翠冠梨自動分選控制系統的設計與實現

劉 現,李傳輝，林營志

(福建省農業科學院數字農業研究所 350003)

翠冠梨自動分選控制系統的設計與實現

劉 現,李傳輝，林營志*

(福建省農業科學院數字農業研究所 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型觸摸屏為人機界面，臺達DVP12SA211T可編程控制器為控制核心，構建了一套基于重量的自動分選控制系統。該系統運行穩定、操作簡便、人機界面友好，實現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濟價值。

翠冠梨；分選；系統

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

翠冠系優質早熟沙梨品種，果實近圓形，果形指數0.96，果皮黃綠色細薄，果肉雪白色，肉脆汁多、味濃鮮嫩、汁豐味甜，被稱為“六月雪”。閩西北多年多點示范種植結果表明，翠冠梨不僅早熟、果大、質優、豐產穩產，而且在閩西北溫暖高濕氣候條件下，表現出較強的抗病蟲能力。

水果分選是水果采后加工的一個重要環節，它可以使水果在銷售時具有較高的均勻度，從而更加吸引消費者，以提高其經濟價值。發達國家的經驗表明，水果產值大部分是由采后處理和加工創造出來的。目前，翠冠梨分選大多采用人工挑揀方法，勞動強度大、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，提升其在產后加工階段的經濟價值，本研究設計出一套翠冠梨自動分選控制系統，依據重量實現翠冠梨的自動分選。推廣應用表明，可以大幅提高分選的工作效率，降低勞動力成本，增加果農的收入。本文介紹該系統的設計、功能及實現結果。

1 系統硬件設計

1.1系統硬件結構

重量式水果分選機采用重量傳感器，根據產品的重量進行分選，通過被選產品的重量與預先設定的重量的比較進行分級。分選機通常由上果段、分選傳感器段和分果出口段組成。

在上果階段，當系統開啟時，由PLC控制電機的開啟來帶動傳送鏈條轉動，負責上果的工作人員往鏈條上方的每一個果盤中依次放入一個翠冠梨，輸送鏈條承載著果盤均勻地向前輸送。

分選階段是最為關鍵的一個階段，工作人員事先在觸摸屏人機界面上配置好每個等級的重量分選區間等參數，這些參數長期保存在觸摸屏中。

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

在分果階段，PLC調用存儲在其中的等級信息，當所對應的果盤到達等級信息相應的分果槽時，PLC控制輸出驅動板，驅動板驅動電磁推桿動作，使果盤發生傾斜，翠冠梨順勢滾入果槽中完成分選。

該系統硬件結構見圖1。

圖1 翠冠梨自動分選控制系統硬件結構

1.2電氣控制

系統電路原理見圖2。其中，圖2(a)為系統電路圖；圖2(b)為PLC接線圖；圖3(c)為觸摸屏與DTU接線圖，控制系統以觸摸屏為人機界面、PLC為控制核心，觸摸屏和PLC之間通過RS485進行通信，系統內部安裝DC24V開關電源，執行機構包括電機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。

2 系統軟件功能介紹

系統以LEVI777A觸摸屏為人機界面、臺達DVP12SA211T PLC為控制核心進行構建。開發環境基于Windows的中文操作系統，采用維控公司開發的LEVIStudio組態軟件和臺達梯形圖編程軟件WPLSoft。系統以實現翠冠梨的自動化分選為目的，主要功能模塊包括狀態查看、分級統計、參數設置、趨勢分布、稱重校準、警報查詢、密碼修改、手動調試等(圖3)。

2.1狀態查看

用戶可在觸摸屏上查看當前系統所處的實時狀態。

2.2分級統計

系統具備統計當日或者某段時間內所分選的水果的總數量和總重量的功能，便于用戶了解已經分選翠冠梨的狀態以及分選的效率。

2.3參數設置

參數設置是一個十分重要的功能。在開啟系統之前，須對每個分選等級重量的上下限范圍進行設定，設定完要勾選啟用選項，否則該設定無效。

2.4趨勢分布

系統提供了查看趨勢分布圖的功能。依據分級統計的結果數據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量與重量情況。

2.5稱重校準

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

2.6警報查詢

在觸摸屏報警信息界面上可以查看系統的報警記錄，用戶需定期查看，以便及時發現問題。

圖2 翠冠梨自動分選控制系統電路原理

圖3 翠冠梨自動分選控制系統功能邏輯

2.7密碼修改

出于安全性考慮，系統提供了密碼修改的功能。不同級別的用戶擁有其設定的私人密碼，進入系統時需要輸入密碼進行登錄后方可正常使用該系統。

2.8手動調試

用戶可通過開啟手動調試功能，人為地對某個組件進行調試，檢測其功能是否正常。

3 實現結果

系統運行主界面(圖4)。系統投入使用后，運行穩定，人機界面友好，操作便捷，能夠實現狀態查看、分級統計、參數設置、趨勢分布、稱重校準、警報查詢、密碼修改、手動調試等功能，有效地滿足了翠冠梨自動化分選的實際生產需求(圖5～13)。

4 結語

水果產后處理直接關系到水果的包裝、運輸、貯藏和銷售，對水果的經濟價值產生重要的影響。西方發達國家水果產后處理的比例高達80%～90%，已經基本實現水果分選的機械化與自動化，而我國水果產后分選以半機械化甚至手工分選為主，機械化處理比例還不到5%。因此，研究水果分選技術以及開發自動化的水果分選機，具有重要的現實意義。本文基于重量分選原理，設計并實現了翠冠梨自動分選控制系統，提高了分選的精度與效率，有效提升了翠冠梨在產后加工階段的經濟價值，增加了果農的收入，產生了良好的經濟效益，值得推廣應用。

(責任編輯：黃金澤)

DesignandrealizationofautomaticsortingcontrolsystemforCuiguanpear

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

(DigitalAgricultureInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianProvince350003)

2017-06-09

劉現，女，1985年生，研究實習員。

*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專題項目(2014NZ0002-2)；設施農業裝備生產性工程化實驗室建設項目(2014GCH-9)；福建省農業科學院智慧農業生產性工程化實驗室由建設項目(2014GCH-2)；福建省科技創新平臺建設項目(2009J1002、2010J1002)；福建省農業科學院創新團隊PI項目(2016PI-45)。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.06.019