瓜果類(lèi)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的研究

陳丹，肖桂珍廣西民族大學(xué)

瓜果類(lèi)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的研究

陳丹，肖桂珍
廣西民族大學(xué)

用PLC控制的類(lèi)圓形狀瓜果農(nóng)產(chǎn)品大小的自動(dòng)分揀系統(tǒng)，以PLC為主要控制，同時(shí)也綜合了減速電動(dòng)機(jī)、數(shù)字計(jì)數(shù)器、傳感器技術(shù)等方面的應(yīng)用，各個(gè)模塊系統(tǒng)進(jìn)行合理綜合，將程序控制部分、自動(dòng)傳動(dòng)、與機(jī)械推動(dòng)等部分適配安排連接。整個(gè)系統(tǒng)過(guò)程操作簡(jiǎn)便，分揀效率高，控制精度高。

減速電動(dòng)機(jī)；分揀技術(shù)；傳感器技術(shù)；PLC

引言

瓜果的形狀大小對(duì)產(chǎn)品的銷(xiāo)售價(jià)格有很大的影響，為此，人們一般會(huì)將瓜果按一定的大小進(jìn)行等級(jí)分類(lèi)，如果靠人工分揀，這將需要大量人力和時(shí)間，工作效率低下。所以，現(xiàn)如今大型企業(yè)均會(huì)采用自動(dòng)分揀系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工分揀，分揀技術(shù)在瓜果類(lèi)農(nóng)產(chǎn)品的分類(lèi)上起著舉足輕重的作用。但目前大部分的分揀系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制，而且故障率高。隨著PLC技術(shù)日益成熟，用簡(jiǎn)單的PLC程序便可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制功能，使用基于PLC的系統(tǒng)分揀，不僅分揀效率高，而且可控性更顯著，在瓜果分揀上具有較大的實(shí)用價(jià)值，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款專(zhuān)門(mén)用于分揀圓形、橢圓形或者類(lèi)圓形瓜果的自動(dòng)分揀系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1）

自動(dòng)分揀系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程以及實(shí)現(xiàn)功能。啟動(dòng)電源，物料口處減速電動(dòng)機(jī)1開(kāi)始運(yùn)作，帶動(dòng)傳送帶運(yùn)作，PLC控制電動(dòng)機(jī)2啟動(dòng)，把瓜果從物料機(jī)構(gòu)中一個(gè)一個(gè)的送到傳送帶上，瓜果沿傳送帶往下傳送帶經(jīng)過(guò)兩個(gè)相互垂直的光柵，兩個(gè)光柵通過(guò)測(cè)量瓜果的直徑大小信號(hào)反饋一個(gè)電信號(hào)給PLC，如果所測(cè)得的瓜果直徑滿足預(yù)先所設(shè)定的測(cè)量范圍值時(shí)，PLC執(zhí)行相應(yīng)的程序，使相應(yīng)的機(jī)械推桿處于預(yù)備動(dòng)作，當(dāng)瓜果傳送到相應(yīng)的光電傳感器位置時(shí)光電傳感器檢測(cè)到瓜果，機(jī)械臂將瓜果推進(jìn)相應(yīng)的分揀框，如果其不滿足所設(shè)定的范圍值時(shí)，PLC則會(huì)忽視反饋信號(hào)，推送桿也就不工作，瓜果就沿傳送帶直接進(jìn)入分揀筐3，從而實(shí)現(xiàn)瓜果大小的分揀。

2 系統(tǒng)各模塊功能

2.1 減速電動(dòng)機(jī)

本系統(tǒng)主要運(yùn)用減速電動(dòng)機(jī)來(lái)控制進(jìn)料裝置以及傳送帶和推動(dòng)桿工作。減速電動(dòng)機(jī)是在一般電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上加上一個(gè)齒輪以達(dá)到減速的目的，耗能低，性能良好，擁有通用性較強(qiáng)，維護(hù)成本比較低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 光電傳感器及光柵

光電傳感器是通過(guò)有無(wú)光照控制通斷的一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)反饋機(jī)構(gòu)，光柵是檢測(cè)物體遮光寬度判斷物體大小進(jìn)而反饋信號(hào)得機(jī)構(gòu)，當(dāng)瓜果經(jīng)過(guò)光柵時(shí)，瓜果的遮光寬度不一樣，反饋信號(hào)也不一樣，從而對(duì)不同的推動(dòng)桿進(jìn)行控制。光電傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的無(wú)接觸檢測(cè)，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快，對(duì)物體的測(cè)量范圍限制少，因而我們可以根據(jù)系統(tǒng)的需要適當(dāng)調(diào)整瓜果的傳送位置。

2.3 數(shù)字計(jì)數(shù)器

數(shù)字計(jì)數(shù)器是用來(lái)統(tǒng)計(jì)數(shù)量的一個(gè)模塊，由擁有記憶存儲(chǔ)信息功能的觸發(fā)器組建而成，通過(guò)觸發(fā)脈沖信號(hào)來(lái)控制記錄次數(shù)以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，是一種比較普遍的計(jì)數(shù)工具。當(dāng)瓜果通過(guò)機(jī)械臂推送桿推送進(jìn)入相應(yīng)的分揀框時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字計(jì)數(shù)器就會(huì)啟動(dòng)計(jì)數(shù)，最后就可以精確快速的統(tǒng)計(jì)出瓜果的數(shù)量以減少不必要的人工計(jì)數(shù)過(guò)程。

3 PLC控制模塊功能

3.1 輸入/輸出模塊

本系統(tǒng)根據(jù)需要選擇的輸入輸出口點(diǎn)數(shù)為10，選用S7-200CUP為224型號(hào)的PLC可編程控制器，系統(tǒng)具有手動(dòng)啟動(dòng)和停止，PLC全自動(dòng)分揀功能，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常啟動(dòng)后，PLC會(huì)自動(dòng)控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 I/O模塊接線圖

3.2 I/O分配表

表1 I/O分配表

4 測(cè)量結(jié)果及分析

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入分揀狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)減速電動(dòng)機(jī)，傳送帶把瓜果傳送到光柵檢測(cè)機(jī)構(gòu)，此時(shí)應(yīng)取兩垂直光柵對(duì)瓜果直徑測(cè)量值的平均值，當(dāng)測(cè)量值在所設(shè)定的范圍值時(shí)，則通過(guò)PLC控制推動(dòng)桿將瓜果推入相應(yīng)的分揀筐，我們可根據(jù)不同瓜果的尺寸大小情況，靈活的修改所設(shè)定的范圍值，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同瓜果的分揀，另外，也可從數(shù)字計(jì)數(shù)器上直觀的看到每個(gè)分揀筐的瓜果數(shù)量，如此反復(fù)進(jìn)行，可對(duì)瓜果實(shí)現(xiàn)持續(xù)分揀。

該系統(tǒng)具有分揀速度快、操作過(guò)程簡(jiǎn)單和分揀大小的精度高的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的人工分揀相比較，自動(dòng)化程度更高，效益更佳。但是該系統(tǒng)只能分揀類(lèi)似于圓形的產(chǎn)品，而且該系統(tǒng)測(cè)量變量較單一，只能測(cè)量產(chǎn)品的直徑大小，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量、顏色等因素還無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確分類(lèi)，有待完善提高。

5 結(jié)語(yǔ)

在本次分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們始終堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。從系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)布局，各個(gè)模塊的選擇以及連接，到PLC控制的各個(gè)元器件輸入輸出口的分配以及原理圖的設(shè)計(jì)，再根據(jù)各個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行程序的編寫(xiě)、調(diào)試、修改和完善，最后到系統(tǒng)的投入使用，每個(gè)步驟都經(jīng)過(guò)深思熟慮，對(duì)于可能出現(xiàn)的問(wèn)題都進(jìn)行了具體的分析、討論，并作出了相應(yīng)的完善。

[1]吳中俊.可編程序邏輯控制器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

[2]楊衣領(lǐng).西門(mén)子S7-300PLC程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2014

[3]李發(fā)海.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2012

[4]孫傳友.感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，2015

[5]黃信兵，劉小娟等.基于PLC的臍橙分揀及裝箱自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013

[6]金美華.基于PLC的滑塊自動(dòng)分揀系統(tǒng).制造業(yè)自動(dòng)化，2011

[7]西門(mén)子公司.SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè).2002

[8]劉順禧等編著.電氣控制計(jì)術(shù).北京：北京理工大學(xué)出版社，2000

[9]何衍慶等編著.可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000

The control of PLC of automatic sorting system for the circular shapes of fruits and agricultural products,meanwhile,it also integrated gear motor,digital counter,sensor technology and other applications,every module system is rationally comprehensive,controlled sections,automatic transmission,connection with mechanical parts such as promoting adaptation arrangements.Process of the whole system is easy to operate,high efficiency,high accuracy.

gear motor；sorting technology sensor technology；PLC

2016年廣西民族大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201610608024。