基于PLC的水果大小連續(xù)分級(jí)設(shè)備設(shè)計(jì)

任 杰，李婷婷

(1.太原鐵路機(jī)械學(xué)校，山西 太原 030006；2.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001)

基于PLC的水果大小連續(xù)分級(jí)設(shè)備設(shè)計(jì)

任 杰1，李婷婷2

(1.太原鐵路機(jī)械學(xué)校，山西 太原 030006；2.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001)

針對目前水果分級(jí)設(shè)備的現(xiàn)狀，提出采用PLC來對水果分級(jí)設(shè)備進(jìn)行控制。采用三菱FX-2N小型PLC實(shí)現(xiàn)將不同大小的水果分為大、中、小不同等級(jí)的要求。

水果分級(jí)；PLC； 設(shè)計(jì)

0 引言

自20世紀(jì)90年代以來我國水果產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，現(xiàn)已是水果第一生產(chǎn)大國，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60%，水果產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國一些地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為促進(jìn)農(nóng)民增收、擴(kuò)大城鄉(xiāng)居民就業(yè)和改善生態(tài)環(huán)境作出了積極貢獻(xiàn)。但國內(nèi)水果價(jià)格低，“賣果難”問題經(jīng)常出現(xiàn)，使得水果生產(chǎn)快速發(fā)展的勢頭受到抑制。特別是參與國際市場競爭的比例更低，只占世界總量的1.29%，且價(jià)格比國外水果低40%～70%。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)水果售價(jià)中的很大一部分都來源于產(chǎn)后處理及深加工，分級(jí)就是水果產(chǎn)后處理的重要環(huán)節(jié)。將水果按大小分成不同的等級(jí)，從而讓那些成色更好，果實(shí)更大的水果賣出更好的價(jià)錢。目前市面上出售的分級(jí)設(shè)備大多數(shù)是篩分設(shè)備，在水果篩選的過程中由于水果間及水果和機(jī)器間的碰撞會(huì)造成水果品質(zhì)的二次損傷，對提高水果售價(jià)不利。本文采用三菱FX-2N系列可編程控制器等部件構(gòu)成水果大小連續(xù)分級(jí)設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)，以達(dá)到控制要求。

1 連續(xù)分級(jí)設(shè)備的工作原理及要求

1.1 工作原理

圖1為連續(xù)分級(jí)設(shè)備的原理示意圖。本設(shè)備由機(jī)械手、傳送帶、推出機(jī)構(gòu)、高度傳感器、推出到位傳感器和原料到位傳感器等組成。其具體的工作原理如下：通過機(jī)械手將原料箱中的水果取出放到傳送帶1上，在傳動(dòng)帶帶動(dòng)下使水果經(jīng)過高度傳感器時(shí)，傳感器檢測出水果的大小，如果上、中、下3個(gè)傳感器同時(shí)檢測到水果則為大號(hào)水果，中、下2個(gè)傳感器同時(shí)檢測到水果則為中號(hào)水果，只有下部傳感器檢測到水果則為小號(hào)水果，3個(gè)傳感器都未檢測到則為不合格水果，并通過PLC進(jìn)行記錄；當(dāng)水果運(yùn)行到傳送帶2上并經(jīng)過原料到位傳感器1時(shí)，被傳感器檢測到并將信號(hào)傳輸給PLC，若為小號(hào)水果，則傳動(dòng)帶2停止運(yùn)動(dòng)，推出機(jī)構(gòu)1在氣泵和電磁閥的驅(qū)動(dòng)下將水果推入小號(hào)水果收集器中，若為中號(hào)和大號(hào)水果，則傳送帶2繼續(xù)運(yùn)動(dòng)將水果送入傳送帶3，當(dāng)水果再次經(jīng)過原料到位傳感器2時(shí)，若為中號(hào)水果則被推出機(jī)構(gòu)2推入中號(hào)水果收集器中，而大號(hào)水果則繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到傳送帶4上，當(dāng)被原料到位傳感器3檢測到時(shí)，傳動(dòng)帶4停止運(yùn)動(dòng)，水果被推出機(jī)構(gòu)3推入到大號(hào)水果收集器中；由于過小而未被高度傳感器檢測到的水果將最終被傳送帶送入不合格水果收集器中。

1-高度傳感器上；2-高度傳感器中；3-高度傳感器下；

1.2 控制要求

本套設(shè)備要實(shí)現(xiàn)控制的準(zhǔn)確性及減小對水果的損傷，需滿足如下要求：①推出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制要靠氣量的控制來完成，通過控制推出和縮回時(shí)的氣量來控制推出機(jī)構(gòu)慢出快回；②傳送帶的控制是由變頻器控制電機(jī)來完成的，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率保證傳送帶有合理的傳輸速度，并能夠在原料到位傳感器檢測到要求大小的水果時(shí)迅速使電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 PLC輸入、輸出的地址分配

本設(shè)備采用三菱FX-2N系列小型PLC來完成整個(gè)控制。根據(jù)控制對象的具體要求，確定PLC的輸入點(diǎn)數(shù)，其輸入、輸出地址分配見表1。

表1 PLC輸入、輸出地址分配

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

為了便于程序設(shè)計(jì)的邏輯性，設(shè)備控制的核心部分程序 采用SFC來進(jìn)行編程，如圖2所示。程序分析如下：

(1) 當(dāng)機(jī)械手控制開關(guān)X20閉合時(shí)，機(jī)械手開始向傳送帶提供原料(水果)，并同時(shí)讓傳送帶1開始工作，當(dāng)下端高度傳感器檢測到原料時(shí)，常開觸點(diǎn)X3閉合，其狀態(tài)由輔助繼電器M0進(jìn)行記錄；當(dāng)中間高度傳感器檢測到原料時(shí)，常開觸點(diǎn)X3和X2同時(shí)閉合，其狀態(tài)由輔助繼電器M1進(jìn)行記錄；當(dāng)上端高度傳感器檢測到原料時(shí)，常開觸點(diǎn)X3、X2、X1同時(shí)閉合，其狀態(tài)由輔助繼電器M2進(jìn)行記錄。

(2) 原料到位傳感器1檢測到原料時(shí)，常開觸點(diǎn)X10閉合，原料到位1指示燈Y11亮，若僅狀態(tài)M0被記錄時(shí)，跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S14，傳送帶2停止運(yùn)動(dòng)，由推出機(jī)構(gòu)1將水果推出，否則跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S20。

(3) 原料到位傳感器2檢測到原料時(shí)，常開觸點(diǎn)X11閉合，原料到位2指示燈Y12亮，若狀態(tài)M1而M2未被記錄時(shí)，跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S22，傳送帶3停止運(yùn)動(dòng)，由推出機(jī)構(gòu)2將水果推出，否則跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S30。

(4) 原料到位傳感器3檢測到原料時(shí)，常開觸點(diǎn)X12閉合，原料到位3指示燈Y13亮，若狀態(tài)M2被記錄時(shí)，傳送帶4停止運(yùn)動(dòng)，由推出機(jī)構(gòu)3將水果推出。

圖2 控制程序SFC圖

3 結(jié)束語

采用PLC控制的分級(jí)設(shè)備不僅可以有效地對水果大小進(jìn)行分級(jí)，而且減小了對水果的損傷，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，通過進(jìn)一步設(shè)計(jì)還能夠?qū)⑺旨?jí)后的包裝流程融入到系統(tǒng)中。

[1] 操火森，王高潮，李娟，等.PLC在環(huán)衛(wèi)壓縮站液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010(3)：139-141.

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[3] 白菲，孟超英.水果自動(dòng)分級(jí)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].食品科學(xué)，2005(26)：145-148.

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Design of Continuous Fruit Grading Equipment Based on PLC

REN Jie1, LI Ting-ting2

(1.Taiyuan Railway and Mechanical School, Taiyuan 030006, China; 2.Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China)

Based on current status of fruit grading equipment, a continuous fruit geading system based on Mitsubishi FX-2N PLC is proposed. By use of the equipment, the fruit with different sizes can be separated into three grades which are large, medium and small.

fruit grading; PLC; design

1672- 6413(2015)06- 0100- 02

2015- 07- 29；

2015- 10- 30

任杰(1984-)，男，山西太原人，助理講師，碩士，從事機(jī)電一體化教學(xué)工作。

TP273

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