Точный подсчет яиц и контроль скорости конвейера на птицефабрике

  • Яйца

Заказчик

Крупная птицефабрика яичного направления. Предприятие имеет замкнутый цикл производства, включающий содержание родительского стада, инкубацию, выращивание молодняка и промышленное содержание кур-несушек. Предприятие ежегодно выпускает миллионы яиц

Задача

Внедрить систему подсчета яиц с помощью видеокамеры и управления скоростью конвейера для предотвращения скопления и повреждения яиц

Результат

Видеосчетчик осуществляет подсчет яиц с точностью 99,90–99,97%. Каждые 10 секунд данные о количестве яиц передаются в программу управления частотным преобразователем, который регулирует скорость движения конвейера, предотвращая брак

  • Яйца

Содержание

Ситуация

Птицефабрика использует прутковые транспортеры «анаконда», собирающие яйца из корпусов с тысячами кур в клеточных батареях. Поток яиц поступает в цех сортировки с разной интенсивностью. Из-за неравномерного распределения возникают скопления, приводящие к трещинам и повреждениям продукции. 

Вот как ситуацию описал заказчик:

Максимальная мощность сортировочного комплекса — 40 тысяч яиц в час.

Разные корпуса фабрики подают разное количество яиц. Если все конвейеры будут работать на максимальной скорости, за час в сортировочный комплекс придет 50 тысяч яиц. Возникнет коллапс, яйца завалят сортировочную машину и потрескаются.

Если ограничить скорость всех конвейеров, это не поможет. Между корпусами птицефабрики есть временной лаг и курицы несутся по разному. Когда в сортировочном комплексе мало яиц — это тоже плохо: увеличивается время работы, а оборудование и сотрудники простаивают. 

Поэтому скорость движения яиц по конвейеру нужно регулировать постоянно.

Ранее на птицефабрике применялся устаревший видеосчетчик другого поставщика. Со временем он перестал устраивать заказчика: счетчик допускал ошибки и не позволял управлять скоростью конвейера, из-за чего заказчик не мог минимизировать брак. Это побудило руководство птицефабрики искать более точное и современное решение для подсчета яиц и регулировки скорости транспортера, чтобы предотвратить повреждения продукции.

Интерфейс старого видеосчетчика.

Поначалу оба счетчика работали на одном компьютере. После полноценного запуска AI Видеонумератора старый счетчик начал мешать и его отключили

Задача

Руководство птицефабрики обратилось к нам, чтобы решить 2 задачи:

  1. Внедрить точный подсчет яиц с помощью видеокамеры.
  2. Интегрировать видеосчетчик и конвейер, чтобы управлять скоростью движения потока.

Суть интеграции. Счетчик должен регулировать скорость транспортера, чтобы оптимизировать поток продукции и предотвратить ее повреждение. 

Когда яйца поступают на конвейер с высокой интенсивностью, а скорость конвейера слишком низкая, образуются «горки». Яйца давят друг на друга, трескаются и лопаются. В такие моменты конвейер должен ускоряться, чтобы равномерно распределять поток и снижать процент брака. И наоборот, при малом потоке яиц скорость конвейера должна уменьшаться, чтобы избежать слишком быстрого перемещения и обеспечить равномерную подачу яиц для сортировки и упаковки.

Как завод «Аютинский хлеб» управляет конвейером с помощью видеокамеры

Решение

Настройка видеосчетчика на птицефабрике прошла в стандартном режиме за 2 дня. Мы уже рассказывали, что внедрение счетчиков яиц занимает меньше времени, чем по другим видам продукции. Яйца — простые объекты для подсчета.

В отличие от счетчика яиц в Липецкой области на 114 видеокамер для 207 зон подсчета, мы установили всего одну видеокамеру в последнем корпусе, где суммируется поток яиц из всех производственных корпусов.

Инженер Neti программными средствами обрезал кадр, чтобы исключить из зоны съемки лишние участки и обеспечить чистую зону подсчета.

Технические нюансы подсчета яиц с примерами счетчиков 

Так выглядела съемка до настройки: ¾ кадра занимали полы и стены, которые не нужны для подсчета яиц

После программной обрезки зоны подсчета в кадре осталась только лента конвейера и продукция на ней.

Скриншот в оригинальном разрешении

Организовали подсчет на процессоре

Переход на промышленный компьютер. Заказчик приобрел промышленный компьютер в герметичном корпусе, защищенный от пыли, влаги и грязи, характерной для птицефабрик. В отличие от обычных компьютеров, которые работали со старым счетчиком и быстро засорялись, герметичные компьютеры не требуют регулярной чистки. Они не ломаются и работают без обслуживания по 10 лет и дольше.

Однако обратной стороной надежности таких компьютеров является их комплектация. Для работы в условиях интенсивной нагрузки промышленные системы проектируются без вентиляторов и дискретных видеокарт. Проблема в том, что обычно мы настраиваем подсчет продукции как раз на видеокартах. Именно поэтому видеокарты выделены отдельным пунктом в требованиях к оборудованию.

Обработка видео без видеокарты. В отличие от типовых проектов, где подсчет продукции выполняется на видеокартах, нам впервые пришлось организовать подсчет яиц на центральном процессоре. Такой подсчет работает медленнее и мог затруднить анализ видеопотока в реальном времени. Для решения этой проблемы мы применили библиотеку Intel OpenVINO.

Библиотека оптимизировала модель подсчета яиц, убрала лишние операции и минимизировала нагрузку на процессор. В результате производительность выросла в 1,5–2 раза по сравнению с расчетами без OpenVINO. Таким образом подсчет продукции хорошо заработал и без видеокарты.

При тестовых запусках счетчика нагрузка на процессор находилась в диапазоне 35–42%.

Временами почти половина вычислительных ресурсов уходила на подсчет

После установки OpenVINO нагрузка упала до диапазона 14–22% и в основном держится ниже 20%.

Благодаря библиотеке нагрузка снизилась в 2 раза

Настроили управление скоростью конвейера

Для управления скоростью «анаконды» мы интегрировали видеосчетчик с частотным преобразователем, подключенным к электродвигателю конвейера. Это оказался самый трудоемкий и длительный этап проекта. 

Изначально возникли сложности с передачей информации от видеосчетчика к преобразователю. Стандартный вывод AI Видеонумератора не соответствовал тому, что понимала программа управления. Разработчик Neti доработал ПО видеосчетчика для соответствия протоколу программы. После этого тестирование подтвердило корректную передачу данных и система заработала.

Вот как теперь происходит управление скоростью потока с помощью видеокамеры:

  1. Видеосчетчик AI Видеонумератор фиксирует количество яиц, прошедших через камеру, и рассчитывает среднее количество в час. 
  2. Каждые 10 секунд эти данные передаются по протоколу Modbus TCP в программу управления частотным преобразователем. 
  3. Частотный преобразователь регулирует скорость вращения электродвигателя, изменяя частоту и напряжение переменного тока: при большом потоке яиц скорость конвейера увеличивается, при маленьком — уменьшается.

Результаты

Заказчик доволен работой видеосчетчика и системой управления скоростью конвейера. Точность подсчета яиц составляет 99,90–99,97%. Каждый час через систему подсчета проходит 36–48 тысяч яиц.

Пример, как меняется скорость конвейера в зависимости от интенсивности потока:

Каждую минуту с 17:00 до 17:45 по конвейеру проходило около 800 яиц.

Затем скорость конвейера замедлилась и в потоке стало около 600 яиц в минуту

Руководство птицефабрики планирует увеличить число камер до четырех, чтобы более точно регулировать потоки яиц в разных корпусах на каждом участке «анаконды».

Длительность. Проект длился 3 месяца. Внедрение счетчика яиц заняло 2 дня. Остальное время понадобилось на доработки программы для управления скоростью конвейера.

Команда. Со стороны Neti на проекте работали 2 специалиста: инженер и разработчик. Со стороны заказчика — руководитель проектов и разработчик приложения для управления частотным преобразователем.