CN111481971B - 一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,包括:图像采集模块、图像识别模块、开关量输出模块、PLC控制模块、上位机,所述图像采集模块与所述图像识别模块相连,所述图像识别模块与所述上位机相连,所述开关量输出模块分别与所述压滤机的电机信号线相连、所述PLC控制模块相连,所述PLC控制模块与所述上位机相连。本发明利用图像识别与视频分析技术实现了对压滤机滤液水流量的实时在线检测,结合可编程序控制器实现了对压滤机卸料的自动控制,提高了工业生产的自动化控制程度,为工业生产运行的稳定提供了可靠的技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及压滤机卸料自动控制技术领域,特别是涉及一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统及方法。
背景技术
压滤机是一种常用的固液分离设备,利用一种特殊的过滤介质,对物料施加一定的压力,使得液体渗析出来,在18世纪初就应用于化工生产,至今仍广泛应用于化工、制药、冶金、染料、食品、酿造、陶瓷以及环保等行业。压滤机在使用过程中,一个工作循环的时间长达1-2个小时,因受到压滤机入料浓度的影响,一个工作循环的实际时间具有很大的不确定性,从而导致无法对压滤机卸料时间做出准确判断。在实际使用过程中,需要人工根据经验判断压滤机是否达到了卸料条件,这样不仅浪费人力资源,而且受人为因素影响较大,给生产事故的发生埋下了隐患。因此,为了确保工业生产的稳定运行、提高生产效率、减少用工成本,寻求一种可靠的压滤机卸料自动控制机制显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统及方法,以解决现有技术中存在的问题,实现了对压滤机卸料时间的自动判断及卸料的自动控制,提高了工业生产的自动化控制程度,为工业生产运行的稳定提供了可靠的技术保障。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:本发明提供一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,包括:图像采集模块、图像识别模块、开关量输出模块、PLC控制模块、上位机,所述图像采集模块与所述图像识别模块相连,所述图像识别模块与所述上位机相连,所述开关量输出模块分别与所述压滤机的电机信号线相连、所述PLC控制模块相连,所述PLC控制模块与所述上位机相连;
所述图像采集模块用于实时采集所述压滤机的运行状态的视频数据;
所述图像识别模块基于所采集的视频数据中的单帧图像进行水流量识别,并将识别到的水流量数据传输至所述上位机;
所述开关量输出模块用于采集所述压滤机电机的开关量信号,并将所采集的信号传输至所述PLC控制模块;所述开关量输出模块还用于接收所述PLC控制模块发送的开关量控制信号,实现对所述压滤机卸料的控制;
所述PLC控制模块用于获取所述压滤机的工作状态,并将所述工作状态数据发送至所述上位机;所述PLC控制模块还用于根据所述上位机发送的报警信号,发送开关量控制信号至所述开关量输出模块;
所述上位机用于根据所述图像识别模块发送的水流量数据识别是否达到卸料条件,是,则发送报警信号至所述PLC控制模块;所述上位机还用于根据所述PLC控制模块发送的工作状态数据控制所述图像识别模块打开或关闭。
优选地,所述图像识别模块包括存储模块、图像处理模块、图像分析模块;所述存储模块分别与所述图像采集模块、图像处理模块相连,所述图像处理模块与所述图像分析模块相连,所述图像分析模块与所述上位机相连;
所述存储模块用于通过栈对所述图像采集模块所采集的视频数据进行存储;
所述图像处理模块用于对所述存储模块中视频数据的单帧图像进行预处理;
所述图像分析模块用于基于预处理后的图像进行水流量识别,并将识别到的水流量数据传输至所述上位机。
优选地,所述上位机与所述PLC控制模块通过以太网进行数据传输。
优选地,所述图像识别模块采用MODBUS/TCP协议将识别到的水流量传输至所述上位机。
本发明提供一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制方法,包括如下步骤:
实时采集压滤机电机的工作状态,当检测到电机状态为开时,实时采集压滤机运行状态的视频数据;
对所采集视频数据的单帧图像进行预处理;
基于预处理后的压滤机运行状态图像进行水流量识别,通过水流量大小判断压滤机是否达到卸料条件;若水流量小于预设阈值,则达到卸料条件,控制压滤机开始卸料,并停止压滤机运行状态图像采集;否则,压滤机继续进行压滤。
优选地,所述图像预处理包括:对视频数据的单帧图像进行降噪处理、灰度均衡处理。
优选地,水流量识别方法包括:
首先,根据压滤机的出水区域制定掩膜;所述掩膜的制定过程中根据背景的光线变化设定自适应阈值;
其次,通过掩膜提取预处理后的图像中的水流区域,计算水流区域中出水面积的占比,得到水流量的相对大小。
本发明公开了以下技术效果:
本发明利用图像识别与视频分析技术实现了对压滤机滤液水流量的实时在线检测,结合可编程序控制器实现了对压滤机卸料的自动控制,提高了工业生产的自动化控制程度,为工业生产运行的稳定提供了可靠的技术保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于图像识别的压滤机卸料自动控制方法流程图;
图2为本发明实施例中所采集的压滤机运行状态图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-2所示,本实施例提供一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,包括:图像采集模块、图像识别模块、开关量输出模块、PLC控制模块、上位机,所述图像采集模块与所述图像识别模块相连,所述图像识别模块与所述上位机相连,所述开关量输出模块分别与所述压滤机的电机信号线相连、所述PLC控制模块相连,所述PLC控制模块与所述上位机相连。
所述图像采集模块用于实时采集所述压滤机的运行状态的视频数据,并将所采集的视频数据通过RSTP协议传输至所述图像识别模块;本实施例中图像采集模块采用高清的海康工业相机。
所述图像识别模块基于所采集的视频数据中的单帧图像进行水流量识别,并将识别到的水流量数据传输至所述上位机;所述图像识别模块包括存储模块、图像处理模块、图像分析模块;所述存储模块分别与所述图像采集模块、图像处理模块相连,所述图像处理模块与所述图像分析模块相连,所述图像分析模块与所述上位机相连;
所述存储模块用于通过栈对所述图像采集模块所采集的视频数据进行存储,从而能够读取最新的视频帧信息;
所述图像处理模块用于对所述存储模块中视频数据的单帧图像进行预处理;所述预处理包括:对单帧图像进行降噪处理、灰度均衡处理;通过降噪处理,能够大幅度减少背景的冗余元素,且剔除不相干的信息;通过灰度均衡处理能够在复杂的环境中保留图像的重要语义信息,提高图像处理的算法的自适应性。
所述图像分析模块用于基于预处理后的图像进行水流量识别,并将识别到的水流量数据传输至所述上位机。
所述开关量输出模块用于采集所述压滤机电机的开关量信号,并将所采集的信号传输至所述PLC控制模块;所述开关量输出模块还用于接收所述PLC控制模块发送的开关量控制信号,并将所述开关量控制信号传送至所述压滤机的电机信号线,实现对所述压滤机卸料的控制。
所述PLC控制模块用于获取所述压滤机的工作状态,并将所述工作状态数据通过以太网发送至所述上位机;所述PLC控制模块还用于根据所述上位机所发送的报警信号,发送开关量控制信号至所述开关量输出模块,控制所述压滤机开始卸料。本实施例中PLC控制模块采用S7-200型号PLC。
所述上位机用于将所述图像识别模块发送的水流量数据与预设阈值进行比较,水流量小于预设阈值,则控制所述图像识别模块关闭,并通过以太网发送报警信号至所述PLC控制模块,否则,所述压滤机持续压紧;所述上位机还用于通过查询指令接收所述PLC控制模块所发送的工作状态数据,并根据工作状态数据判断所述压滤机是否处于工作状态,是则控制所述图像识别模块打开,否则控制所述图像识别模块关闭。
进一步地优化方案,所述图像识别模块采用MODBUS/TCP协议将识别到的水流量传输至所述上位机;所述MODBUS/TCP协议是用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品,覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。
本实施例还提供一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制方法,包括如下步骤:
通过开关量输出模块实时采集压滤机电机的开关量信号,并将所采集的信号传输至所述PLC控制模块;PLC控制模块基于开关量信号获得压滤机的工作状态,并将工作状态数据通过以太网发送至上位机;上位机判断压滤机处于工作状态则控制图像识别模块打开,通过图像采集模块实时采集压滤机运行状态的视频数据,并将所采集的数据发送至存储模块。
存储模块通过栈对视频数据进行存储;图像处理模块对存储模块中的单帧图像进行预处理,并将预处理后的图像发送至图像分析模块;图像预处理包括:
首先,对单帧图像进行降噪处理,大幅度减少背景的冗余元素,且剔除不相干的信息,提高图像处理的算法的自适应性;
其次,基于环境的复杂性,采用灰度均衡处理来保留图像重要语义信息,提高图像处理的算法的自适应性。
图像分析模块基于预处理后的压滤机运行状态图像进行水流量识别,并将识别结果发送至上位机;
上位机通过水流量大小判断压滤机是否达到卸料条件;若水流量小于预设阈值,则达到卸料条件,发送报警信号至PLC控制模块,并控制图像识别模块关闭,停止压滤机运行图像采集;
PLC根据报警信号发送开关量控制信号至开关量输出模块,开关量输出模块将开关量控制信号传送至压滤机的电机信号线,控制压滤机开始卸料,实现对压滤机卸料的自动化控制。水流量识别的方法包括:
首先,根据压滤机的出水区域制定掩膜;所述掩膜的制定过程中根据背景的光线变化设定自适应阈值,降低复杂环境的干扰,无论白天晚上都能够准确地分析出水流量的大小;
其次,通过掩膜提取预处理后的图像中的水流区域,计算水流区域中出水面积的占比,得到水流量的相对大小。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,其特征在于,包括:图像采集模块、图像识别模块、开关量输出模块、PLC控制模块、上位机,所述图像采集模块与所述图像识别模块相连,所述图像识别模块与所述上位机相连,所述开关量输出模块分别与所述压滤机的电机信号线相连、所述PLC控制模块相连,所述PLC控制模块与所述上位机相连;
所述图像采集模块用于实时采集所述压滤机的运行状态的视频数据;
所述图像识别模块基于所采集的视频数据中的单帧图像进行水流量识别,并将识别到的水流量数据传输至所述上位机;
所述开关量输出模块用于采集所述压滤机电机的开关量信号,并将所采集的信号传输至所述PLC控制模块;所述开关量输出模块还用于接收所述PLC控制模块发送的开关量控制信号,实现对所述压滤机卸料的控制;
所述PLC控制模块用于获取所述压滤机的工作状态,并将所述工作状态数据发送至所述上位机;所述PLC控制模块还用于根据所述上位机发送的报警信号,发送开关量控制信号至所述开关量输出模块;
所述上位机用于根据所述图像识别模块发送的水流量数据识别是否达到卸料条件,是,则发送报警信号至所述PLC控制模块;所述上位机还用于根据所述PLC控制模块发送的工作状态数据控制所述图像识别模块打开或关闭;
基于图像识别的压滤机卸料自动控制方法,包括如下步骤:
实时采集压滤机电机的工作状态,当检测到电机状态为开时,实时采集压滤机运行状态的视频数据;
对所采集视频数据的单帧图像进行预处理;
基于预处理后的压滤机运行状态图像进行水流量识别,通过水流量大小判断压滤机是否达到卸料条件;若水流量小于预设阈值,则达到卸料条件,控制压滤机开始卸料,并停止压滤机运行状态图像采集;否则,压滤机继续进行压滤;
水流量识别方法包括:
首先,根据压滤机的出水区域制定掩膜;所述掩膜的制定过程中根据背景的光线变化设定自适应阈值;
其次,通过掩膜提取预处理后的图像中的水流区域,计算水流区域中出水面积的占比,得到水流量的相对大小。
2.根据权利要求1所述的基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,其特征在于,所述图像识别模块包括存储模块、图像处理模块、图像分析模块;所述存储模块分别与所述图像采集模块、图像处理模块相连,所述图像处理模块与所述图像分析模块相连,所述图像分析模块与所述上位机相连;
所述存储模块用于通过栈对所述图像采集模块所采集的视频数据进行存储;
所述图像处理模块用于对所述存储模块中视频数据的单帧图像进行预处理;
所述图像分析模块用于基于预处理后的图像进行水流量识别,并将识别到的水流量数据传输至所述上位机。
3.根据权利要求1所述的基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,其特征在于,所述上位机与所述PLC控制模块通过以太网进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,其特征在于,所述图像识别模块采用MODBUS/TCP协议将识别到的水流量传输至所述上位机。
5.根据权利要求1所述的基于图像识别的压滤机卸料自动控制系统,其特征在于,所述图像预处理包括:对视频数据的单帧图像进行降噪处理、灰度均衡处理。
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