食品饮料生产过程在线检测与管理综合系统的研究

摘要

食品饮料是人类生活当中最基本的必需品。近年来，随着三聚氰胺奶粉、地沟油、毒韭菜、染色馒头等越来越多的食品饮料安全问题暴露出来，食品饮料质量也越来越引起人们的重视。啤酒作为食品饮料的重要组成部分，其生产质量的好坏也越来越受到消费者的关注。目前，以啤酒为代表的食品饮料生产过程中的在线检测技术在国外发展的比较成熟。然而，国外设备相对比较昂贵，后期维护费用比较高。同时，对于食品饮料生产厂家，生产线上缺乏对各个检测环节统一管理的系统平台，各检测环节信息不能集中分析处理，导致不能完全做到产品质量的监督管理。本课题旨在对整个啤酒生产过程中包括啤酒的灌装、包装整个流程中的在线检测与管理技术进行研究，实现啤酒生产过程中的监控和管理，保证啤酒的生产质量。
　　 本课题所研究的食品饮料在线检测与管理综合系统是对以啤酒为代表的食品饮料生产线上的各个生产环节进行检测，并通过上层服务器对各个检测环节的信息进行集中分析和管理，保证食品饮料生产过程中的质量。本课题主要研究内容如下:
　　 1.根据本课题需求提出了系统的功能，并设计了系统的整体结构，自下而上依次为传感器层、在线检测控制层和综合管理层。传感器层与在线检测控制层的处理器和控制器相配合，完成各个在线检测环节的检测任务，并将检测信息和结果实时传送给综合管理层进行分析处理;综合管理层负责对各检测环节的信息进行分析处理并存储，协调各环节的运行，提供对外访问接口。
　　 2.对机器视觉系统的结构以及系统搭建和硬件选型进行了详细的介绍。
　　 3.对生产线上各在线检测环节的设计进行研究，包括瓶盖和瓶型检测、残液检测、智能空瓶检测、液位检测、密封性检测以及满箱检测。并对机器视觉技术在满箱检测上的应用进行重点介绍。
　　 4.研究并设计了本课题的剔除控制系统，利用西门子S7-300PLC作为控制器，通过旋转编码器发出的脉冲信号和高速计数模块实现剔除前检测目标的定位，并利用顺序存储和间接寻址的方式实现对检测不合格产品的精确剔除。
　　 5.根据综合管理层的功能研究并设计了其整体结构，通过两个主备综合管理服务器与生产线上各在线检测环节进行信息交互，并对上传的检测信息进行分析处理并做出相应决策。选择双网卡多核多处理器服务器，并利用NAT技术实现内网到外网的转换，为外网访问服务器检测信息以及实现对生产过程有效监督做准备。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究现状

1．3 课题研究内容

第2章 综合系统整体架构的研究

2．1 系统整体功能

2．2 系统整体结构

2．3 机器视觉技术介绍及系统搭建

2．3．1 机器视觉技术

2．3．2 机器视觉系统的搭建

2．4 本章小结

第3章 在线检测控制层的研究

3．1 瓶盖检测

3．2 瓶型检测

3．3 残液检测

3．3．1 残液检测原理

3．3．2 残液检测单元设计

3．4 智能空瓶检测

3．4．1 系统整体结构设计

3．4．2 瓶口检测单元

3．4．3 瓶底检测单元

3．4．4 瓶壁检测单元

3．5 液位检测

3．6 密封性检测

3．7 满箱检测

3．7．1 系统整体结构设计

3．7．2 图像处理算法设计

3．7．3 连通性分析处理

3．7．4 连通域识别

3．7．5 检测结果信息分析与上传

3．8 本章小结

第4章 剔除控制系统的设计

4．1 系统整体结构

4．2 工作原理

4．3 剔除控制系统关键技术

4．3．1 准确剔除控制

4．3．2 检测结果信息与位置信息的存取方式

4．4 人机交互与报警

4．5 本章小结

第5章 综合管理层系统的研究

5．1 综合管理层整体功能设计

5．2 综合管理层结构设计

5．2．1 综合管理层整体架构

5．2．2 综合管理层网络设计

5．2．3 服务器系统设计

5．3 检测信息采集分析与处理

5．3．1 检测信息概述

5．3．2 服务器与在线检测控制层的PLC通讯

5．3．3 综合管理服务器与图像处理器之间的通讯方式

5．3．4 信息分析处理

5．4 本章小结

第6章 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果

学位论文评阅及答辩情况表