瓜果類自動分揀系統(tǒng)的研究

陳丹，肖桂珍廣西民族大學(xué)

瓜果類自動分揀系統(tǒng)的研究

陳丹，肖桂珍
廣西民族大學(xué)

用PLC控制的類圓形狀瓜果農(nóng)產(chǎn)品大小的自動分揀系統(tǒng)，以PLC為主要控制，同時也綜合了減速電動機、數(shù)字計數(shù)器、傳感器技術(shù)等方面的應(yīng)用，各個模塊系統(tǒng)進行合理綜合，將程序控制部分、自動傳動、與機械推動等部分適配安排連接。整個系統(tǒng)過程操作簡便，分揀效率高，控制精度高。

減速電動機；分揀技術(shù)；傳感器技術(shù)；PLC

引言

瓜果的形狀大小對產(chǎn)品的銷售價格有很大的影響，為此，人們一般會將瓜果按一定的大小進行等級分類，如果靠人工分揀，這將需要大量人力和時間，工作效率低下。所以，現(xiàn)如今大型企業(yè)均會采用自動分揀系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工分揀，分揀技術(shù)在瓜果類農(nóng)產(chǎn)品的分類上起著舉足輕重的作用。但目前大部分的分揀系統(tǒng)只能實現(xiàn)簡單的控制，而且故障率高。隨著PLC技術(shù)日益成熟，用簡單的PLC程序便可實現(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用價值，因此，我們設(shè)計了一款專門用于分揀圓形、橢圓形或者類圓形瓜果的自動分揀系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計（見圖1）

自動分揀系統(tǒng)運作過程以及實現(xiàn)功能。啟動電源，物料口處減速電動機1開始運作，帶動傳送帶運作，PLC控制電動機2啟動，把瓜果從物料機構(gòu)中一個一個的送到傳送帶上，瓜果沿傳送帶往下傳送帶經(jīng)過兩個相互垂直的光柵，兩個光柵通過測量瓜果的直徑大小信號反饋一個電信號給PLC，如果所測得的瓜果直徑滿足預(yù)先所設(shè)定的測量范圍值時，PLC執(zhí)行相應(yīng)的程序，使相應(yīng)的機械推桿處于預(yù)備動作，當(dāng)瓜果傳送到相應(yīng)的光電傳感器位置時光電傳感器檢測到瓜果，機械臂將瓜果推進相應(yīng)的分揀框，如果其不滿足所設(shè)定的范圍值時，PLC則會忽視反饋信號，推送桿也就不工作，瓜果就沿傳送帶直接進入分揀筐3，從而實現(xiàn)瓜果大小的分揀。

2 系統(tǒng)各模塊功能

2.1 減速電動機

本系統(tǒng)主要運用減速電動機來控制進料裝置以及傳送帶和推動桿工作。減速電動機是在一般電動機基礎(chǔ)上加上一個齒輪以達到減速的目的，耗能低，性能良好，擁有通用性較強，維護成本比較低等優(yōu)點。

2.2 光電傳感器及光柵

光電傳感器是通過有無光照控制通斷的一個開關(guān)量信號反饋機構(gòu)，光柵是檢測物體遮光寬度判斷物體大小進而反饋信號得機構(gòu)，當(dāng)瓜果經(jīng)過光柵時，瓜果的遮光寬度不一樣，反饋信號也不一樣，從而對不同的推動桿進行控制。光電傳感器可實現(xiàn)對物體的無接觸檢測，檢測精度高，響應(yīng)速度快，對物體的測量范圍限制少，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)字計數(shù)器

數(shù)字計數(shù)器是用來統(tǒng)計數(shù)量的一個模塊，由擁有記憶存儲信息功能的觸發(fā)器組建而成，通過觸發(fā)脈沖信號來控制記錄次數(shù)以實現(xiàn)計數(shù)功能，是一種比較普遍的計數(shù)工具。當(dāng)瓜果通過機械臂推送桿推送進入相應(yīng)的分揀框時對應(yīng)的數(shù)字計數(shù)器就會啟動計數(shù)，最后就可以精確快速的統(tǒng)計出瓜果的數(shù)量以減少不必要的人工計數(shù)過程。

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數(shù)為10，選用S7-200CUP為224型號的PLC可編程控制器，系統(tǒng)具有手動啟動和停止，PLC全自動分揀功能，當(dāng)系統(tǒng)進入正常啟動后，PLC會自動控制整個系統(tǒng)運行。

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 測量結(jié)果及分析

當(dāng)系統(tǒng)進入分揀狀態(tài)時，啟動減速電動機，傳送帶把瓜果傳送到光柵檢測機構(gòu)，此時應(yīng)取兩垂直光柵對瓜果直徑測量值的平均值，當(dāng)測量值在所設(shè)定的范圍值時，則通過PLC控制推動桿將瓜果推入相應(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，進而可實現(xiàn)對不同瓜果的分揀，另外，也可從數(shù)字計數(shù)器上直觀的看到每個分揀筐的瓜果數(shù)量，如此反復(fù)進行，可對瓜果實現(xiàn)持續(xù)分揀。

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

5 結(jié)語

在本次分揀系統(tǒng)的設(shè)計中，我們始終堅持理論聯(lián)系實際，堅持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。從系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)布局，各個模塊的選擇以及連接，到PLC控制的各個元器件輸入輸出口的分配以及原理圖的設(shè)計，再根據(jù)各個模塊所要實現(xiàn)的功能進行程序的編寫、調(diào)試、修改和完善，最后到系統(tǒng)的投入使用，每個步驟都經(jīng)過深思熟慮，對于可能出現(xiàn)的問題都進行了具體的分析、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：機械工業(yè)出版社，2004

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

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

[4]孫傳友.感測技術(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系統(tǒng)設(shè)計.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013

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

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

[8]劉順禧等編著.電氣控制計術(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)練計劃項目，項目編號：201610608024。