一種能效標識檢測與識別系統

趙秋玲+牟海春

摘 要 采用嵌入式視覺系統設計開發了一種能效標識檢測與識別系統，其包括觸摸屏、PLC控制系統、視覺系統和伺服跟蹤裝置。該系統利用嵌入式視覺和PLC技術，自動跟蹤、檢測能效標識，并作出各種判斷和測量。實踐表明，該系統穩定、可靠，在冰箱、洗衣機、空調等生產線上有著極大的應用空間和推廣價值。

關鍵詞 能效標識；嵌入式視覺系統；PLC；檢測與識別；伺服跟蹤

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0024-02

能效標識是附在耗能產品或其最小包裝物上，用來表示產品能源效率等級、產品規格型號等性能指標的一種信息標簽。自2005年3月我國正式實施能效標識制度以來，“能效標識目錄”已覆蓋了冰箱、空調、洗衣機、計算機顯示器、自鎮流熒光燈等近20大類產品。根據對相關生產企業的考察結果表明，目前這些能效標識大都依靠人工檢測，存在出錯率高、勞動力消耗大、檢測效率低和生產成本高等問題。鑒于此，本文以冰箱能效標識檢測為例，設計了一種能效標識檢測與識別系統，其利用機器視覺代替人工視覺，自動完成能效標識的實時跟蹤、攝像、識別和檢測。

1 系統分析與設計

1.1 方案論證與選擇

機器視覺就是利用攝像機、計算機等機器代替人眼作各種測量和判斷，并從產品圖像中提取信息、進行處理并加以分析，最終用于對目標進行實時跟蹤、識別、檢測和控制。從結構組成來分，機器視覺一般分為PC式和嵌入式兩類。嵌入式視覺系統，也稱集成式視覺系統，具有易學、易用、開發周期短、接口標準化等特點?；赑C的視覺系統，價格低、靈活性高、開發周期長，能實現較為復雜的系統功能，但需配置PC機，結構不能模塊化，安裝不方便，可移植性差，與工業上廣泛使用的PLC 接口麻煩。

結合工業現場實際，為了實施跟蹤能效標識位置、有效提取能效標識的信息內容，并判斷粘貼的能效標識是否合格，針對冰箱行業，能效標識檢測與識別采用嵌入式視覺系統，

1.2 系統方案

系統方案如圖1所示，主要由觸摸屏、PLC、標識相機伺服跟蹤裝置、工業智能相機、條碼讀取器和相應的接口組成。

圖1 能效標識檢測與識別系統方案

標識相機伺服跟蹤裝置，需進行非標設計，功能在于通過水平和垂直方向的兩個伺服電機驅動標識相機動作，跟蹤能效標識至最佳位置，拍攝標識圖像。

觸摸屏用于冰箱信息的輸入和顯示、系統參數的設定等，與PLC進行連接，實現人機交互。

條碼讀取器和智能相機組成視覺系統，分別用于對冰箱條碼的識別和能效標識信息的提取。

可編程序控制器PLC與視覺系統通訊，控制伺服跟蹤裝置動作，使能效標識相機實時動作，采集不同型號冰箱的能效標識信息。

冰箱能效標識和條碼信息是一一對應的，能效標識粘貼在冰箱門體右上角，不同型號冰箱，高度、寬度不同，能效標識的粘貼位置也不同，但條碼位置是固定的，其粘貼在冰箱后側靠右下位置?；谶@些工業背景，系統工作過程是：

1）冰箱到條碼讀取器位置，條碼讀取器讀取條碼，傳送給PLC。

2）PLC對條碼信息進行處理，提取冰箱型號信息，計算出冰箱能效標識位置信息，控制伺服電機驅動伺服跟蹤裝置，使能效標識檢測智能相機實現水平和豎直兩個方向運動，移動到能效標識最佳拍攝位置，等待能效標識移動到位。

3）能效標識到位，能效標識智能相機拍攝、處理能效標識圖像，并將冰箱型號等相關信息傳輸給PLC，PLC將能效標識信息與條碼信息比對，判斷能效標識是否有問題，并將相關信息傳送給觸摸屏。

4）如能效標識正確，冰箱放行；如有問題，系統報警，并通過PLC控制冰箱生產線相應配套機械裝置將問題冰箱移送到相應線體。

5）完成一臺冰箱檢驗后，重復前面過程。

2 嵌入式視覺系統選擇

嵌入式視覺系統，也稱為智能工業相機，并不是一臺簡單的相機，而是一種高度集成化的微小型機器視覺系統，它集光源、攝像頭、圖像處理器、標準的控制與通訊接口于一體。智能工業相機內部程序存儲器可存儲圖像處理算法，并能使用PC機，利用專用組態軟件編制各種算法下載到智能相機程序存儲器中，即其為可編程的相機，其可將PC機的靈活性、PLC的可靠性、分布式網絡技術很容易地結合在一起，與PLC通訊方便。

冰箱能效標識檢測與識別嵌入式視覺系統選用美國Cognex公司相關產品，采集方案如圖2所示。能效標識相機采用Insight Micro智能相機系統，型號ISM1400（1/3 inch CCD、FOV 40*30mm），一體化設計，采用Insight專業組態軟件，簡單配置后即可使用。條碼讀取器選用Data Man 60，其基于機器視覺技術讀取條碼，將業界領先的讀碼軟件性能、簡便易用性、照明、攝像頭、處理器和通信功能共同集成于一個體，對嚴重損壞、標記不良、不很清晰的條碼均可實現識別和解碼，讀碼不受照明、標記方法、編碼質量或表面光潔度變化的影響。

圖2 能效標識視覺系統采集方案

采用環形LED光源均勻照亮能效標識符，能效標識相機位于冰箱前方正對標識符，條碼相機置于另一側，外部信號觸發條碼閱讀，相機跟蹤裝置驅動能效標識相機對準能效標識并進行拍照識別。

3 電氣控制系統設計

3.1 硬件選擇

ISM1400智能相機和Data Man 60條碼讀取器支持以太網通訊，綜合考慮各種因素，電氣控制系統選用Siemens公司S7-1200 PLC作為控制核心，結構如圖3所示，具體硬件配置如下。

1）1個CPU1214 DC/DC/DC，14入/10出，帶有2個高速脈沖輸出口和1個集成的PROFINET接口。endprint

高速脈沖口控制伺服驅動裝置水平（X軸）和垂直（Y軸）方向伺服系統工作。PROFINET接口通過開放的以太網協議與第三方設備通訊。

2）1個SM1223數字I/O模塊，DI8×24VDC DO8×RLY。

3）1個CSM1277工業以太網交換機，通過它可實現HMI、智能相機和條碼讀取器多個設備的連接。

4）1個KTP600 Basic PN觸摸屏，制作畫面，顯示、設定系統參數和記錄相關信息。

圖3 電氣控制系統

3.2 程序設計

3.2.1 視覺系統組態

Data Man 60條碼讀取器無需編寫程序，直接可讀取條碼。ISM1400智能相機，用于采集、提取能效標識里冰箱型號信息，利用康耐視專用圖像組態軟件In-Sight ? Explorer進行簡單編程，即可實現字符提取和識別，效果如圖4。

圖4 測試效果

In-Sight ? Explorer視圖功能強大，可靈活、高效地配置視覺工具和處理視覺應用數據。拖放式視覺工具和圖形調色板，加上基于菜單的工具屬性表格使任務配置更加簡單。In-Sight 電子表格包含專用功能、選項和操作，不需編寫任何代碼即可解決復雜的應用問題。

3.2.2 觸摸屏畫面設計

利用WinCC Flexible軟件編寫觸摸屏畫面，主要包括主界面、伺服參數設置界面、冰箱型號輸入界面、能效標識智能檢測與識別界面、檢測結果顯示界面等。

3.2.3 PLC程序

PLC程序采用模塊化思想設計，分為主程序和條碼讀取器、智能相機、條碼讀取信息和智能相機提取信息比對、X軸伺服、Y軸伺服、手動、自動等子程序。主程序完成系統的啟動、停止、急停、復位、報警、指示及子程序調用等基本功能。程序設計之前需進行硬件組態，包括組態CPU、添加模塊、設定參數、創建PROFINET網絡連接和在項目中組態IP地址，從而建立觸摸屏、CPU1214、以太網交換機CSM1277、擴展I/O和智能相機、條碼讀取器的硬件聯系。

4 應用前景分析

一種能效標識檢測與識別系統將嵌入式視覺、PLC、人機交互、伺服運動控制有機結合在一起，可有效實現能效標識的非接觸式檢測，完全可替代人工檢測，避免了傳統人工檢測的諸多不足，節省了資源，提高了生產線的智能化、柔性化和生產效率。實踐結果表明，該系統可行、有效，其在家電、包裝、工業電器等行業將有著廣泛的市場和極大的推廣應用價值。

參考文獻

[1]曹寧，王若虹.中國能效標識制度實施概況[J].制冷與空調，2009（02）.

[2]焦圣喜，韓立強，等.一種智能圖像檢測方法[J].制造業自動化，2006（12）.

[3]西門子S7-1200系統手冊[M].

[4]韓慶瑤，張志遠，等.基于VisionPro的數字圖像識別與定位[J].電子世界，2013（08）.

作者簡介

趙秋玲（1974-），女，山東人，青島職業技術學院，講師，碩士，從事PLC控制系統研究和機電一體化非標設備研開發工作，發表論文6篇，出版書籍4本。endprint