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(duì)目前水果分級(jí)設(shè)備的現(xiàn)狀，提出采用PLC來(lái)對(duì)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(lái)我國(guó)水果產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，現(xiàn)已是水果第一生產(chǎn)大國(guó)，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(guó)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(guó)內(nèi)水果價(jià)格低，“賣(mài)果難”問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，使得水果生產(chǎn)快速發(fā)展的勢(shì)頭受到抑制。特別是參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的比例更低，只占世界總量的1.29%，且價(jià)格比國(guó)外水果低40%～70%。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)水果售價(jià)中的很大一部分都來(lái)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(mài)出更好的價(jià)錢(qián)。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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)高度傳感器時(shí)，傳感器檢測(cè)出水果的大小，如果上、中、下3個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到水果則為大號(hào)水果，中、下2個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到水果則為中號(hào)水果，只有下部傳感器檢測(cè)到水果則為小號(hào)水果，3個(gè)傳感器都未檢測(cè)到則為不合格水果，并通過(guò)PLC進(jìn)行記錄；當(dāng)水果運(yùn)行到傳送帶2上并經(jīng)過(guò)原料到位傳感器1時(shí)，被傳感器檢測(cè)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(guò)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(cè)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(guò)小而未被高度傳感器檢測(cè)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(duì)水果的損傷，需滿(mǎn)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(lái)完成，通過(guò)控制推出和縮回時(shí)的氣量來(lái)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(lái)完成的，通過(guò)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(cè)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(lái)完成整個(gè)控制。根據(jù)控制對(duì)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(jiàn)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(lái)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(kāi)關(guān)X20閉合時(shí)，機(jī)械手開(kāi)始向傳送帶提供原料(水果)，并同時(shí)讓傳送帶1開(kāi)始工作，當(dāng)下端高度傳感器檢測(cè)到原料時(shí)，常開(kāi)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(cè)到原料時(shí)，常開(kāi)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(cè)到原料時(shí)，常開(kāi)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(cè)到原料時(shí)，常開(kāi)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(cè)到原料時(shí)，常開(kāi)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(cè)到原料時(shí)，常開(kāi)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(yǔ)

采用PLC控制的分級(jí)設(shè)備不僅可以有效地對(duì)水果大小進(jìn)行分級(jí)，而且減小了對(duì)水果的損傷，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，通過(guò)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.

[2] 鐘肇新，范建東，馮太合.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2008.

[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.

[4] 楊松夏，陸華忠，呂恩利，等.球形水果機(jī)械式大小分級(jí)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012(8)：235-239.

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

A