瓜果类农副产品自动分拣系统的设计

目 录
瓜果类农副产品自动分拣系统的设计 2
摘 要 2
MELON FARM AND SIDELINE PRODUCTS DESIGN OF AUTOMATIC SORTING SYSTEM 3
ABSTRACT 3
1.绪论 4
1.1引言 4
1.2发展概况 5
1.3 国内外分拣系统的对比 7
1.4 瓜果类农副产品分类标准简介 8
2.系统结构及总体设计 10
2.1方案选择 10
2.2系统结构概述 11
2.3总体的技术要求 13
2.3.1技术指标 13
2.3.2设计要求 13
2.3.3控制要求 13
3.系统硬件设计 15
3.1 系统的硬件结构 15
3.2机械传动部分 15
3.2.1下料机构 15
3.2.2电机的选择 16
3.2.3气缸的选择 17
3.2.4磁性开关选择 18
3.2.5电磁阀的选择 18
3.2.6传感器的选择 18
3.3电气控制部分 21
3.3.1 按钮 21
3.3.2 PLC的简介和型号的选择 22
4.系统软件设计 25
4.1 控制流程图 25
4.2 程序编写与软件设计 26
4.2.1 I/O分配表 26
4.2.2 顺序功能图 27
4.2.3 PLC外部接线图 28
4.2.4 程序设计 28
5系统调试 32
5.1硬件调试 32
5.1.1光电传感器调试 32
5.1.2气缸调试 32
5.1.3电机调试 32
5.2软件调试 33
5.3综合调试 33
结论 34
瓜果类农副产品自动分拣系统的设计
摘 要
现代农业的生产管理，与自动化技术密不可分。自动化技术又与控制理论、计算机技术等密切相关，是一门综合性技术。本次设计涵盖了检测、气动、自动控制、电机传动等多方面的内容，这些内容就是本系统的技术核心。
关键词：瓜果类农副产品 自动分拣 PLC 气动技术

Melon farm and sideline products design of automatic sorting system
Abstract
Modern agriculture production management, and automation technology are inextricably linked. Automation technology is a comprehensive technology, which is closely related to control theory and computer technology. This design covers the detection, pneumatic, automatic control, motor drives and other aspects of the content, which is the core technology of the system.
Keywords：Melon farm and sideline products Automatic sorting PLC Pneumatic technology
1.绪论
1.1引言
随着农业现代化进程的不断加深，现代科技和经济管理方式在其过程中发挥了重要的作用。农产品产量也越来越高，越来越多的农副产品畅销内地或者远销海外。但是，不同品质的产品可售出不同的价格，为使利润最大化，需要把它们按照不同的标准进行分类。过去，人们常采用人工分类的方法，这种方法，其分拣效果和速度比机器分拣差很多。显然，会在现代市场经济的残酷竞争中逐渐被淘汰。
在一些发达国家，自动分拣系统已经成为运输、快递等行业的一种基本设备。近几年，中国的电子商务蓬勃发展，物流是其发展的核心动力，决定着该行业的生死存亡。产品销量与物流速度密不可分，在一定程度上成正相关。分拣是物流的基础，分拣速度很大程度上影响到物流的速度

，因此自动分拣系统的投入使用显得尤为重要。同样，农副产品物流集散中心也是如此。就目前国内状况而言，瓜果农副产品自动分拣系统还得不到完全普及。特别是部分农村边远地区，在产品的分类中，还使用传统的手工分类方式。这种方式，只适合分拣少量、分散、品质要求较低的场合。而且存在投入大、分拣效率低、品质参差不齐、分拣效果差等诸多缺点。所以，设计出先进智能的分拣系统代替手工分类的方法，显得尤为重要。
PLC控制技术是工业上应用非常广泛的自动控制技术。相比于单片机控制，结构更为紧凑，稳定性更高，优势更加明显，能用于更复杂的环境。随着计算机、网络通信、自动控制等高新技术的蓬勃发展，PLC控制技术也取得了长足进步。
回顾其发展历程，自1969第一台专用逻辑逻辑控制器将继电器控制和程序存储技术结合后，宣告PLC正式诞生。尽管功能相对单一，但在PLC的发展进程中起到了重要作用和意义。随后，产生了以微处理器为核心的PLC，其功能也愈加强大，除了具备第一台PLC的功能以外，还有数据处理传送、记录监控等功能。在编程语言方面，采用了面向用户的更为简便的梯形图编程方法。它把计算机和继电器控制系统的优点结合起来，面向工业的优势也逐渐显现出来。随着工业的快速发展，各工业场所对PLC的需求量更大，对控制的要求更高。常用到16位CPU或者使用多微处理器结构，功能更加完善。之后，PLC又在处理器性能和编程语言方面取得了较大的提升。其运算能力、存储容量得到很大提高。就目前工业形势和发展需要而言，PLC将向着大型和微型这两个方面发展。
1.2发展概况
分拣，简而言之，就是将产品进行分类。根据不同标准或条件，可将产品分为多种类别。分拣技术最先是在美国和欧洲发展起来的，其技术水平居世界前列。但日本由于其国家工业发展需要，数量上逐渐赶超欧美。虽是二战之后才开始引入，但直至1990年已拥有1000多台自动分拣机。在世界范围内，分拣机数量排名已经屈指可数。
当前，传统的人工手动分拣和机械自动分拣已经不能满足工农业发展的需求，智能自动分拣技术日渐成熟，应用越来越广。智能自动分拣方式可以根据人们编写的程序，按照人们的意愿工作，具备很强人机对话能力。对使用者要求不是很高，适用范围较广。
自动分拣系统主要分为检测机构、传送机构、控制机构、执行机构、储存通道几个部分：
（1）检测机构是通过检测仪器或设配检测到产品之后，将相应的信号发送到控制中心，控制中心可依据回传的信号，发出下一步的指令；
（2）传送机构是把

产品通过传送带从一个位置输送到另一个位置。并且在传送的过程中，使货物处于有序的状态，以便进行检测、分拣等后续工作；
（3）控制机构主要由PLC和计算机组成，它具有信号处理和数据计算功能。主要用于处理来自检测机构的信号，起到控制的作用；
（4）执行机构是使货物进入相应分拣通道的一种装置，常使用气缸推动或电机推动的方法。
（5）储存通道是用来收集分拣后的货物，一般是分拣系统的最后一个环节；
以上这些机构，通过物联网组合在一起，加上人工操作处理之后，即可组成完整的分拣系统。自动分拣系统主要有以下优点：能不间断、大量分拣货物；分拣效果好，使无人作业成为可能。人工操作大都只是系统的管理、经营、维护这方面，这也使得系统工作更加高效。所以，在劳务费相对昂贵的国家，有分拣需求时，人们会首选自动分拣方式。
常见的分拣系统如下所示：
（1）旋转挡板式分拣系统
旋转挡板式分拣系统是使用一块可旋转挡板挡住前移货物，将货物引到侧面滑道滑出。挡板安装在传送机构的两侧，不会接触到传送带的表面，减少对传送机构的影响。挡板本身可是直线型、曲线形或者在板上安装滚轮以减少摩擦。如图1.1所示，是旋转挡板式分拣系统结构示意图。

图1.1旋转挡板式分拣系统结构示意图
（2）滑块导向式分拣系统
滑块导向式分拣系统实质上是一个特殊的传送装置。输送机表面并非是由一般的传送带组成，而是由光滑金属管构成且金属管上都带有一个可移动的导向块。如图1.2所示，是滑块导向式分拣系统结构示意图。

图1.2滑块导向式分拣系统结构示意图
（3）翻盘倾斜式分拣系统
翻盘倾斜式分拣系统，顾名思义，就是由一系列连续的托盘或者平板组成，单独的托盘或平板可向两边倾斜。当托盘或平板运动到特定位置后，把货物倒入对应的货物储存通道中，常用于分拣各类水果。如图1.3所示，是翻盘倾斜式分拣系统结构示意图。

图1.3翻盘倾斜式分拣系统结构示意图
1.3 国内外分拣系统的对比
目前，国内外大致有以上几种分拣系统。国内的分拣技术，虽然起步较晚，但经过吸收和借鉴，紧跟世界技术革新浪潮，并且不断创新，取得一定的成果。虽然已经达到一定的水平，但与国外顶尖技术相比，还有一定差距。旨在通过不断开发和创新，设计出特点更加鲜明，优势更加明显的分拣系统，努力跻身世界先进行列。
欧美日本等发达国家，分拣已经成大型集散中心不可或缺的重要环节。在商品经济日益发达的今天，商品流通量急剧上增。在国外，由于劳动力匮乏，劳务费相对昂贵。为此，

人们必须研究出自动化程度更高的设备来节约人力。而在中国，劳动力富余，对分拣系统的自动化程度要求相对较低。
1.4 瓜果类农副产品分类标准简介
瓜果类农副产品，形状各异、大小不一、品质参差不齐，因此也有很多的分类标准。常见的标准有：重量、颜色、形状、直径、瑕疵、密度、内在品质等。主要介绍下面两种分选标准：
（1）直径分选
直径分选实际上也是形状分拣的一种。在检测形状时，需要考虑产品尺寸大小、垂直投射面积等，设计时可自由设置最大或最小直径、横向比等参数。常作为圆形、椭圆形等瓜果的分类标准，且技术要求较低，可行性高。如图1.4所示，是直径分选实例。

图1.4直径分选实例
（2）重量分选
一般情况下，物品在高速运动的过程中，会因称重位置不正，导致结果不准确。为了解决这个问题，已经有人提出采用双传感器、四点接触的称重方法，分拣精度极高。不仅如此，还有温度补偿功能，避免温度对分拣效果的影响。这类分拣系统，适用于苹果、脐橙、梨、西瓜、哈密瓜等圆形及类圆形瓜果的分选，适用范围较广。
这些不同的分类标准，技术难度存在差异，成本大不相同，可行性也不一样。经过各方面的综合考虑和方案的可行性分析。本文介绍的瓜果类农副产品自动分拣系统，是依据瓜果类农副产品的外形特点，按照直径的大小进行分级拣选。通过传送带运送产品，用光电传感器来检测分级，用PLC对数据进行的处理。设计之前，经过论证，最终采用气动推动式和直径分选式的方案。该方案经费投入相对较少、易于实现。
2.系统结构及总体设计
瓜果类农副产品自动分拣系统是一个技术和设配高度综合的机电系统。该系统主要有进料机构、检测机构、输送机构、控制机构、执行机构、分拣通道六个工作单元。目标产品通过进料机构按照一定的规律进入主输送带，然后到达检测区域，检测出产品的尺寸大小以后，将对应的信号回传到控制中心，控制中心在接收到来自检测机构传回的信号时，对信号进行分析处理，使执行机构进入待命状态，待产品运行到相应的位置以后，把产品推进分拣通道中，此过程就实现了对目标产品的分类。
2.1方案选择
硬件设计是系统设计中的重要部分，硬件部分直接决定软件编程的难度和系统功能能否实现。设计时，需提出多个方案，多方论证，综合对比，最后得出最优结果。选择方案时，常常要考虑到：结构的复杂程度、电路的可行性高低、操作的难易程度、资金投入的大小等。按照控制方式的不同，提出了以下两个方案：
方案一：以单片机为控制中心

，C语言为编程语言，执行机构采用电动的方式。系统框图如图2.1所示。

图2.1方案一设计图
方案二：以PLC为控制中心，梯形图为编程语言，执行机构采用气动的方式。系统框图如图2.2所示。

图2.2方案二设计图
通过比较，方案二的优势更明显，可行性更高，系统更加稳定。PLC在工业自动化领域，有着单片机无法企及的优势。气动执行相对于电动执行的方法，可控性更高、反应速度更快、结构更加简单、使用更加方便。所以，方案二更优。
2.2系统结构概述
瓜果类农副产品自动分拣系统结构如图2.3所示。

图2.3系统结构示意图
瓜果类农副产品自动分拣系统主要器件有空气压缩泵、减压阀、控制电磁阀、气缸、传送带、下料口、传感器、电机等，是一种台式结构。把四组光电开关安装在对应检测区域，可自由调节高度位置，以适应不同种类或者大小的产品。光电开关1和2检测第一等级；光电开关3和4检测第二等级；光电开关5和6检测第三等级；光电开关7检测第四等级产品。每组传感器除了可检测相应等级的产品之外，还可参照产品尺寸的不同，调节同组两个传感器之间的距离，以适应更广范围。
将电磁阀等输入设备正确连接后，再安装气缸等输出设备。外设连接完成后，利用计算机编程软件编写符合系统控制要求的梯形图，并将梯形图下载到PLC中以达到控制整个系统运行的目的。光电开关检测到物体后，立刻将信号回传至PLC。根据输入信号的变化，PLC就可控制电磁阀通断以达到控制气缸动作的目的，进而完成分拣动作。
各个结构简介：
检测机构起到检测产品直径大小的作用，它是利用安装在目标产品运动路径上不同宽度的传感器组来感应不同等级的物品，进而将信号返回到控制中心。在检测区域安装4组不同宽度的光电传感器，第一组传感器可以检测到一等级的产品，第二组传感器可以检测到二等级的产品，第三组传感器可以检测三等级的产品，第四组传感器可以检测四等级的产品。
输送机构采用一个电机带动传送带的方式，输送带的两端装有两个无动力滚筒。
下料糟起到储料和下料的作用。滑道末端水平部分，两侧引导式挡板是可以旋转的，挡板末尾部分都带有弹簧。选择弹性合适的弹簧，使其既可以保证产品能顺利从传送带中央经过，又能保证每次只能通过一个产品。
推动部分是由气缸作为执行元件，当满足条件的产品经过时，立即执行推动动作。
分拣通道由三个斜糟组成，既能避免产品的损伤，又能储存产品。
2.3总体技术要求
2.3.1技术指标
输入电压:AC220V±3%
执行电压：DC24V
输出功率：10W
环境温度：-10℃～60℃
气源：0.1