CN115069592A - 一种用于称重式分级机的自动化控制系统 - Google Patents

一种用于称重式分级机的自动化控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于称重式分级机的自动化控制系统，涉及智能控制领域，该系统包括：图像采集模块，用于采集称重式分级机的俯视图像，根据俯视图像获取同一批次产品对应的托盘；托盘分级模块，用于对托盘进行重量分级并确定托盘对应的目标出料口；调速系数计算模块，用于根据单一性确定出需要进行传送速度调节的目标批次以及目标批次的调速系数；权重计算模块，用于获取每个区段的权重系数；速度调节模块，用于根据每个目标批次中托盘到目标出料口之间的距离、权重系数、调速系数和原始传送速度得到对应的目标批次调节后的传送速度，本发明能够自适应的调节传送速度，提高了称重分级的效率。

Description

一种用于称重式分级机的自动化控制系统
技术领域
本发明涉及智能控制领域，具体涉及一种用于称重式分级机的自动化控制系统。
背景技术
称重式分级机是一种通过重量区分产品规格的智能分选设备，其工作原理为利用预设的重量区间与被分选产品的实测重量比对，确定被分选产品对应的规格类型，同时，称重式分级机的控制系统对分拨机构发出命令将被分选产品分拨到对应的规格类型的出料口。
称重式分级机主要应用于禽肉、海鲜水产及果蔬等行业，以上产品的分级效率直接受到称重式分级机的传送速度的影响，目前人们对产品的称重分级是选择一个合适的固定传送速度进行传送，不同批次的产品使用同一传送速度，这种方式忽略了不同批次产品的重量分布均匀程度对传送速度的影响，重量分布高度均匀的批次中大部分产品都进入同一个出料口，几乎不需要考虑中途有产品倒入其他出料口的情况，所以该批次产品可以进行高速传送，然而目前对不同均匀性的产品批次均使用同一传送速度，该方式传送速度较慢，传送效率较低，因此，需要一种用于称重式分级机的自动化控制系统。
发明内容
本发明提供一种用于称重式分级机的自动化控制系统，以解决现有的问题。
本发明的一种用于称重式分级机的自动化控制系统采用如下技术方案：该系统包括：
图像采集模块，用于采集称重式分级机的俯视图像，根据俯视图像获取同一批次的托盘；
托盘分级模块，用于根据托盘中产品的重量值确定托盘对应的目标出料口，将相同目标出料口的托盘归为同一重量分级；
调速系数计算模块，用于将每个批次中预设数量的产品对应的托盘记为目标托盘，根据每个批次的目标托盘的重量分级得到对应批次的单一性，根据单一性确定出需要进行传送速度调节的目标批次，根据目标批次的单一性确定目标批次的调速系数；
权重计算模块，用于将相邻两出料口之间的距离记为一个区段，根据每个区段背离动态称重机的一侧到动态称重机之间的距离和传送带的总长度得到每个区段的权重系数；
速度调节模块，用于在每个目标批次的最后一个目标托盘完成称重后，根据传送带上每个目标批次的目标托盘到目标出料口之间的距离、托盘对应的区段的权重系数、调速系数和设定的原始传送速度，得到对应目标批次的调节后的传送速度。
进一步，调速系数计算模块中包括速度检测单元，用于获取传送带的传送速度。
进一步，托盘分级模块中：
每个出料口对应一个重量分级，根据托盘中产品的重量值对应的重量分级确定对应的出料口，将该出料口记为该托盘的目标出料口。
进一步，调速系数计算模块中：
所述的预设数量是指传送带上动态称重机到最后一个出料口之间的所有托盘的数量；
将每个批次中最先称重分级的预设数量的托盘记为目标托盘。
进一步，所述调速系数计算模块中，根据下式（a）计算目标批次的调速系数：
Figure 810464DEST_PATH_IMAGE001
（a）
其中，
Figure 654923DEST_PATH_IMAGE002
表示设定的单一性阈值；
Figure 606699DEST_PATH_IMAGE003
表示每个批次的单一性；
Figure 485793DEST_PATH_IMAGE004
表示目标批次的调速系数；
Figure 395980DEST_PATH_IMAGE005
表示根据单一性调速的常数；
Figure 727736DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 483202DEST_PATH_IMAGE007
个目标托盘为第
Figure 951224DEST_PATH_IMAGE008
个重量分级；
Figure 969995DEST_PATH_IMAGE009
表示目标托盘的总数量。
进一步，权重计算模块中，根据每个区段到动态称重机之间的距离和传送带的总长度得到每个区段的权重系数的公式（b）为：
Figure 913680DEST_PATH_IMAGE010
（b）
其中，
Figure 348204DEST_PATH_IMAGE011
表示第
Figure 60945DEST_PATH_IMAGE012
个区段的权重系数；
Figure 922722DEST_PATH_IMAGE013
表示第
Figure 353703DEST_PATH_IMAGE012
个区段到动态称重机之间的距离；
Figure 338057DEST_PATH_IMAGE014
表示传送带的总长度。
进一步，所述速度调节模块中，根据下式（c）计算目标批次调节后的传送速度：
Figure 170884DEST_PATH_IMAGE015
（c）
其中，
Figure 265879DEST_PATH_IMAGE016
表示目标批次调节后的传送速度；
Figure 59522DEST_PATH_IMAGE017
表示称重式分级机设定的原始传送速度；
Figure 960482DEST_PATH_IMAGE018
表示目标批次的调速系数；
Figure 523182DEST_PATH_IMAGE011
表示第
Figure 851395DEST_PATH_IMAGE012
个区段的权重系数；
Figure 866756DEST_PATH_IMAGE019
表示第
Figure 774669DEST_PATH_IMAGE012
个区段中第
Figure 316508DEST_PATH_IMAGE007
个目标托盘到目标出料口之间的距离；
Figure 956568DEST_PATH_IMAGE009
表示目标托盘的总数量。
本发明的有益效果是：本发明的一种用于称重式分级机的自动化控制系统，通过每一批次中目标托盘的单一性确定出了需要进行传送速度调节的目标批次，从而能够实现对单一性高的产品批次进行精准识别并调速；通过确定每个区段的权重系数、调速系数以及目标托盘与对应的目标出料口之间的距离、能够自适应的得到目标时段调节后的传送速度，从而达到了对称重式分级机的智能控制调速；对多个单一性较高批次的产品进行调速，所有调速的效果累加起来，从整个称重分级流程来看，产品的分级效率明显得到了提升。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的一种用于称重式分级机的自动化控制系统的结构示意图；
图2为图1中称重式分级机的结构示意图；
图3为图1中托盘与对应的目标出料口的示意图。
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。
本发明的一种用于称重式分级机的自动化控制系统的实施例，本实施例是针对从原料产地运输至加工厂后进行二次称重分级的产品，每一批次产品的单一性较高。如图1所示，该系统包括图像采集模块10，托盘分级模块11，调速系数计算模块12，权重计算模块13，速度调节模块14。
图像采集模块10，用于采集称重式分级机的俯视图像，根据俯视图像获取同一批次的托盘。所述称重式分级机是一个环形的传送结构，如图2所示，包括动态称重机1，托盘2，出料口3，每有一个托盘经过一次动态称重机对托盘中的产品进行一次称重，为了获取称重式分级机整体的运行情况，即根据俯视图像获取后续几个模块中需要用到的数据，可以将设置称重式分级机的厂房中的监控摄像头与称重式分级机相连接，监控摄像头设置为俯视广视角，能够采集到称重式分级机的传送带上所有部位的运行情况，包括同一批次的产品对应的托盘，为了方便表述，可以记为同一批次的托盘，以及托盘到出料口之间的距离，在其他几个模块中分析图像采集模块10所采集的图像数据，来实现对传送带的传送速度的控制和调节。
托盘分级模块11，用于根据托盘中产品的重量值确定托盘对应的目标出料口，将相同目标出料口的托盘归为同一重量分级。
具体的，每个出料口对应一个重量值区间，将一个重量值区间记为一个重量分级，对已经经过动态称重机，即已称重的所有托盘进行重量分级，根据托盘中产品的重量值与出料口的重量区间相对应，确定托盘的重量分级，获取与托盘的重量分级相等的出料口，将该出料口记为该托盘的目标出料口，则相同目标出料口的托盘归为同一重量分级，如图3所示，a、b、c、d为出料口，出料口上方的一排矩形为托盘，箭头为每个托盘分级后对应的目标出料口，虚线矩形为到达目标出料口后已经翻倒过的托盘。至此，完成了对所有已称重的托盘的重量分级得到了已分级的托盘，需要说明的是，此处所说的已分级仅仅是指对托盘进行了重量分级，不表示完成了整个称重式分级机进行分级放置的流程。
调速系数计算模块12，用于将每个批次中预设数量的产品对应的托盘记为目标托盘，根据每个批次的目标托盘的重量分级得到对应批次的单一性，根据单一性确定出需要进行传送速度调节的目标批次，根据目标批次的单一性确定目标批次的调速系数。
称重式分级机的传送带上的所有托盘，所对应的目标出料口越单一，则传送带加速时的阻碍因素越小，因为大部分托盘都向一个出料口前进，直接增加传送速度而不需要考虑传送过程中有托盘要需要翻倒，所以所有已分级的托盘的重量分级的单一性决定了调速系数的上限；单一性还决定了是否需要调速的必要性，因为尽管本实施例中称重式分级机的传送带所用的电机为伺服电机，其有响应快、提速快、惯量小、转动平滑、力矩稳定并且支持瞬时变速控制的优点，但是为了在提高分级效率的前提下，避免频繁调速缩短伺服电机的运行寿命，我们对称重式分级机的传送带上的产品要先判断调速的必要性，那么单一性本身就可以作为必要性的一个表征，即传送带上的产品越单一，越有增速的必要。
具体的，在调速系数计算模块12中，将每个批次中前一部分预设数量的托盘记为目标托盘，根据目标托盘的重量分级得到对应批次的单一性，此处的预设数量我们设定为传送带上动态称重机到最后一个出料口之间的所有托盘的数量
Figure 583859DEST_PATH_IMAGE009
，最后一个出料口是指距离动态称重机最远的出料口，预设数量可根据实际情况进行调节；所以就是将每个批次的最先称重的前
Figure 29884DEST_PATH_IMAGE009
个托盘记为目标托盘；根据这
Figure 301596DEST_PATH_IMAGE009
个目标托盘的重量分级进行单一性计算，并根据单一性从多个批次中确定出需要进行调速的目标批次，根据下式（a）计算目标批次的调速系数：
Figure 971612DEST_PATH_IMAGE001
（a）
其中，
Figure 227144DEST_PATH_IMAGE002
表示设定的单一性阈值；
Figure 8018DEST_PATH_IMAGE003
表示每个批次的单一性；
Figure 399816DEST_PATH_IMAGE018
表示目标批次的调速系数；
Figure 240733DEST_PATH_IMAGE020
表示根据单一性调速的常数；
Figure 45878DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 505810DEST_PATH_IMAGE007
个目标托盘为第
Figure 876748DEST_PATH_IMAGE021
个重量分级；
Figure 29512DEST_PATH_IMAGE009
表示目标托盘的总数量；
Figure 853111DEST_PATH_IMAGE022
表示第
Figure 116734DEST_PATH_IMAGE021
个重量分级的托盘数量，
Figure 545441DEST_PATH_IMAGE023
表示第
Figure 728161DEST_PATH_IMAGE021
个重量分级的托盘数量占已分级的托盘的总数量的比值；
Figure 180002DEST_PATH_IMAGE024
表示已分级的托盘的重量分级的信息熵，已分级的托盘对应的目标出料口的单一性决定了传送速度增加的上限，单一性可以用信息熵表示，信息熵的计算公式为现有技术，信息熵越小则已分级的托盘对应的目标出料口越单一，传送速度增加的上限越高；信息熵越大则已分级的托盘对应的目标出料口越混乱，传送速度提升受到限制；
Figure 106369DEST_PATH_IMAGE025
则是利用指数函数将信息熵与单一性转化为正比例关系，信息熵越小，单一性越高，
Figure 327266DEST_PATH_IMAGE025
的值越大。
单一性阈值可自行设置，此处的单一性阈值设定为0.8，将单一性大于等于单一性阈值0.8的产品批次记为目标批次，目标批次的单一性较大，所以对目标批次的传送速度可以调节到很大，利用常数
Figure 946466DEST_PATH_IMAGE005
进行调整得到目标批次的调速系数，此处的常数
Figure 620024DEST_PATH_IMAGE005
可根据实际情况进行选取。
权重计算模块13，用于将相邻两出料口之间的距离记为一个区段，根据每个区段背离动态称重机的一侧到动态称重机之间的距离和传送带的总长度得到每个区段的权重系数。
从概率学角度分析，每经过一个出料口，都可能有托盘到达对应的目标出料口，所以托盘越靠后，其可以选择的出料口选项就越少，这里的前后是指距离动态称重机的距离，顺着传送方向背离动态称重机越远的托盘越靠后，动态称重机至第一个出料口之间的若干个托盘，还没有任何一个托盘完成翻倒，这个区段的托盘可选择的出料口最多，此处所说的第一个出料口是指顺着传送方向紧跟在动态称重机后面的出料口，区段是指每两个相邻的出料口之间的距离为一个区段；可能该若干个托盘都属于最前面的出料口，可能都属于最后面的出料口，还可能各个托盘都有不同归属的出料口，总之第一个区段的会出现的情况最多，对传送速度的调节的影响程度最大、最复杂，所以在进行速度调节时，需要对该区段赋予更高的权重，第二个区段的权重仅次于第一个区段，最后一个的区段中的托盘，可选择的出料口就只有最后一个出料口，权重最小。
具体的，根据每个区段到动态称重机之间的距离和传送带的总长度得到每个区段的权重系数的公式（b）为：
Figure 350083DEST_PATH_IMAGE010
（b）
其中，
Figure 487803DEST_PATH_IMAGE011
表示第
Figure 153271DEST_PATH_IMAGE026
个区段的权重系数；
Figure 438759DEST_PATH_IMAGE013
表示第
Figure 847874DEST_PATH_IMAGE012
个区段到动态称重机之间的距离；
Figure 902418DEST_PATH_IMAGE014
表示传送带的总长度；
Figure 66683DEST_PATH_IMAGE027
表示第
Figure 449254DEST_PATH_IMAGE012
个区段到动态称重机之间的距离占传送带总长度的比例，
Figure 521115DEST_PATH_IMAGE028
即对所占比例求导数，表示区段距离动态称重机越近则权重系数越大，此处所说的区段到动态称重机之间的距离是指顺着传送方向区段背离动态称重机之间的距离，第一个区段距离动态称重机之间的距离为该区段的长度，最后一个区段距离动态称重机之间的距离为传送带的总长度。
速度调节模块14，用于在每个目标批次的最后一个目标托盘完成称重后，根据传送带上每个目标批次的目标托盘到目标出料口之间的距离、托盘对应的区段的权重系数、调速系数和设定的原始传送速度，得到对应目标批次的调节后的传送速度。
根据上述分析，对传送速度有影响的因素包括：每个目标批次中目标托盘的单一性，其决定了传送速度增加的上限；已分级的目标托盘与对应的目标出料口之间的距离；托盘对应的不同区段的权重系数。根据下式（c）计算目标时段的调节后的传送速度：
Figure 836690DEST_PATH_IMAGE015
（c）
其中，
Figure 703015DEST_PATH_IMAGE016
表示目标批次调节后的传送速度；
Figure 838461DEST_PATH_IMAGE017
表示称重式分级机设定的原始传送速度；
Figure 651696DEST_PATH_IMAGE018
表示目标批次的调速系数；
Figure 680832DEST_PATH_IMAGE011
表示第
Figure 593425DEST_PATH_IMAGE012
个区段的权重系数；
Figure 340801DEST_PATH_IMAGE019
表示第
Figure 895410DEST_PATH_IMAGE012
个区段中第
Figure 779052DEST_PATH_IMAGE007
个目标托盘到目标出料口之间的距离，此处的距离是指水平距离；
Figure 128125DEST_PATH_IMAGE009
表示目标托盘的总数量；
Figure 97218DEST_PATH_IMAGE029
为每个托盘的距离参数与权重系数相乘，得到其共同对传送速度的影响参数值，
Figure 252256DEST_PATH_IMAGE030
表示对所有托盘的根据距离参数与权重系数得到影响参数值进行加权求和再平均，托盘距离目标出料口越远，则可以更大幅度的增加传送速度，才能更快的到目标出料口；
Figure 131350DEST_PATH_IMAGE031
为归一化计算，目的是将得到的影响参数值转化为传送速度的提升比例系数。
再进行每个批次的传送速度调节时，会出现两个批次的产品同时出现在传送带上的情况，所以当后一批次的第一个目标托盘完成动态称重时，前一批次的传送速度立即调节为原始传送速度，等到后一批次的目标托盘全部称重计算出调节后的传送速度后，再对后一批次的传送速度调节。至此，完成了利用自动化控制系统对称重式分级机的传送速度的调节。
综上所述，本发明提供一种用于称重式分级机的自动化控制系统，通过每一批次中目标托盘的单一性确定出了需要进行传送速度调节的目标批次，从而能够实现对单一性高的产品批次进行精准识别并调速；通过确定每个区段的权重系数、调速系数以及目标托盘与对应的目标出料口之间的距离、能够自适应的得到目标时段调节后的传送速度，从而达到了对称重式分级机的智能控制调速；对多个单一性较高批次的产品进行调速，所有调速的效果累加起来，从整个称重分级流程来看，产品的分级效率明显得到了提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于称重式分级机的自动化控制系统，其特征在于，包括：
图像采集模块，用于采集称重式分级机的俯视图像，根据俯视图像获取同一批次产品对应的托盘；
托盘分级模块，用于根据托盘中产品的重量值确定托盘对应的目标出料口，将相同目标出料口的托盘归为同一重量分级；
调速系数计算模块，用于将每个批次中预设数量的产品对应的托盘记为目标托盘，根据每个批次的目标托盘的重量分级得到对应批次的单一性，根据单一性确定出需要进行传送速度调节的目标批次，根据目标批次的单一性确定目标批次的调速系数；
权重计算模块，用于将相邻两出料口之间的距离记为一个区段，根据每个区段背离动态称重机的一侧到动态称重机之间的距离和传送带的总长度得到每个区段的权重系数；
速度调节模块，用于在每个目标批次的最后一个目标托盘完成称重后，根据传送带上每个目标批次的目标托盘到目标出料口之间的距离、托盘对应的区段的权重系数、调速系数和设定的原始传送速度，得到对应目标批次的调节后的传送速度。
2.根据权利要求1所述的一种用于称重式分级机的自动化控制系统，其特征在于，调速系数计算模块中包括速度检测单元，用于获取传送带的传送速度。
3.根据权利要求1所述的一种用于称重式分级机的自动化控制系统，其特征在于，托盘分级模块中：
每个出料口对应一个重量分级，根据托盘中产品的重量值对应的重量分级确定对应的出料口，将该出料口记为该托盘的目标出料口。
4.根据权利要求1所述的一种用于称重式分级机的自动化控制系统，其特征在于，调速系数计算模块中：
所述的预设数量是指传送带上动态称重机到最后一个出料口之间的所有托盘的数量；
将每个批次中最先称重分级的预设数量的托盘记为目标托盘。
5.根据权利要求1所述的一种用于称重式分级机的自动化控制系统，其特征在于，所述调速系数计算模块中，根据下式（a）计算目标批次的调速系数：
Figure 951306DEST_PATH_IMAGE001
（a）
其中，
Figure 274971DEST_PATH_IMAGE002
表示设定的单一性阈值；
Figure 585866DEST_PATH_IMAGE003
表示每个批次的单一性；
Figure 387600DEST_PATH_IMAGE004
表示目标批次的调速系数；
Figure 733131DEST_PATH_IMAGE005
表示根据单一性调速的常数；
Figure 962118DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 25889DEST_PATH_IMAGE007
个目标托盘为第
Figure 631314DEST_PATH_IMAGE008
个重量分级；
Figure 831351DEST_PATH_IMAGE009
表示目标托盘的总数量。
6.根据权利要求1所述的一种用于称重式分级机的自动化控制系统，其特征在于，权重计算模块中，根据每个区段到动态称重机之间的距离和传送带的总长度得到每个区段的权重系数的公式（b）为：
Figure 231239DEST_PATH_IMAGE010
（b）
其中，
Figure 516727DEST_PATH_IMAGE011
表示第
Figure 660264DEST_PATH_IMAGE012
个区段的权重系数；
Figure 714807DEST_PATH_IMAGE013
表示第
Figure 551176DEST_PATH_IMAGE012
个区段到动态称重机之间的距离；
Figure 323960DEST_PATH_IMAGE014
表示传送带的总长度。
7.根据权利要求1所述的一种用于称重式分级机的自动化控制系统，其特征在于，所述速度调节模块中，根据下式（c）计算目标批次调节后的传送速度：
Figure 5609DEST_PATH_IMAGE015
（c）
其中，
Figure 180238DEST_PATH_IMAGE016
表示目标批次调节后的传送速度；
Figure 656350DEST_PATH_IMAGE017
表示称重式分级机设定的原始传送速度；
Figure 182009DEST_PATH_IMAGE004
表示目标批次的调速系数；
Figure 667348DEST_PATH_IMAGE011
表示第
Figure 696484DEST_PATH_IMAGE012
个区段的权重系数；
Figure 874656DEST_PATH_IMAGE018
表示第
Figure 356453DEST_PATH_IMAGE012
个区段中第
Figure 645483DEST_PATH_IMAGE007
个目标托盘到目标出料口之间的距离；
Figure 529125DEST_PATH_IMAGE009
表示目标托盘的总数量。
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