基于PLC的水果分级分拣系统设计说明书.docx

1、目录1绪论21.1本设计课题的背景及意义21.2基于PLC的水果分级分拣系统的国内外研究现状31.3本系统的设计原理和功能实现41.3.1系统设计原理41.3.2系统实现的功能42系统方案设定52.1水果分拣方案设计和分析62.2方案的选择72.3水果分级分拣系统整体方案82.3.1系统的整体设计82.3.2各模块功能作用的简单介绍83分级分拣系统的硬件设计和选型93.1系统硬件设计93.1.1系统接线图93.1.2推动机构示意图113.2主控制器PLC的选择123.2.1PLC选型123.2.2I/O分配133.3其他硬件选择143.4主要硬件清单204分拣系统的软件设计204.1分拣系统总

2、流程设计204.2分拣系统程序设计225系统调试与仿真界面246结论与展望28参考文献29附录致谢基于PLC的水果分级分拣系统 摘 要：本文介绍了一种基于PLC的水果自动分级分拣系统的设计方案。方案是以PLC为主控制器，并结合称重传感器、称重变送器、光电传感器、人机界面和气动控制等技术，实现了将一种水果按照重量的大小进行了多级的分拣。关键词：PLC；分级分拣；称重传感器；光电传感器；触摸屏Fruit Grading Sorting System Based On PLC Abstract: This paper introduces a kind of fruit based on PLC a

3、utomatic sorting system design scheme. The scheme is based on PLC as the main controller, and connecting with the weighing sensor, weighing transducer, photoelectric sensor, Human Machine Interaction, pneumatic control technology, such as a fruit was carried out in accordance with the weight of the

4、size of the magnitude of sorting.Key words: PLC; Grading sorting; Weighing sensor; Photoelectric sensor；Human Machine Interaction1 绪论1.1 本设计课题的背景及意义我国是农业大国，也是世界水果生产大国，根据2000年的统计数据，我国的苹果、梨、桃、李的产量居世界第一，占世界总产量的比值分别高达36.69%、50.28%、27.05%、42.32%，特别是90年代以来发展更为迅速。据国家统计局统计,2004年我国水果总产量已经达到15243万吨,比2003年增长5%

5、。水果产业已经成为我国南方主产区农村经济的一大支柱产业,为促进农民增收、扩大城乡居民就业和改善生态环境作出了积极贡献，但水果以本国消费为主，常会出现水果价格低，“卖果难”的问题；参与国际贸易的比例一直很低，出口量不到国际水果贸易的3%，与水果生产快速发展形成了剧烈的矛盾【1】。究其原因主要是采后商品化处理落后。水果的采后商品化处理包括了清洗、打蜡、包装已经比较成熟，关键在于分级分拣技术比较落后。从而导致水果混等混级，良莠不齐，质量混杂，影响价值，无法达到国际出口标准，进而也无法在国际市场上取得好的经济效益。我国目前只有少数外销商品基地采用自动化分级分拣，大部分地区还是采取人工分级分拣，工作效率

6、低【2】。同时，水果往往在人工挑选过程中遭到无意的损坏和长久的挑选中造成水果的新鲜度不够，这样的结果直接导致水果的售价下降，拉低了利润。随着果品贮藏加工业的发展和人们生活水平的提高，人们对水果质量的要求越来越高，水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强、作业质量标准高，实现自动化作业势在必行。提高水果采后处理技术，加大采后处理能力，实现水果自动采后处理对提高我国水果在国际贸易的竞争力具有重要意义，水果生产的产业化使实现水果采后处理自动化技术成为必须。在水果品质检测和自动分级设备中 ,不同等级的水果从输送线上落到相应的分级口是重要的功能，即实时分级控制要求。采用 PLC来开发该项功能

7、具有成本低 ,适应水果对象广 ,系统容易移植和升级的特点。PLC具有较强的逻辑运算、逻辑控制和顺序控制能力，同时具有可靠性高、编程简单、模块化结构等优点。由于PLC的这些特点，使得其具有完成各种复杂程度不同的工业控制功能。应用PLC自动分拣，有利于提高水果的传送、水果的重量分级、质量的分拣和数量计数等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，避免了水果在分拣过程中的损坏，保证水果的新鲜度，降低生产成本，加快实现工业生产自动化的步伐。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以自动化代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的事故。1.2 基于PLC的水果分级分拣系统的国内外研究现状水果分级

8、技术能够保证水果的质量,提高消费者的满意度,增强水果产业的竞争力和利润水平。农业现代化进程的加快使得农产品品质检测和分级技术显得更加重要。在我国,水果品质检测绝大部分仍停留在靠人工感官进行识别判断的原始阶段,这种主观评定效率低,误差大。这导致了我国出口水果的外观质量较差,良莠不齐,大小不一,在国际市场上缺乏竞争力,提高我国水果的品质检测水平是当务之急。与其它检测技术相比,计算机视觉技术的特点是速度高、信息量大、功能多,而且可以测量定量指标。目前，国内外对于水果大小、形状、颜色及缺陷点的快速检测方法相对比较成弱。国内张俊雄等人研究了基于计算机视觉的水果分级技术并建立了双通道的实时自动化分级系统，

9、其分级过程包括水果的图 像采集、图像处理、水果位置信息跟踪和水果分离等步骤。薄丽丽提出基于机器视觉苹果检测算法的研究对苹果进行了形状、大小、颜色及缺陷点的研究，并设计了对应的分级系统。日本最新研制的图像 处理式分级系统采用了无损检测技术。该系统可以使大小分级等一次完成，其机械设备主要起传输作用，使得分级过程得到了大大简化 。我国在水果分级运用于工业现场的还不多，大多集中于理论研究，因此需要针对水果自动检测分级与控制一体化系统进行进一步研究，整合各领域研究成果，开发出满足国内工业生产要求的水果分级系统。自从美国DEC公司1968年研制成世界上第一台可编程控制器到现在，PLC技术得到了飞速的发展，

10、在美国、日本、德国、法国等工业发达国家已发展成为重要的产业，PLC产品已成为工业领域中占主导地位的基础自动化设备，在国际市场上成为倍受欢迎的畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为一种世界潮流。我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。配套齐全，功能完善，适用性强，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，

11、可用于各种数字控制领域。PLC系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造,用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。体积小，重量轻，能耗低,以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦，且由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体自动化的理想控制设备。综上各种优点，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的【3】。1.3 本系统的设计原理和功能实现1.3.1 系统设计原理本设计的水果分级分拣系统功能是将某种水果（例如苹果）按重量的大小进行分拣。主

12、要利用了称重传感器、重量变送器、A/D转换器和触摸屏，将水果的重量模拟量转换成数字量输入到主控制器中，主控制器将输入的信号进行处理，然后根据大小进行控制传送带和执行机构将各种不同重量的水果顺利地输送不同级别的区域中，实现水果分级分拣，其工作原理示意图如图1所示。水果输送称重模块采集质量信息质量信息传向控制系统控制系统控制执行机构推动水果，落入分级区域图1 分级分拣系统工作原理示意图示意图表达了系统主要的工作过程为：水果输送装置将水果推进传送带，经由称重模块采集质量信息，并传送给控制系统，再由控制系统控制执行机构进行分级分拣。1.3.2 系统实现的功能这个系统功能是将苹果重量划分五个范围作为五个

13、级的分拣标准，这五个范围的四个数值会被写入到控制器的寄存器里，可利用触摸屏对数据进行设计，方便寄存器中的数值的修改。例如将重量为0.4kg、0.325kg、0.25kg、0.175kg这四个界限进行划分，共分五个级，并将这些不同重量的水果按照重量的不同送到指定的区域进行分拣。即大于和等于0.4kg为一级的大苹果、0.4kg0.325kg为二级的较大苹果、0.325kg0.25kg为三级的中等苹果、0.25kg0.175kg为四级的较小苹果、小于和等于0.175kg为五级的小苹果，也就是说一级的苹果最大，五级的苹果最小，这五个范围的值存在寄存器中可以根据实际情况进行修改，如有需要还可以分出级数更

14、多更精确。而且，系统还可以进行输出计数显示对水果数量进行计算，减轻人工计数的工作量。研究内容大致可以分为5点。（1） 将重量这模拟量转化成数字量输入到主控制器中。（2） 将输进主控制器的数字量和设定值进行比较，确定该水果的级数。（3） 控制传送带和执行机构将水果运送到指定的级别区域。（4） 对各级的水果的数量进行计数并在触摸屏显示读数。称重传感器称重变送器模拟量模块主控制器编程控制电磁阀图2 信号处理流程图系统信号流程按照功能的实现先后分别水果在经过称重模块时，称重模块采集水果的质量信号，此时产生的质量信号是模拟电压信号，这个电压信号经过称重变送器电路转换成0-5V的标准电压信号，再送入主控制

15、器模拟量输入模块，进行A/D转换，转换为数字量信号，经主控制器程序编程，利用比较指令进行信号判断，根据信号判断发出执行指令，接通电磁阀控制推动气缸将水果推进到相应的区域时工作，从而将各级水果推进各级区域中，实现水果分级分拣。2 系统方案设定2.1 水果分拣方案设计和分析随着工业自动化发展的不断完善和市场环境的变革，要求了自动化技术向其广度和深度发展，也使其各相关技术综合提高。我国是水果贸易大国，水果处理技术也在不断地蓬勃发展这，水果的分拣技术也是多样多种，其设计也在不断的趋向于完善化，本水果分级分拣系统的设计也有很多不同的方法。初步对水果分拣控制作了三种设计方案，并对方案中的优缺点进行比较。方案1：采用传统的继电-接触器电路控制系统设计。由继电器和接触器组成的控制电路，以其成熟的技术而深受人们喜爱，在各行各业中广泛应用。方案2：采用单片机进行水果分级分拣控制系统设计。采用单片机作为主系统采集传感器数据和对操作机构进行控制来水果进行分级分拣，比较方便灵活。但应用方面现在还不成熟。 方案3：基于PLC的水果分级分拣系统设计。PLC控制是由继电器-接触器控制发展而来的，目前随着PLC技术的发展和应用，PLC控制系统逐渐取代继电器-接触器控制系统，它具