翠冠梨自動分選控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 現(xiàn),李傳輝，林營志

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所 350003)

翠冠梨自動分選控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 現(xiàn),李傳輝，林營志*

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所 350003)

為了降低翠冠梨分選的勞動力成本，提高分選的效率和精度，以維控LEVI777A型觸摸屏為人機(jī)界面，臺達(dá)DVP12SA211T可編程控制器為控制核心，構(gòu)建了一套基于重量的自動分選控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡便、人機(jī)界面友好，實(shí)現(xiàn)了翠冠梨的自動化分選，有效地提高了分選的精度與效率，降低了勞動力成本，具有良好的科研和社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

翠冠梨；分選；系統(tǒng)

Abstract: An automatic sorting control system for Cuiguan pear, according to its fruit weight, was designed with Weikong LEVI777A touching screen as man-machine interface, and Taida DVP12SA211T programmble controller as the control core, in order to reduce the labor cost and improve the sorting efficiency and accuracy. The system could run smoothly, operate simply, and with friendly man-machine interface. With the system, the Cuiguan pear was automatically separated, and the sorting accuracy and efficiency were effectively improved. This system could save labor cost, and obtain high research and social economy value.

Keywords: Cuiguan pear; sorting; system

翠冠系優(yōu)質(zhì)早熟沙梨品種，果實(shí)近圓形，果形指數(shù)0.96，果皮黃綠色細(xì)薄，果肉雪白色，肉脆汁多、味濃鮮嫩、汁豐味甜，被稱為“六月雪”。閩西北多年多點(diǎn)示范種植結(jié)果表明，翠冠梨不僅早熟、果大、質(zhì)優(yōu)、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而且在閩西北溫暖高濕氣候條件下，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗病蟲能力。

水果分選是水果采后加工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它可以使水果在銷售時(shí)具有較高的均勻度，從而更加吸引消費(fèi)者，以提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)表明，水果產(chǎn)值大部分是由采后處理和加工創(chuàng)造出來的。目前，翠冠梨分選大多采用人工挑揀方法，勞動強(qiáng)度大、成本高，容易受人為主觀因素影響，分選誤差大，工作效率低。為了大幅提高翠冠梨分選效率和精度，提升其在產(chǎn)后加工階段的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，本研究設(shè)計(jì)出一套翠冠梨自動分選控制系統(tǒng)，依據(jù)重量實(shí)現(xiàn)翠冠梨的自動分選。推廣應(yīng)用表明，可以大幅提高分選的工作效率，降低勞動力成本，增加果農(nóng)的收入。本文介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、功能及實(shí)現(xiàn)結(jié)果。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

重量式水果分選機(jī)采用重量傳感器，根據(jù)產(chǎn)品的重量進(jìn)行分選，通過被選產(chǎn)品的重量與預(yù)先設(shè)定的重量的比較進(jìn)行分級。分選機(jī)通常由上果段、分選傳感器段和分果出口段組成。

在上果階段，當(dāng)系統(tǒng)開啟時(shí)，由PLC控制電機(jī)的開啟來帶動傳送鏈條轉(zhuǎn)動，負(fù)責(zé)上果的工作人員往鏈條上方的每一個(gè)果盤中依次放入一個(gè)翠冠梨，輸送鏈條承載著果盤均勻地向前輸送。

分選階段是最為關(guān)鍵的一個(gè)階段，工作人員事先在觸摸屏人機(jī)界面上配置好每個(gè)等級的重量分選區(qū)間等參數(shù)，這些參數(shù)長期保存在觸摸屏中。

在系統(tǒng)開啟后，PLC通過RS485讀取觸摸屏上的參數(shù)信息，待裝載著翠冠梨的果盤向前輸送到達(dá)稱重傳感器位置時(shí)，稱重傳感器將重量信息通過稱重模塊傳送至PLC上，PLC與預(yù)先在觸摸屏上設(shè)定的重量分選區(qū)間參數(shù)進(jìn)行比較，確認(rèn)此梨的重量等級，同時(shí)PLC將等級信息保存于其存儲空間中以便在分果階段進(jìn)行正確分果。

在分果階段，PLC調(diào)用存儲在其中的等級信息，當(dāng)所對應(yīng)的果盤到達(dá)等級信息相應(yīng)的分果槽時(shí)，PLC控制輸出驅(qū)動板，驅(qū)動板驅(qū)動電磁推桿動作，使果盤發(fā)生傾斜，翠冠梨順勢滾入果槽中完成分選。

該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 翠冠梨自動分選控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.2電氣控制

系統(tǒng)電路原理見圖2。其中，圖2(a)為系統(tǒng)電路圖；圖2(b)為PLC接線圖；圖3(c)為觸摸屏與DTU接線圖，控制系統(tǒng)以觸摸屏為人機(jī)界面、PLC為控制核心，觸摸屏和PLC之間通過RS485進(jìn)行通信，系統(tǒng)內(nèi)部安裝DC24V開關(guān)電源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和用于分果的電磁推桿，傳感器部分為稱重傳感器，安全部分為漏?？傞_關(guān)。

2 系統(tǒng)軟件功能介紹

系統(tǒng)以LEVI777A觸摸屏為人機(jī)界面、臺達(dá)DVP12SA211T PLC為控制核心進(jìn)行構(gòu)建。開發(fā)環(huán)境基于Windows的中文操作系統(tǒng)，采用維控公司開發(fā)的LEVIStudio組態(tài)軟件和臺達(dá)梯形圖編程軟件WPLSoft。系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)翠冠梨的自動化分選為目的，主要功能模塊包括狀態(tài)查看、分級統(tǒng)計(jì)、參數(shù)設(shè)置、趨勢分布、稱重校準(zhǔn)、警報(bào)查詢、密碼修改、手動調(diào)試等(圖3)。

2.1狀態(tài)查看

用戶可在觸摸屏上查看當(dāng)前系統(tǒng)所處的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

2.2分級統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)具備統(tǒng)計(jì)當(dāng)日或者某段時(shí)間內(nèi)所分選的水果的總數(shù)量和總重量的功能，便于用戶了解已經(jīng)分選翠冠梨的狀態(tài)以及分選的效率。

2.3參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置是一個(gè)十分重要的功能。在開啟系統(tǒng)之前，須對每個(gè)分選等級重量的上下限范圍進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定完要勾選啟用選項(xiàng)，否則該設(shè)定無效。

2.4趨勢分布

系統(tǒng)提供了查看趨勢分布圖的功能。依據(jù)分級統(tǒng)計(jì)的結(jié)果數(shù)據(jù)繪制柱狀圖或者餅圖以便用戶更加直觀地查看分選翠冠梨的數(shù)量與重量情況。

2.5稱重校準(zhǔn)

稱重校準(zhǔn)是使用該系統(tǒng)過程中最關(guān)鍵的一步，它關(guān)系到分級的準(zhǔn)確性。由于梨放置在果盤上進(jìn)行稱重，不同果盤重量具有一定的差異，從而導(dǎo)致稱重時(shí)對梨的重量產(chǎn)生干擾，造成分級誤差。因此，系統(tǒng)在分選前，對果盤進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定，多次稱取果盤重量，并取其平均值作為分選時(shí)果盤的最終重量，這一措施大大降低了由于果盤重量差異帶來的分級誤差，提高了分級的準(zhǔn)確度。

2.6警報(bào)查詢

在觸摸屏報(bào)警信息界面上可以查看系統(tǒng)的報(bào)警記錄，用戶需定期查看，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

圖2 翠冠梨自動分選控制系統(tǒng)電路原理

圖3 翠冠梨自動分選控制系統(tǒng)功能邏輯

2.7密碼修改

出于安全性考慮，系統(tǒng)提供了密碼修改的功能。不同級別的用戶擁有其設(shè)定的私人密碼，進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)需要輸入密碼進(jìn)行登錄后方可正常使用該系統(tǒng)。

2.8手動調(diào)試

用戶可通過開啟手動調(diào)試功能，人為地對某個(gè)組件進(jìn)行調(diào)試，檢測其功能是否正常。

3 實(shí)現(xiàn)結(jié)果

系統(tǒng)運(yùn)行主界面(圖4)。系統(tǒng)投入使用后，運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)界面友好，操作便捷，能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)查看、分級統(tǒng)計(jì)、參數(shù)設(shè)置、趨勢分布、稱重校準(zhǔn)、警報(bào)查詢、密碼修改、手動調(diào)試等功能，有效地滿足了翠冠梨自動化分選的實(shí)際生產(chǎn)需求(圖5～13)。

4 結(jié)語

水果產(chǎn)后處理直接關(guān)系到水果的包裝、運(yùn)輸、貯藏和銷售，對水果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值產(chǎn)生重要的影響。西方發(fā)達(dá)國家水果產(chǎn)后處理的比例高達(dá)80%～90%，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)水果分選的機(jī)械化與自動化，而我國水果產(chǎn)后分選以半機(jī)械化甚至手工分選為主，機(jī)械化處理比例還不到5%。因此，研究水果分選技術(shù)以及開發(fā)自動化的水果分選機(jī)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文基于重量分選原理，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了翠冠梨自動分選控制系統(tǒng)，提高了分選的精度與效率，有效提升了翠冠梨在產(chǎn)后加工階段的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，增加了果農(nóng)的收入，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。

(責(zé)任編輯：黃金澤)

DesignandrealizationofautomaticsortingcontrolsystemforCuiguanpear

LIU Xian, LI Chuan-hui, LIN Ying-zhi*

(DigitalAgricultureInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianProvince350003)

2017-06-09

劉現(xiàn)，女，1985年生，研究實(shí)習(xí)員。

*通訊作者：林營志，男，1974年生，副研究員 (E-mail:LYNNET@163.com)。

福建省科技重大專項(xiàng)專題項(xiàng)目(2014NZ0002-2)；設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)性工程化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(2014GCH-9)；福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性工程化實(shí)驗(yàn)室由建設(shè)項(xiàng)目(2014GCH-2)；福建省科技創(chuàng)新平臺建設(shè)項(xiàng)目(2009J1002、2010J1002)；福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)PI項(xiàng)目(2016PI-45)。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.06.019