１．前言

在經歷了高科技、信息化的洗禮之后，和其他行業(yè)一樣煙草機械生產也步入了一個飛速發(fā)展的階段。由于煙草機械生產的環(huán)境比較惡劣，對于煙草生產中機械設備的可靠性提出了很高的要求。在經歷了不斷的嘗試、摸索和實踐，實時控制系統(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械行業(yè)的各個角落。

２．實時系統(tǒng)的簡介及其特點

２．１實時控制系統(tǒng)（ＲＴＣＳ）

實時系統(tǒng)就是對外來事件在限定時間內能做出反應的系統(tǒng)?，F(xiàn)代實時控制系統(tǒng)通常是基于一個實時內核，多個閉環(huán)控制任務在內核的基礎上競爭性地使用共享的處理器時間。因此，處理器的時間被當作是一種最重要的資源，需要一定的調度算法來將其分配給各個任務。

２．２實時控制系統(tǒng)的特點

實時控制系統(tǒng)必須具備有實時性和處理異步并發(fā)事件的能力。所謂實時性既是軟件對多個在同一時間段內同時發(fā)生的外部事件做出反應的時間必須要短，并且一些還需要是確定的、可重復實現(xiàn)和可預測的。而又處理異步并發(fā)事件的能力則是指有些事件經常同時出現(xiàn)，并且突發(fā)時間是隨機的，軟件也應能對這類外部事件進行有效處理。同時實時控制系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點…：

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

（２）成本大大降低，隨著高新技術的不斷發(fā)展，半導體產品將會越來越好，價格也會越來越低。

（３）新產品開發(fā)周期大為縮短。

（４）延長產品壽命，由于實時系統(tǒng)能減少元件數(shù)量也即減少了可能的故障點，其可靠性得到了很好的保證。

３．在線實時光電分揀系統(tǒng)用于煙葉雜質剔除

目前，國內煙草業(yè)越來越重視香煙的品質，而去除煙草中異物這一技術問題是達到這一目標的關鍵技術之一，近幾年來，對煙草分揀設備的需求一直是煙草業(yè)中為數(shù)不多的增長領域之一。

３．１在線實時光電分揀系統(tǒng)簡介

生產線上的雜物一般可分為金屬性質和非金屬性質兩大類，對于金屬雜物，可在生產線上增加永久磁鐵或金屬探測等裝置，投資不大且效果好；對于非金屬雜物，國內主

要依靠生產線上的專業(yè)操作人員憑肉眼去辨別、剔除，剔除效果與操作人員的經驗、責任心有很大關系，其剔除效果難以保證。國外則基于光電檢測技術、高速計算技術、圖像處理技術發(fā)展了在線實時光電分揀系統(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)來說明實時系統(tǒng)在煙草行業(yè)的應用。

３．２系統(tǒng)原理結構

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

物料輸送裝置分為進料輸送機、回收裝置兩個部分。

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

數(shù)據采集部分通過專用的電纜連接光電傳感器來采集數(shù)據，然后將這些數(shù)據實時的傳輸?shù)綌?shù)據處理單元的存儲器中。數(shù)據處理單元采用高速的計算器件對傳輸過來的數(shù)據進行實時的分析和處理，然后將處理結果通過結果輸出單元發(fā)送給高速剔除裝置。

可以看出，光學及圖像處理部分所傳輸給計算機的信息可以看成是數(shù)字圖像數(shù)據。因此計算機的主要任務就是對這些圖像數(shù)據進行處理，然后得出雜質所處的位置坐標信息傳輸給高速剔除系統(tǒng)。同時為了提高分揀系統(tǒng)適應性，分揀系統(tǒng)軟件邵分通常提供處理參數(shù)自動生成功能，即利用模式識別技術來根據物料的特點自動生成圖像處理所需的處理參數(shù)。

３．３圖像分割技術處理分揀軟件對于正常煙葉還是雜質的判斷主要是通過顏色、形狀、面積、紋理等來進行分辨。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來進行描述㈦。

３．３．１灰度法分割

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

３．３．２用色彩法對圖像進行分割

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。不僅三個顏色維度都可單獨的作為閥值信息，而且他們之間的相互關系包含更多的閥值信息。三原色間的相互關系可以分為線性和非線性兩種，線性關系表達的計算比非線性關系簡單，在實際中有著廣泛的應用。

在煙葉制造生產過程中，正常煙葉的顏色呈黃色或金黃色，雜質（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)運行前取一批標準的煙葉進行采樣，得到三原色Ｒ、Ｇ、Ｂ的平均值及其方差，然后根據色彩法劃定閥值范圍。然后以此作為標準對原材料的采集圖像進行預分割，其分割的流程如圖２所示。

因為設備必須滿足于實時性要求，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方形，然后對其進行分割為小方塊，判斷小方塊內是否有雜質用來作為剔除裝置的動作的條件。

４．實時系統(tǒng)在其他方面的應用

實時系統(tǒng)除了用于煙葉的雜質剔除外，還廣泛的應用到煙草機械生產的很多領域，在這里只是對其在其他機械中的應用進行一下簡要的介紹。

（１）用于卷接機組上的實時控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要完成兩個主要功能：一是監(jiān)測設備的整個生產過程，并能夠采集各項相關數(shù)據并進行報表顯示。第二個功能是在一定范圍內調整煙支的重量，輔助調節(jié)切刀的位置，跟蹤并剔除檢測到的不合格煙支。

（２）用于軟包線的產品檢測，由于軟包的外包裝比較軟，容易變形，所以檢測軟包是所有檢測中最難的。對于軟包，一個最主要的問題是表面破損。而檢測主要包含商標打印；頂部小花；頂部和底部的內部包裝質量，內包裝和外包裝的相關位置檢測等。因為生產線的速度非?？欤ǎ栋耄┒鴻z測任務又非常復雜和緊急，所以使用智能視覺傳感器來完成檢測任務和邏輯運算工作，該視覺傳感器在０．４毫秒內捕捉圖像并將其發(fā)送到內部處理器中。

５．總語

在過去的幾十年中，機械與電子逐漸融合在一起成為現(xiàn)代工業(yè)生產的主力軍，其性能的優(yōu)劣直接決定了一個企業(yè)的發(fā)展前途，而作為生產機械神經的控制系統(tǒng)則很大程度上反映了整個機械系統(tǒng)的性能。實時系統(tǒng)作為一種能夠迅速、及時、高效、準確的調度整個系統(tǒng)協(xié)調工作、使得機械性能的發(fā)揮達到最優(yōu)化的控制系統(tǒng)被廣泛應用于各行各業(yè)。而實時系統(tǒng)及其應用開發(fā)環(huán)境也逐漸向超微內核、開放、集成的方向發(fā)展，這也將在不久的將來進一步推動煙草行業(yè)以及其他工業(yè)的飛速發(fā)展。

來源：三億文庫