前線長具體位置,通過ABB傳動控制將設備停止在精確位置,進行紙病修補(圖10)。

                                  6  日常維護

                                  相機、鏡頭屬于高精度的測量裝置,其使用壽命、出現問題的頻率、測量的準確性,與日常的維護和保養是密切相關的。做好日常巡檢、衛生清理、周期性維護記錄是工作重點。

                                  (1)每天巡檢斷紙監控、紙病檢測相機溫度,保證溫度低于50℃。

                                  (2)每周清理供風風機濾網一次,保證濾網完整和清潔;定期更換濾網。

                                  (3)定期檢查斷紙攝像機水源、氣源質量,定期更換過濾器濾芯。

                                  (4)每十天清理一次marker標識器噴嘴衛生,保證噴嘴周圍干凈,防止濺料。

                                  (5)每次停機,清理燈梁玻璃衛生。

                                  (6)每半年清潔一次相機鏡頭。

                                   

                                  7  故障處理

                                  PQV系統運行比較穩定,做好日常維護可大大降低故障頻率。

                                  7.1斷紙監控未錄像

                                  (1)檢查斷紙信號是否正常。

                                  (2)檢查相機狀態是否正常。

                                  (3)手動錄像一次是否正常。

                                  (4)檢查系統時間是否同步。

                                  7.2紙病檢測無紙病顯示

                                  (1)檢查現場燈梁、相機梁供電是否正常。

                                  (2)與I/O通訊是否已連接,車速信號是否正常。

                                  (3)CS、DS服務器組件是否已正常啟動。

                                  (4)全幅信號、卷取換卷信號是否為1。

                                  (5)參考相機和同步相機信號是否正常。

                                  (6)重啟CS、DS服務器組件。

                                  7.3紙病檢測某一相機無紙病

                                  (1)通過Calibration Tool軟件查看該相機對應的IAP卡狀態,如顯示藍色為IAP卡故障,需更換IAP卡。如果顯示No signal表示此通道不正常。

                                  (2)將該相機與其他通道相機對調光纖,再次確認故障原因來自現場還是IAP卡;若來自IAP卡需要將此卡更換。

                                  (3)對調現場視頻轉化卡。

                                  (4)對調現場光纖。

                                  (5)對調現場相機。

                                   

                                  8 結束語

                                  隨著社會的發展和進步,對紙張的要求越來越高,在生產過程中,造成的一些外觀紙病,如:塵埃、斑點、褶皺、破邊、背輥印等會嚴重影響紙張的質量,極易造成紙張的成品率下降和客戶投訴。紙病檢測是生產過程中的一個重要環節,PQV過程質量視覺系統在華泰PM8得到了良好的應用。相當于設備的眼睛,將問題發現并記錄下來。實踐運行證明這套紙病檢測系統具有較高的準確率和穩定性,為穩定產品質量提供了很好的幫助。


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