苹果分拣机构特制材料.doc

《机电系统设计基础》课程设计——基于PLC的苹果检测及分拣系统班 级：***组 长：***组 员：****指导老师：杨**教授日 期：2015/12/20cl借鉴摘要 我国是苹果的生产种植大国，却不是强国，原因之一是我国对水果的品质检测及分离技术落后，因此农产品的检测以其无损，快速，自动化程度高等众多特点使其成为国内外相关学者的一个重要的研究课题本文采用多种传感器，对贮藏期苹果的表面及内部品质进行检测，分析得出各自对应的存储特性建立一套分拣机构与检测机构相连接然后根据分析结果将不同的苹果进行分类储存发挥出不同品质的苹果的最大利用率，提高苹果在市场上的竞争力关键词：苹果；传感器；分拣系统；PLC控制目录摘要 I0绪论 40.1题目研究背景 40.2题目介绍 40.3论文结构 51农产品检测技术 61.1国内外农产品检测技术概述 61.2检测所用传感器 61.2.1X射线传感器 61.2.2色彩传感器 71.2.3电容传感器 82分拣机构设计 92.1分拣机构的结构设计 92.2关键零件的零件图绘制 113PLC编程控制 113.1PLC编程简介 113.1.1PLC技术简介 113.1.2PLC的应用领域 133.1.3PLC的国内外发展状况与未来展望 133.2本设计的具体编程 143.2.1西门子S7-200系列的编程简介 143.2.2分拣机构的硬件连接 163.2.3分拣机构的PLC编程 194总结 23参考文献 25附：小组分工 260绪论0.1题目研究背景我国是水果的生产大国，其中苹果是我国第一大水果，其种植面积和产量都居于全国第一位，在世界范围内占据着重要的位置。

特别是改革开放以来，我国实行农业结构调整政策，苹果产业已经成为农民增收的支柱性产业，在国民经济中占有举足轻重的地位截止2010年底，我国苹果种植面积达213.91万公顷，占世界苹果种植总面积的41.32%与此同时，我国苹果总产量为3326.33万吨，占全国水果总产量的15.54%，世界苹果总产量的42.92%，是1990年全国苹果总产量的7.7倍，并保持着年均28%的增长率但是，我们不能被这些数字所蒙蔽，纵然中国的出口量占到世界所有出口国家的首位，但是与我国巨大的苹果产量相比，出口量仅占苹果产量的3%-5%左右，而且主要出口国家集中在亚洲以及俄罗斯等中低端市场，由于产品品质、上市时间等原因，我国鲜苹果在欧美等国的高端市场占有量很小究其原因，苹果的种植品种不合理、种植方式较为粗放、农药残留较高等，但是更深层次的原因是各个环节的技术有待提高比如在我国水果采后，对于果品的品质检测及分离等相关的技术和配套设施就比较落后，以至于我国的优质果品无法按照其应当的价格出售，无法带来可观的经济效益0.2题目介绍果品的品质检测及分级技术的发展和进步，对于提高我国水果质量，跨越国外技术壁垒的限制，改变我国水果在国际高端币场的不利局面，提高相关行业的市场竞争力，有重大而深远的意义。

使用传感器检测方式，对水果外部及内部品质进行联合检测，尽管该类方法发展时间短，也没有严格的行业标准，但是它无损，快速，自动化程度高等众多特点使其成为国内外相关学者的一个重要的研究课题，这必将为我国现代化农业的发展带来新的契机结合检测技术对苹果进行数字化分析处理后，可以对苹果进行分级处理，在本论文中，我们自行设计一种自动控制的分拣机构，完成检测结果的对应分类，并且使用PLC控制此套分拣系统，使其实现自动化控制对于不同品质的苹果采用不同的加工和存储，发挥每一个苹果的潜在价值此套设备具体的工作流程如下图1：图1 设备工作流程图0.3论文结构论文在结构上共分为四个章节，各章节的主要内容如下： 第一章是 绪论，主要介绍了该题目的研究背景、国内外研究状况、题目研究内容、题目研究方法和论文构成等 第二章是 农产品传感器检测简介，主要包括国内外的一些常用检测方法，本实验中检测方法原理简介主要是三种传感器的介绍 第三章是 分拣机构的设计，包括机构的设计计算过程，整个机构的结构设计三维图及关键零件的零件图 第四章是 PLC编程控制，主要包括PLC编程简介，本实验的具体编程过程、梯形图和硬件连接图1农产品检测技术121.1国内外农产品检测技术概述近年来，随着人们对食品安全的关注程度不断提高，以及国际贸易中技术壁垒的存在，相关政府部门、生产者以及消费者对于快速、无损、便捷的检测手段的需求与日俱增。

在这种背景下，农产品检测技术应运而生并成为当前检测领域的研究重点农产品检测技术是以不损坏被检测对象为前提，利用被测物内部结构或者外部特征所引起的对光、声、热、电、磁等反应，获取与农产品有关的内容、性质或成分等物理、化学信息，来探测其性质和数量的变化，农产品无损检测是一门新兴的综合性应用学科，它起源于工业检测，根据检测原理不同，无损检测大致可分为电学特性检测法、光声学特性检测法、机器视觉技术检测方法、化学特性检测法、射线与电磁检测技术等五大类，涉及近高光谱成像、超声波、红外光谱、核磁共振、X光成像、生物传感器、射频识别、机器视觉等技术1.2检测所用传感器本设计中共采用了三种传感器，分别对苹果的伤损情况、色泽以及水分含量进行鉴定，从而根据不同的特性对苹果进行分类存储1.2.1X射线传感器通过射线传感器我们可以发现苹果表面或者内部是否有伤疤存在，如果有伤疤，将检测结果传到PLC控制系统将其直接剔除掉X射线检测的一般过程为：首先，设置射线源的相应电压电流参数使射线源发出相应能量的射线，射线穿过待测工件发生衰减，探测器探测到衰减后的射线根据其强度不同转化为相应的电信号进行处理：然后经数据采集系统的模数(A/D)转化为数字形式的投影值，并传送给计算机，由计算机存储起来。

然后计算机系统根据采集模式的不同采用相应的图像重建算法重建图像，之后所得图片的具体情况进行相应的图像处理；最后对图像进行分析量化，得出被检测物体的内部缺陷情况X射线成像原理:当物质穿过均匀物质时,其强度衰减遵循Beer定律：公式中: I —穿过均匀物体后,X线出射时的强度，Ev；—X线入射时的强度，Ev;l—穿过均匀物体的路径长度，Mn;—衰减系数Ev/Mm图2 X射线穿透模型1.2.2色彩传感器通过色彩传感器可以将苹果的色泽进行检测，然后将检测结果传到PLC控制系统，根据不同结果进行分类，输送到下一个环节色彩传感器分为三种不同类型：光到光电流转换，光到模拟电压转换，光到数字转换使用的是人眼检测色彩的基本原理颜色传感器一直用装配线来检测特定的组件颜色传感器的挑战是检测微妙差异相似或高度反光的颜色电子技术的发展,光学,软件促进颜色传感器发展这项技术使得更敏感的传感器,可以忽略光泽和区别出微妙的色调可以调整方便灵活的制造和精确的色彩校正一个典型的颜色传感器具有高强度白光LED,光在目标项目调制反射从目标是分析的成分红,绿,蓝(RGB)值和强度此信息用于验证正确的部分和组装,准确控制制成品的颜色。

如果传感器有多个通道,它可以被编程来识别多种颜色一个颜色在每个频道,每个频道信号是一个离散报警输出这一技术使简单的颜色识别或匹配,比如排序或部分识别功能,通过/失败标准是足够的图3 色彩传感器的工作原理图1.2.3电容传感器通过电容传感器可以将苹果的内部的水分程度进行检测，然后将检测结果传到PLC控制系统，根据不同结果进行分类，完成整个流程电容测量技术近几年来有了很大进展，它不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且，还逐步扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量由于电容式传感器具有一系列突出的优点：如结构简单，体积小，分辨率高，可非接触测量等这些优点，随着电子技术的迅速发展，特别是集成电路的出现，将得到进一步的体现而它存在的分布电容、非线性等缺点又将不断地得到克服，因此电容式传感器在非电测量和自动检测中得到了广泛的应用电容式传感器是一种具有可变参数的电容器多数场合下，电容是由两个金属平行板组成并且以空气为介质由两个平行板组成的电容器的电容量为式中——电容极板介质的介电常数——两平行板所覆盖面积；——两平行板之间的距离；——电容量在此次设计中采用的是变介质型电容传感器，从而测出苹果中水分的含量变化，所以对传感器的灵敏度要求非常高。

图4 变介质型电容传感器2分拣机构设计1232.1分拣机构的结构设计图5 分拣机构的总体三维图如图5所示，分拣机构主要由蓝色的送料机构和红色的传输机构两大部分组成，其中送料机构将料斗中的苹果分散后送入传输机构上，传输机构的通道宽度刚好只允许一个苹果通过，保证苹果一次通过各个检测分拣站在检测分拣1站，利用射线传感器检测苹果伤损情况，若苹果完好无损，绿灯亮，该站分料轮不动作，顺利通过进行下一站检测分拣；如果检测到苹果有伤损，红灯亮，该站产生脉冲传到分料轮的步进电机旋转90度，将伤损苹果拨到废品收集盘中图6 分拣机构的检测分拣2站通过检测分拣1站的苹果到达检测分拣2站，如图6所示，此站利用色彩传感器检测苹果色泽，将苹果分成A和B两等当A等时蓝灯亮，拨料板向右摆动，挡住右行通道，苹果自动进入左边通道，反之，当B等时黄灯亮，拨料板向左摆动，挡住左行通道，苹果自动进入右边通道，完成色泽分拣图7 分拣机构的检测分拣3站色泽分拣后，左右两个通道各有一个相同的检测分拣站，分别为3站和4站，均用电容传感器检测苹果水分，分成甲乙两个等级，此处仅以如图7所示检测分拣3站进行说明，当检测到苹果水分为乙等时，绿灯亮，分料轮不动作，苹果传输到尽头的收料盘中；当检测到苹果水分为甲等时，红灯亮，产生脉冲信号，传到该站步进电机，控制分料轮旋转90度，将苹果拨到旁边的收料盘中。

2.2关键零件的零件图绘制分料机构的分料轮，由大小相同的4个拨盘组成，相间90度，由步进电机带动，每个脉冲旋转90度，不动作时间隙刚好可以通过苹果，具体参数如图所示：图8 分料轮的零件图3PLC编程控制43.1PLC编程简介3.1.1PLC技术简介可编程逻辑控制器，简称PLC ( Programmable logic Controller)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置在1987年国际电工委员会(International ElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:"PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程PLC及其有关的外围设备都应该按易十与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计 图9 PLC硬件结构图PLC具有以下特点：(1)可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能PLC由十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。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息2)配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品可以用十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。