基于PLC的寒富蘋果自動分級生產線控制系統設計

孟繁臻　宮元娟

摘要：為實現寒富蘋果的自動分級，對寒富蘋果自動分級生產線的控制系統進行設計。說明控制系統的原理與功能，闡述控制系統的硬件組成和信號采集及傳遞過程，利用PLC對控制系統的軟件程序進行編程，最終實現寒富蘋果的精準分級。

關鍵詞：自動分級；PLC；控制系統；設計；寒富蘋果

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）06-0037-02

寒富蘋果是沈陽農業大學以富士和東光為親本選育的抗寒優質大果型品種，已成為遼寧地區最受農民朋友及廣大消費者歡迎的蘋果之一。有關寒富蘋果的研究，在產品推廣和產業化發展方面取得了很大進展，但對其采摘后進行等級分選和品質鑒定方面的研究較少。

PLC可編程控制器是目前應用較多的控制系統，具有可靠性高、體積小、能耗低、功能性強、性價比高、抗干擾能力強等多重優勢。基于PLC設計一種寒富蘋果分級生產線控制系統，以控制分選動作，實現寒富蘋果的自動化分級。

1 控制系統的原理

寒富蘋果分級生產線的工作原理如圖1所示。工作過程為：果盤輸送裝置帶動蘋果運動，經由稱重模塊采集質量信息，并傳遞給控制系統，再由控制系統控制執行機構進行分級。

蘋果在經過稱重模塊時，稱重模塊采集蘋果動態質量信號，此時產生的質量信號是模擬電壓信號，這個電壓信號經過稱重變送器電路轉換成0～5 V的標準電壓信號，再送入PLC模擬量輸入模塊，進行A/D轉換，轉換為數字量信號，經PLC程序編程，利用比較指令進行信號判斷，根據信號判斷發出執行指令，使推拉電磁閥在蘋果運動到相應的果箱時工作。

信號處理電路結構如圖2所示。

2 控制系統的硬件組成

自動分級生產線作為現代化自動分選機械，不但要求其具有科學合理的機械結構，高精確性和高可靠性的分級控制系統，還要具有良好的動態性及靈敏性。寒富蘋果自動分級生產線控制系統結合了檢測技術、電動技術和PLC技術，可實現寒富蘋果的自動化精準分級。

1） 稱重傳感器可將力矩產生的應變換算成與力矩有線性關系的電壓信號的電阻應變。選用懸臂梁式稱重傳感器，該產品采用合金鋼材質焊接密封，故而線性度高、精度高、漂移小，結構合理，便于安裝。

2） 變送器的主要作用是把傳感器的輸出信號轉化為可被PLC模擬量輸入模塊所識別的標準電壓信號。由于PLC模擬量輸入模塊能接收0～5 V標準電壓信號，而傳感器輸出的是毫伏的微弱電壓信號，因此根據稱重傳感器的選型，選用分體式變送器。

3） 選用三菱FX2N型可編程控制器作為主機，以滿足試驗對PLC的全面要求。三菱FX2N具有性能高、形體小、速度快、編程靈活及超小程序裝置檔次高的優點，不僅能夠輸入16～25點，還可用于連接基本組件，進行模擬、定位控制。根據需要選擇三菱PLC（FX系列）的FX2N-2AD模擬量輸入模塊，其共有2個模擬量輸入通道，可實現A/D轉換功能。

3 控制系統的軟件設計

梯形圖程序設計語言主要通過梯形圖的圖形符號對程序進行描述。一般情況下，事件因果關系呈階梯狀，梯級前面是事件發生的起因，梯級后面是事件發生的結果，通過此種因果關系對事件的條件、結果進行全面的描述。本文設計的梯形圖主要用到的PLC指令程序是FROM指令和ZCP指令。

1） FROM指令為將PLC增設的特殊單元緩沖存儲器（BFM）的內容讀到可編程控制器的指令，用于PLC基本單元讀取特殊功能模塊中的數據，本文的特殊模塊就是FX2N-2AD。稱重傳感器產生的電壓信號經由FX2N-2AD轉換為數字信號，PLC通過FROM指令可提取數據。FROM指令梯形圖如圖3所示。

2） ZCP（Zone Compare）指令為區間比較指令，其功能指令編號為FNC11，可進行16位運算數據比較。指令執行時，源操作數[S]與[S1]和[S2]的內容進行比較，并將比較結果送到目標操作數[D]中。根據寒富蘋果的等級（以質量在175～250 g的為小型果，250～300 g的為中型果，大于300 g的為大型果），利用區間比較指令對寒富蘋果進行等級劃分。ZCP指令梯形圖如圖4所示。

4 結論

本文主要對寒富蘋果自動分級生產線的控制系統進行設計。介紹分級生產線的工作原理，得到控制功能的要求；對控制系統的硬件組成進行分析，選取最適合分級生產線的各個部件；對控制系統的軟件進行設計，利用梯形圖編程，得到能夠實現自動分級控制的系統程序。

參考文獻

[1] 魏中青，金萌時，苗曉剛，等.數據采集與分析系統在自動稱重分級設備中的應用[J].機械與電子，2012（3）：41-44.

[2] 應義斌，饒秀勤，黃永林，等.水果高速實時分級機構控制系統[J].農業機械學報，2004，35（5）：117-121.

[3] 黃秀玲，鄭加強，趙茂程.水果分級支撐技術的研究進展[J].南京林業大學學報：自然科版，2007，31（2）：123-126.

[4] 魏新華，孫衛紅，李道亮，等.水果自動分選機分級卸料實時控制系統的設計[J].儀器儀報，2008，29（5）：1 024-1 028.

摘要：為實現寒富蘋果的自動分級，對寒富蘋果自動分級生產線的控制系統進行設計。說明控制系統的原理與功能，闡述控制系統的硬件組成和信號采集及傳遞過程，利用PLC對控制系統的軟件程序進行編程，最終實現寒富蘋果的精準分級。

關鍵詞：自動分級；PLC；控制系統；設計；寒富蘋果

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）06-0037-02

寒富蘋果是沈陽農業大學以富士和東光為親本選育的抗寒優質大果型品種，已成為遼寧地區最受農民朋友及廣大消費者歡迎的蘋果之一。有關寒富蘋果的研究，在產品推廣和產業化發展方面取得了很大進展，但對其采摘后進行等級分選和品質鑒定方面的研究較少。

PLC可編程控制器是目前應用較多的控制系統，具有可靠性高、體積小、能耗低、功能性強、性價比高、抗干擾能力強等多重優勢。基于PLC設計一種寒富蘋果分級生產線控制系統，以控制分選動作，實現寒富蘋果的自動化分級。

1 控制系統的原理

寒富蘋果分級生產線的工作原理如圖1所示。工作過程為：果盤輸送裝置帶動蘋果運動，經由稱重模塊采集質量信息，并傳遞給控制系統，再由控制系統控制執行機構進行分級。

蘋果在經過稱重模塊時，稱重模塊采集蘋果動態質量信號，此時產生的質量信號是模擬電壓信號，這個電壓信號經過稱重變送器電路轉換成0～5 V的標準電壓信號，再送入PLC模擬量輸入模塊，進行A/D轉換，轉換為數字量信號，經PLC程序編程，利用比較指令進行信號判斷，根據信號判斷發出執行指令，使推拉電磁閥在蘋果運動到相應的果箱時工作。

信號處理電路結構如圖2所示。

2 控制系統的硬件組成

自動分級生產線作為現代化自動分選機械，不但要求其具有科學合理的機械結構，高精確性和高可靠性的分級控制系統，還要具有良好的動態性及靈敏性。寒富蘋果自動分級生產線控制系統結合了檢測技術、電動技術和PLC技術，可實現寒富蘋果的自動化精準分級。

1） 稱重傳感器可將力矩產生的應變換算成與力矩有線性關系的電壓信號的電阻應變。選用懸臂梁式稱重傳感器，該產品采用合金鋼材質焊接密封，故而線性度高、精度高、漂移小，結構合理，便于安裝。

2） 變送器的主要作用是把傳感器的輸出信號轉化為可被PLC模擬量輸入模塊所識別的標準電壓信號。由于PLC模擬量輸入模塊能接收0～5 V標準電壓信號，而傳感器輸出的是毫伏的微弱電壓信號，因此根據稱重傳感器的選型，選用分體式變送器。

3） 選用三菱FX2N型可編程控制器作為主機，以滿足試驗對PLC的全面要求。三菱FX2N具有性能高、形體小、速度快、編程靈活及超小程序裝置檔次高的優點，不僅能夠輸入16～25點，還可用于連接基本組件，進行模擬、定位控制。根據需要選擇三菱PLC（FX系列）的FX2N-2AD模擬量輸入模塊，其共有2個模擬量輸入通道，可實現A/D轉換功能。

3 控制系統的軟件設計

梯形圖程序設計語言主要通過梯形圖的圖形符號對程序進行描述。一般情況下，事件因果關系呈階梯狀，梯級前面是事件發生的起因，梯級后面是事件發生的結果，通過此種因果關系對事件的條件、結果進行全面的描述。本文設計的梯形圖主要用到的PLC指令程序是FROM指令和ZCP指令。

1） FROM指令為將PLC增設的特殊單元緩沖存儲器（BFM）的內容讀到可編程控制器的指令，用于PLC基本單元讀取特殊功能模塊中的數據，本文的特殊模塊就是FX2N-2AD。稱重傳感器產生的電壓信號經由FX2N-2AD轉換為數字信號，PLC通過FROM指令可提取數據。FROM指令梯形圖如圖3所示。

2） ZCP（Zone Compare）指令為區間比較指令，其功能指令編號為FNC11，可進行16位運算數據比較。指令執行時，源操作數[S]與[S1]和[S2]的內容進行比較，并將比較結果送到目標操作數[D]中。根據寒富蘋果的等級（以質量在175～250 g的為小型果，250～300 g的為中型果，大于300 g的為大型果），利用區間比較指令對寒富蘋果進行等級劃分。ZCP指令梯形圖如圖4所示。

4 結論

本文主要對寒富蘋果自動分級生產線的控制系統進行設計。介紹分級生產線的工作原理，得到控制功能的要求；對控制系統的硬件組成進行分析，選取最適合分級生產線的各個部件；對控制系統的軟件進行設計，利用梯形圖編程，得到能夠實現自動分級控制的系統程序。

參考文獻

[1] 魏中青，金萌時，苗曉剛，等.數據采集與分析系統在自動稱重分級設備中的應用[J].機械與電子，2012（3）：41-44.

[2] 應義斌，饒秀勤，黃永林，等.水果高速實時分級機構控制系統[J].農業機械學報，2004，35（5）：117-121.

[3] 黃秀玲，鄭加強，趙茂程.水果分級支撐技術的研究進展[J].南京林業大學學報：自然科版，2007，31（2）：123-126.

[4] 魏新華，孫衛紅，李道亮，等.水果自動分選機分級卸料實時控制系統的設計[J].儀器儀報，2008，29（5）：1 024-1 028.

摘要：為實現寒富蘋果的自動分級，對寒富蘋果自動分級生產線的控制系統進行設計。說明控制系統的原理與功能，闡述控制系統的硬件組成和信號采集及傳遞過程，利用PLC對控制系統的軟件程序進行編程，最終實現寒富蘋果的精準分級。

關鍵詞：自動分級；PLC；控制系統；設計；寒富蘋果

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）06-0037-02

寒富蘋果是沈陽農業大學以富士和東光為親本選育的抗寒優質大果型品種，已成為遼寧地區最受農民朋友及廣大消費者歡迎的蘋果之一。有關寒富蘋果的研究，在產品推廣和產業化發展方面取得了很大進展，但對其采摘后進行等級分選和品質鑒定方面的研究較少。

PLC可編程控制器是目前應用較多的控制系統，具有可靠性高、體積小、能耗低、功能性強、性價比高、抗干擾能力強等多重優勢。基于PLC設計一種寒富蘋果分級生產線控制系統，以控制分選動作，實現寒富蘋果的自動化分級。

1 控制系統的原理

寒富蘋果分級生產線的工作原理如圖1所示。工作過程為：果盤輸送裝置帶動蘋果運動，經由稱重模塊采集質量信息，并傳遞給控制系統，再由控制系統控制執行機構進行分級。

蘋果在經過稱重模塊時，稱重模塊采集蘋果動態質量信號，此時產生的質量信號是模擬電壓信號，這個電壓信號經過稱重變送器電路轉換成0～5 V的標準電壓信號，再送入PLC模擬量輸入模塊，進行A/D轉換，轉換為數字量信號，經PLC程序編程，利用比較指令進行信號判斷，根據信號判斷發出執行指令，使推拉電磁閥在蘋果運動到相應的果箱時工作。

信號處理電路結構如圖2所示。

2 控制系統的硬件組成

自動分級生產線作為現代化自動分選機械，不但要求其具有科學合理的機械結構，高精確性和高可靠性的分級控制系統，還要具有良好的動態性及靈敏性。寒富蘋果自動分級生產線控制系統結合了檢測技術、電動技術和PLC技術，可實現寒富蘋果的自動化精準分級。

1） 稱重傳感器可將力矩產生的應變換算成與力矩有線性關系的電壓信號的電阻應變。選用懸臂梁式稱重傳感器，該產品采用合金鋼材質焊接密封，故而線性度高、精度高、漂移小，結構合理，便于安裝。

2） 變送器的主要作用是把傳感器的輸出信號轉化為可被PLC模擬量輸入模塊所識別的標準電壓信號。由于PLC模擬量輸入模塊能接收0～5 V標準電壓信號，而傳感器輸出的是毫伏的微弱電壓信號，因此根據稱重傳感器的選型，選用分體式變送器。

3） 選用三菱FX2N型可編程控制器作為主機，以滿足試驗對PLC的全面要求。三菱FX2N具有性能高、形體小、速度快、編程靈活及超小程序裝置檔次高的優點，不僅能夠輸入16～25點，還可用于連接基本組件，進行模擬、定位控制。根據需要選擇三菱PLC（FX系列）的FX2N-2AD模擬量輸入模塊，其共有2個模擬量輸入通道，可實現A/D轉換功能。

3 控制系統的軟件設計

梯形圖程序設計語言主要通過梯形圖的圖形符號對程序進行描述。一般情況下，事件因果關系呈階梯狀，梯級前面是事件發生的起因，梯級后面是事件發生的結果，通過此種因果關系對事件的條件、結果進行全面的描述。本文設計的梯形圖主要用到的PLC指令程序是FROM指令和ZCP指令。

1） FROM指令為將PLC增設的特殊單元緩沖存儲器（BFM）的內容讀到可編程控制器的指令，用于PLC基本單元讀取特殊功能模塊中的數據，本文的特殊模塊就是FX2N-2AD。稱重傳感器產生的電壓信號經由FX2N-2AD轉換為數字信號，PLC通過FROM指令可提取數據。FROM指令梯形圖如圖3所示。

2） ZCP（Zone Compare）指令為區間比較指令，其功能指令編號為FNC11，可進行16位運算數據比較。指令執行時，源操作數[S]與[S1]和[S2]的內容進行比較，并將比較結果送到目標操作數[D]中。根據寒富蘋果的等級（以質量在175～250 g的為小型果，250～300 g的為中型果，大于300 g的為大型果），利用區間比較指令對寒富蘋果進行等級劃分。ZCP指令梯形圖如圖4所示。

4 結論

本文主要對寒富蘋果自動分級生產線的控制系統進行設計。介紹分級生產線的工作原理，得到控制功能的要求；對控制系統的硬件組成進行分析，選取最適合分級生產線的各個部件；對控制系統的軟件進行設計，利用梯形圖編程，得到能夠實現自動分級控制的系統程序。

參考文獻

[1] 魏中青，金萌時，苗曉剛，等.數據采集與分析系統在自動稱重分級設備中的應用[J].機械與電子，2012（3）：41-44.

[2] 應義斌，饒秀勤，黃永林，等.水果高速實時分級機構控制系統[J].農業機械學報，2004，35（5）：117-121.

[3] 黃秀玲，鄭加強，趙茂程.水果分級支撐技術的研究進展[J].南京林業大學學報：自然科版，2007，31（2）：123-126.

[4] 魏新華，孫衛紅，李道亮，等.水果自動分選機分級卸料實時控制系統的設計[J].儀器儀報，2008，29（5）：1 024-1 028.