过程质量视觉系统(PQV在机外涂布纸机上的应用

来源：个人技术集锦

技术进步Technology

Application of process quality vision system (PQV) in off-machine coaters⊙ XU Xia, WEI Guo-hua , WU Ji-cai, LIU Chuan-kun, LI Jin-tao, XU Hai-yang (Shandong Huatai Paper Industry Co., Ltd., Dongying 257300, Shandong, China)

过程质量视觉系统(PQV)在机外涂布纸机上的应用⊙ 许霞魏国华武继才刘传坤李金涛许海洋（山东华泰纸业股份有限公司，山东东营 257300）摘

要：介绍山东华泰纸业有限公司70万吨机外涂布

纸机过程质量视觉系统（PQV）的应用情况，包括：断纸监控、纸病检测、硬件配置、工作原理、生产应用、日常维护。关键词：断纸监控；纸病检测；相机；灯梁；工作原理

Abstract: This paper introduces the application of PQV system in the process quality vision system of 700,000 tons coating machine of Shandong Huatai Paper Co.,Ltd., including paper breaking monitoring, paper defect detection, hardware configuration, work principles, production application, maintenance, etc.

Key words: paper breaking monitoring; paper defect detec-tion; camera; lamp beam; working principles

中图分类号：TS736+.3; TS735+.1 文献标志码：B 文章编号：1007-9211(2020)08-0014-08

许霞女士

自动化工程师；主要负责蓝天铜版纸

公司自动化仪器仪表的维护和运行。

第41卷第8期 2020年4月

山东华泰纸业股份有限公司年产70万吨机外涂布纸机（以下简称华泰PM8）主要由纸机、再卷机、涂布机组成，可生产双胶纸、铜版纸、轻涂纸等多个品种。华泰PM8采用Valmet第一代PQV（Process Quality Vision）过程质量视觉系统，将断纸监控WBA和纸病检测WIS功能整合在一个系统里。

断纸监控WBA的概念：检测、记录断纸原因、追踪记录纸页边部形成纸病的原因。纸病检测WIS的概念：检测尘埃、斑点、条痕、褶皱、孔洞、破边、漏涂、刮线、背辊印等外观纸病。由于纸机生产的原纸需经过再卷机补洞、修边处理，通过飞接装置用于涂布纸的生产。对于断纸监控、纸病检测系统的稳定性和准确性要求非常高。生产过程中出现假纸病、漏拍等问题会造成涂布机断纸，直接影响车间的运行效率。因此PQV系统是生产过程中的一个重要环节，相当于操作人员的眼睛，在生产过程中起到了重要作用。

术。

技术进步PM纸病检测WIS、标识器、再卷机CodeReader读码器、控制柜、DS服务器和CS服务器、操作站组成；另一部分为涂布机PQV系统，由OMC断纸监控WBA、OMC纸病检测WIS、控制柜、上位机DS服务器和CS服务器、操作站组成。

2 硬件配置

2.1

PM&OMC断纸监控WBA

如图2所示，断纸监控摄像头在纸机PM安装22台，在涂布机OMC安装13台。

纸机PM:网部2台、压榨部4台、前烘6台、施胶4台、后烘2台、压光1台、卷取前切边2台、卷取1台。涂布机OMC:放卷前2台、放卷后2台、四个涂布头8台、卷取1台。

硬件组成如下：

(1）相机&镜头：黑白、高速、高分辨率逐行扫描技(2）LED灯板：采用LED光源，发热量小、寿命长、亮度高。

(3）前置玻璃、雨刷、冲洗水喷嘴：高透光度、定时

1 PQV系统的组成

如图1所示，PQV系统由纸机和涂布机两套系统组成：一部分为纸机PQV系统，由PM断纸监控WBA、

图1 纸机PQV系统组成

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喷水冲洗保证光洁度。

(4）水源、气源：冲洗前置玻璃，摄像机内保持正压。

(5）I/O卡：调节相机亮度Iris、聚焦Focus、变焦Zoom。

(6）视频转化卡：连接相机视频信号转化为光纤信号去机柜室IAP卡，并通过光纤接受来自系统的命令，并将这些命令传输给摄像机。

(7）电磁阀：冲洗水电磁阀、雨刷摆动电磁阀。2.2

PM纸病检测（WIS）

如图3所示，PM纸病检测摄像头共24台，位于纸机卷取前、扫描架后。采用穿透式灯梁，用于检测原纸孔洞、褶子、半透明、尘埃、异物、破边等纸病。其硬件组成分为相机梁、灯梁、光纤箱、控制箱、操作箱。2.2.1

相机梁

(1）相机&镜头：先进的高速逐行扫描技术，完全可编程，高分辨率，渐进式扫描CCD黑白相机。

(2）相机快门：采用FESTO单作用气缸，用于推动

相机梁挡板，相机工作时打开，保持相机梁内卫生，保持镜头的清晰度。

(3）供电电源、电缆槽：内有12VDC相机电源、5VDC视频转化卡电源。

(4）冷却气：保证正压通风，由单独风机供风，相机具有温度检测报警功能。

(5）同步卡：控制相机频率，保证相机与LED灯同频率。

(6）视频转化卡：连接相机视频信号转化为光纤信号，通过光纤箱去机柜室IAP卡，并通过光纤接受来自系统的命令，并将这些命令转发给摄像机。2.2.2

灯梁

(1）防护玻璃：位于LED灯板上方，用于密封。定期清理表面灰尘、纸末。

(2）LED灯板：采用LED光源，发热量小、寿命长、亮度高、衰减慢、可调整。

(3）供电电源、电缆槽：内有LED灯板电源、驱动模块电源。

(4）驱动模块：接收同步卡的同步频率信号，输出多路频率信号控制灯梁板LED灯频率，保证相机与LED灯同频率。2.2.3

操作箱

位于操作侧，可进行手动/自动转化。处于手动状态时，可进行手动操作打开/关闭相机快门、灯梁上升、

图2 PM断纸监控硬件配置

下降操作和急停操作。2.2.4

控制箱

(1）西门子CPU：用于控制灯梁上升、下降；与PQV系统I/O卡和MCS系统I/O卡采用硬连线信号。

(2）电源：向灯梁、相机梁提供5VDC、12VDC、24VDC、48VDC、220VAC电源。

(3）气动阀组：快门电磁阀、梁移动电磁阀。

(4）同步卡：此卡用于控制灯梁

图3 PM纸病检测硬件配置

板LED灯、相机的频率，保证两者同

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技术进步步。

2.2.5光纤箱

来自控制室多芯单股光缆，经光纤盒转化为2SC多模光纤连接至相机的VicoTech卡。2.3

OMC纸病检测WIS

如图4，OMC纸病检测共安装2套，每套31台摄像头，位于涂布机卷取前。采用低角度反射式灯梁，分别检测底涂和面涂的涂布纸病。检测背辊印、刮线、气泡、漏涂等纸病。硬件组成分为相机梁、灯梁、光纤箱组成（同2.2，此处只介绍与PM不同的镜头、灯板）。2.3.1

相机梁

相机&镜头：黑白、高速、高分辨率、逐行扫描技术。2.3.2

灯梁

LED灯板：采用LED光源，顶部有透镜、48VDC，发热量小、寿命长、亮度高、衰减慢、可调整。2.4

控制柜

纸机PQV系统与涂布机PQV系统的控制柜布置和结构是一致的，分别位于干部、涂布控制室。与现场断纸监控、纸病检测、MCS、传动、标识器、再卷机CodeReader读码器等采用不同的方式连接和通讯。柜门前后开门分为前后两部分，具体如下：

(1）机架：采用24VDC、5VDC、3.3VDC供电。

(2）IAP卡：是这个系统的核心，通过光纤电缆接收来自现场相机的视频信号，对视频进行处理、分析、识别、分类、存储，也可向相机发送命令和参数。通过内部计算将分析的数据通过网口通讯到24口交换机，另有2路视频四通道输出50帧/秒流视频经同轴电缆到操作室用于视频显示。每块卡有4路输入接4台相机。

(3）开关电源：220V 9.5A可提供24VDC、5VDC、3.3VDC。

(4）24口交换机：连接CS、DS服务器、操作站、IAP卡、MCS通讯。

(5）Date ServerDS服务器：数据服务器采用HP服务器Windows 2003 server，运行SQL数据库、I/O卡件、通讯协议等多个组件，用于存储断纸记录。

图4 OMC纸病检测硬件配置

图5 标识器

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(6）Camera serverCS服务器：相机服务器采用HP服务器Windows 2003 server，运行Server Manager、Autolight等多个组件，用于存储纸辊纸病记录。

(7）操作站OPS：湿部、干部、再卷机、涂布机各有一台操作站。

(8）I/O卡：来自MCS、标识器、控制箱等多处的信号交换，如换卷、断纸、全幅、车速、引纸板位置、灯梁位置、远程、纸边等均采用硬连线；与DS服务器采用RJ45网线通讯；与ABB传动采用Profibus通讯。

(9）西门子DP-DP Coupler & OZD：与ABB传动采用profibus通讯、信号转换和传输。2.5

标识器

如图5，标识器将纸页长度通过喷码的形式将代码标记在纸张上，由再卷机CodeReader读码器进行识别。其由三部分组成：Marker站、操作站、墨水站。2.5.1

Marker站

由纸边检测、喷嘴、喷枪电磁阀、喷气电磁阀、φ6mm墨水管路、φ6mm气管路、φ6mm水管路、信号线、行程限位、按钮箱等组成。2.5.2

操作站

由CPU、接线端子、继电器、电源、与PQV系统的信号交换、显示面板等组成。2.5.3墨水站

由墨水桶、液位开关、压力开关、气源、水源、电磁阀、调压阀、过滤器等组成。

3.1

其工作原理为：当收到纸页全幅信号，处于自动状态时，marker站自动进入纸页，当检测到纸边光眼时停止运行，纸辊临落辊前1000m线长每200m喷码一次，其余线长每1000m喷码一次。断纸时自动退回，检测到后退行程限位时停止。根据车速、线长对纸辊进行喷码便于再卷机读取标识，从而确定准确位置进行纸病处理。手动状态下可以通过按钮箱进行操作，前进、后退、喷码的功能。2.6

再卷机CodeReader读码器

安装于再卷机传动侧，用于检测纸机原纸的Marker标识线，通过CodeReader相机进行逐行扫描，并实时将所捕获图像转化为电信号通过光纤传输至IAP卡。运用图像处理算法对Marker标识线进行识别，从而确定线长。在再卷机操作站上将PM纸病检测记录的纸病进行选择，将可能会造成涂布机断纸的孔洞、破边、褶子、裂纹进行选择，纸病选择后可精确到具体的CD、MD位置。通过CodeReader相机读码同步后，控制传动电机速度和停止位置。传动电机的控制由板卡最后一个卡件Profibuss DP经西门子DP-DP Coupler和Profibus OZD信号转化后进行通讯的。可将纸页停止的位置精确到2m，运行状态良好。

3 工作原理

断纸监控WBA与纸病检测WIS的工作原理基本一致。

断纸监控WBA

如图6所示，断纸监控系统采用高分辨率线CCD相机，同步控制LED灯脉冲，经Cameralink线连接到VicoTech卡，实时将所捕获图像视频信号转化为数字光纤信号，传输IAP卡，运用图像处理算法对纸幅图像进行处理并储存。当接收到MCS发来的断纸信号时，将断纸前8秒（可设置项）图像视频进行存储记录，用于查看断纸原因和断纸位置，从而分析断纸原因，图像为完整的原始图像。

图6 断纸监控WBA工作原理

路径：WBA相机Camera→经

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技术进步CameraLink电缆→Vicotech→光纤→IAP→以太网→Switch→Server→以太网→Switch→操作站OPS3.2

纸病检测WIS

如图7所示，纸病检测系统其基本原理是：运用多台与车速同步的高分辨率线CCD相机，对经光源反射（OMC）或透射(PM)的纸幅进行逐行扫描，并实时将所捕获图像视频信号转化为数字10字节光纤信号传输至IAP卡。对视频进行处理、分析、识别、分类、存储，也可向相机发送命令和参数。通过内部计算将分析的数据通过24口交换机与服务器、操作站进行数据交换。将纸幅各种纸病图像进行处理并储存，并在操作界面上实时显示和记录。可查看纸病类型、大小、数量等，能精确到CD/MD位置，找到关键的质量问题点，并追踪其在过程中形成的原因。纸病为裁剪的有缺陷的图像。

路径：WIS相机Camera→经CameraLink电缆→Vicotech→光纤→IAP→以太网→Switch→Server→以太网→Switch→操作站OPS

程操作员站数据应用；（4）管理I/O以及其他外部接口；（5）负责与IAP卡的通讯；（6）负责将影像（纸病、序列）存储到磁盘并进行磁盘清理；（7）管理WBA、WIS录制；（8）用于同步地向摄像机发送/接收信息；（9）管理与纸辊有关的信息，如换卷、线长、速度等信息；（10）与I/O模块一起生成喷涂所需的信号，出现周期性纸病时标记和报警。

CS服务器的组件组成：（1）服务器管理器，负责所有组件的运行，系统启动时自动启动，某些组件关闭时，将自动重启该组件；（2）负责纸病的处理，如合并、剪切帧；（3）通讯管理；（4）磁盘管理；（5）相机管理；（6）分类器将每种纸病最终分类和命名，与磁盘管理器组件合作，将影像存储到硬盘；（7）根据参考相机的Gray Level自动调整灯光；（8）计算纸页宽度，跟踪相机的边缘位置等。

5 生产中的应用

操作室内显示器实时显示当前的断纸监控摄像机的实时画面，出现断纸信号时，会将断纸信号前几秒的视频进行存储，形成一次断纸记录（在管理员权限可以自行修改存储时间和长度），自动检测出断纸原因并标识出断纸位置，各个断纸相机记录断纸瞬间的录像，从而查找出断纸具体原因，是裂口、破边、压榨部真空波动、毛布赶褶等多种原因，从而有利于改善生产状况和

4 服务器运行组件

DS服务器和CS服务器运行各种组件，其中DS服务器的组件为：（1）服务器管理器，负责所有组件的运行，系统启动时自动启动，某些组件关闭时，将自动重启该组件；（2）与数据库SQL的通讯；（3）处理本地和远

图7 断纸监控WIS工作原理

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提供指导性建议。

纸病检测界面实时显示纸病相机拍摄的全幅纸病图片，图片信息包括：大小、面积、CD/MD位置、纸病类型、时间等信息。对周期性纸病进行提醒和报警。当发生边部纸病裂口、褶子时，会自动发出断纸记录存储，从而查找形成纸病的原因，生产人员可及时进行解决。

通过SNS软件可对断纸相机照射的关注区域进行调整，可读取和修改相机Zoom、Focus、Iris、ROI等参

图8 断纸相机设置、纸病、断纸显示图像

数并根据现场的工况进行调整。通过TESTCLENT软件对IAP卡进行状况、参数和版本的修改。通过Calibration Tool软件对相机温度、Gray Level、Gain、camera、Windows等参数进行监控和修改（图8）。

纸病检测界面实时显示纸病相机拍摄的全幅纸病图片，图片信息包括：大小、面积、CD/MD位置、纸病类型、时间等信息，对周期性纸病进行提醒和报警。当发生边部纸病裂口、褶子时，会自动发出断纸记录存储，从而查找形成纸病的原因，生产

图9 纸机纸病生产中的实时画面

人员可及时进行解决。纸页中的尘埃、油污、黑异物、透明点等任一纸病可以精确到0.5mm，根据数量的多少和分布情况为生产提供良好的视觉界面（图9）。

再卷机通过查看纸病记录选择需要修补的纸病，将其选中，通过codereader摄像机读取标识器的打码线来确定当前线长具体位置，通过ABB传动控制将设备停止在精确位置，进行纸病修补（图10）。

图10 再卷机生产中的实时画面

6 日常维护

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技术进步相机、镜头属于高精度的测量装置，其使用寿命、出现问题的频率、测量的准确性，与日常的维护和保养是密切相关的。做好日常巡检、卫生清理、周期性维护记录是工作重点。

(1）每天巡检断纸监控、纸病检测相机温度，保证温度低于50℃。

(2）每周清理供风风机滤网一次，保证滤网完整和清洁；定期更换滤网。

(3）定期检查断纸摄像机水源、气源质量，定期更换过滤器滤芯。

(4）每十天清理一次marker标识器喷嘴卫生，保证喷嘴周围干净，防止溅料。

(5）每次停机，清理灯梁玻璃卫生。

(6）每半年清洁一次相机镜头。

卡更换。

(3）对调现场视频转化卡。(4）对调现场光纤。(5）对调现场相机。

7 故障处理

PQV系统运行比较稳定，做好日常维护可大大降低故障频率。7.1

断纸监控未录像

(1）检查断纸信号是否正常。(2）检查相机状态是否正常。(3）手动录像一次是否正常。(4）检查系统时间是否同步。7.2

纸病检测无纸病显示

(1）检查现场灯梁、相机梁供电是否正常。(2）与I/O通讯是否已连接，车速信号是否正常。(3）CS、DS服务器组件是否已正常启动。(4）全幅信号、卷取换卷信号是否为1。(5）参考相机和同步相机信号是否正常。(6）重启CS、DS服务器组件。7.3

纸病检测某一相机无纸病

(1）通过Calibration Tool软件查看该相机对应的IAP卡状态，如显示蓝色为IAP卡故障，需更换IAP卡。如果显示No signal表示此通道不正常。

(2）将该相机与其他通道相机对调光纤，再次确认故障原因来自现场还是IAP卡；若来自IAP卡需要将此

8 结束语

随着社会的发展和进步，对纸张的要求越来越高，在生产过程中，造成的一些外观纸病，如：尘埃、斑点、褶皱、破边、背辊印等会严重影响纸张的质量，极易造成纸张的成品率下降和客户投诉。纸病检测是生产过程中的一个重要环节，PQV过程质量视觉系统在华泰PM8得到了良好的应用。相当于设备的眼睛，将问题发现并记录下来。实践运行证明这套纸病检测系统具有较高的准确率和稳定性，为稳定产品质量提供了很好的帮助。

参考文献

[1]Process Quality Vision Admin training[Z].[2]Process Quality Vision Basic training[Z]..在线监测系统在特种纸机上的应用[J].中国造纸,2013,[3]陆平 32(04).[4]美卓过程质量视觉系统为造纸业带来更为卓越的表现[Z].纸业资讯.[收稿日期:2020-03-23(修改稿)]

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