一种能效标识检测与识别系统

赵秋玲+牟海春

摘 要 采用嵌入式视觉系统设计开发了一种能效标识检测与识别系统，其包括触摸屏、PLC控制系统、视觉系统和伺服跟踪装置。该系统利用嵌入式视觉和PLC技术，自动跟踪、检测能效标识，并作出各种判断和测量。实践表明，该系统稳定、可靠，在冰箱、洗衣机、空调等生产线上有着极大的应用空间和推广价值。

关键词 能效标识；嵌入式视觉系统；PLC；检测与识别；伺服跟踪

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0024-02

能效标识是附在耗能产品或其最小包装物上，用来表示产品能源效率等级、产品规格型号等性能指标的一种信息标签。自2005年3月我国正式实施能效标识制度以来，“能效标识目录”已覆盖了冰箱、空调、洗衣机、计算机显示器、自镇流荧光灯等近20大类产品。根据对相关生产企业的考察结果表明，目前这些能效标识大都依靠人工检测，存在出错率高、劳动力消耗大、检测效率低和生产成本高等问题。鉴于此，本文以冰箱能效标识检测为例，设计了一种能效标识检测与识别系统，其利用机器视觉代替人工视觉，自动完成能效标识的实时跟踪、摄像、识别和检测。

1 系统分析与设计

1.1 方案论证与选择

机器视觉就是利用摄像机、计算机等机器代替人眼作各种测量和判断，并从产品图像中提取信息、进行处理并加以分析，最终用于对目标进行实时跟踪、识别、检测和控制。从结构组成来分，机器视觉一般分为PC式和嵌入式两类。嵌入式视觉系统，也称集成式视觉系统，具有易学、易用、开发周期短、接口标准化等特点。基于PC的视觉系统，价格低、灵活性高、开发周期长，能实现较为复杂的系统功能，但需配置PC机，结构不能模块化，安装不方便，可移植性差，与工业上广泛使用的PLC 接口麻烦。

结合工业现场实际，为了实施跟踪能效标识位置、有效提取能效标识的信息内容，并判断粘贴的能效标识是否合格，针对冰箱行业，能效标识检测与识别采用嵌入式视觉系统，

1.2 系统方案

系统方案如图1所示，主要由触摸屏、PLC、标识相机伺服跟踪装置、工业智能相机、条码读取器和相应的接口组成。

图1 能效标识检测与识别系统方案

标识相机伺服跟踪装置，需进行非标设计，功能在于通过水平和垂直方向的两个伺服电机驱动标识相机动作，跟踪能效标识至最佳位置，拍摄标识图像。

触摸屏用于冰箱信息的输入和显示、系统参数的设定等，与PLC进行连接，实现人机交互。

条码读取器和智能相机组成视觉系统，分别用于对冰箱条码的识别和能效标识信息的提取。

可编程序控制器PLC与视觉系统通讯，控制伺服跟踪装置动作，使能效标识相机实时动作，采集不同型号冰箱的能效标识信息。

冰箱能效标识和条码信息是一一对应的，能效标识粘贴在冰箱门体右上角，不同型号冰箱，高度、宽度不同，能效标识的粘贴位置也不同，但条码位置是固定的，其粘贴在冰箱后侧靠右下位置。基于这些工业背景，系统工作过程是：

1）冰箱到条码读取器位置，条码读取器读取条码，传送给PLC。

2）PLC对条码信息进行处理，提取冰箱型号信息，计算出冰箱能效标识位置信息，控制伺服电机驱动伺服跟踪装置，使能效标识检测智能相机实现水平和竖直两个方向运动，移动到能效标识最佳拍摄位置，等待能效标识移动到位。

3）能效标识到位，能效标识智能相机拍摄、处理能效标识图像，并将冰箱型号等相关信息传输给PLC，PLC将能效标识信息与条码信息比对，判断能效标识是否有问题，并将相关信息传送给触摸屏。

4）如能效标识正确，冰箱放行；如有问题，系统报警，并通过PLC控制冰箱生产线相应配套机械装置将问题冰箱移送到相应线体。

5）完成一台冰箱检验后，重复前面过程。

2 嵌入式视觉系统选择

嵌入式视觉系统，也称为智能工业相机，并不是一台简单的相机，而是一种高度集成化的微小型机器视觉系统，它集光源、摄像头、图像处理器、标准的控制与通讯接口于一体。智能工业相机内部程序存储器可存储图像处理算法，并能使用PC机，利用专用组态软件编制各种算法下载到智能相机程序存储器中，即其为可编程的相机，其可将PC机的灵活性、PLC的可靠性、分布式网络技术很容易地结合在一起，与PLC通讯方便。

冰箱能效标识检测与识别嵌入式视觉系统选用美国Cognex公司相关产品，采集方案如图2所示。能效标识相机采用Insight Micro智能相机系统，型号ISM1400（1/3 inch CCD、FOV 40*30mm），一体化设计，采用Insight专业组态软件，简单配置后即可使用。条码读取器选用Data Man 60，其基于机器视觉技术读取条码，将业界领先的读码软件性能、简便易用性、照明、摄像头、处理器和通信功能共同集成于一个体，对严重损坏、标记不良、不很清晰的条码均可实现识别和解码，读码不受照明、标记方法、编码质量或表面光洁度变化的影响。

图2 能效标识视觉系统采集方案

采用环形LED光源均匀照亮能效标识符，能效标识相机位于冰箱前方正对标识符，条码相机置于另一侧，外部信号触发条码阅读，相机跟踪装置驱动能效标识相机对准能效标识并进行拍照识别。

3 电气控制系统设计

3.1 硬件选择

ISM1400智能相机和Data Man 60条码读取器支持以太网通讯，综合考虑各种因素，电气控制系统选用Siemens公司S7-1200 PLC作为控制核心，结构如图3所示，具体硬件配置如下。

1）1个CPU1214 DC/DC/DC，14入/10出，带有2个高速脉冲输出口和1个集成的PROFINET接口。endprint

高速脉冲口控制伺服驱动装置水平（X轴）和垂直（Y轴）方向伺服系统工作。PROFINET接口通过开放的以太网协议与第三方设备通讯。

2）1个SM1223数字I/O模块，DI8×24VDC DO8×RLY。

3）1个CSM1277工业以太网交换机，通过它可实现HMI、智能相机和条码读取器多个设备的连接。

4）1个KTP600 Basic PN触摸屏，制作画面，显示、设定系统参数和记录相关信息。

图3 电气控制系统

3.2 程序设计

3.2.1 视觉系统组态

Data Man 60条码读取器无需编写程序，直接可读取条码。ISM1400智能相机，用于采集、提取能效标识里冰箱型号信息，利用康耐视专用图像组态软件In-Sight ? Explorer进行简单编程，即可实现字符提取和识别，效果如图4。

图4 测试效果

In-Sight ? Explorer视图功能强大，可灵活、高效地配置视觉工具和处理视觉应用数据。拖放式视觉工具和图形调色板，加上基于菜单的工具属性表格使任务配置更加简单。In-Sight 电子表格包含专用功能、选项和操作，不需编写任何代码即可解决复杂的应用问题。

3.2.2 触摸屏画面设计

利用WinCC Flexible软件编写触摸屏画面，主要包括主界面、伺服参数设置界面、冰箱型号输入界面、能效标识智能检测与识别界面、检测结果显示界面等。

3.2.3 PLC程序

PLC程序采用模块化思想设计，分为主程序和条码读取器、智能相机、条码读取信息和智能相机提取信息比对、X轴伺服、Y轴伺服、手动、自动等子程序。主程序完成系统的启动、停止、急停、复位、报警、指示及子程序调用等基本功能。程序设计之前需进行硬件组态，包括组态CPU、添加模块、设定参数、创建PROFINET网络连接和在项目中组态IP地址，从而建立触摸屏、CPU1214、以太网交换机CSM1277、扩展I/O和智能相机、条码读取器的硬件联系。

4 应用前景分析

一种能效标识检测与识别系统将嵌入式视觉、PLC、人机交互、伺服运动控制有机结合在一起，可有效实现能效标识的非接触式检测，完全可替代人工检测，避免了传统人工检测的诸多不足，节省了资源，提高了生产线的智能化、柔性化和生产效率。实践结果表明，该系统可行、有效，其在家电、包装、工业电器等行业将有着广泛的市场和极大的推广应用价值。

参考文献

[1]曹宁，王若虹.中国能效标识制度实施概况[J].制冷与空调，2009（02）.

[2]焦圣喜，韩立强，等.一种智能图像检测方法[J].制造业自动化，2006（12）.

[3]西门子S7-1200系统手册[M].

[4]韩庆瑶，张志远，等.基于VisionPro的数字图像识别与定位[J].电子世界，2013（08）.

作者简介

赵秋玲（1974-），女，山东人，青岛职业技术学院，讲师，硕士，从事PLC控制系统研究和机电一体化非标设备研开发工作，发表论文6篇，出版书籍4本。endprint