刘国军1

目 录

摘要…………………………………………………………………………………………1

关键词…………………………………………………………………………………………2

Abstract…………………………………………………………………………………2

Key words……………………………………………………………………………………2

引言……………………………………………………………………………2

1 基于PLC的水果自动分拣系统概述………………………………………………………2

1.1 国内外发展概况…………………………………………………………………………3

1.2 本设计的内容…………………………………………………………………………4

1.3 基于PLC的水果分拣系统的发展前景…………………………………………………4

2 猕猴桃鲜果分级标准………………………………………………………………4

2.1 关于猕猴桃鲜果的产地及分类………………………………………………………5

2.2 猕猴桃鲜果分级标准…………………………………………………………………5

3猕猴桃大小分拣设计内容……………………………………………………………… 6

3.1 传感器的选用………………………………………………………………………6

3.2分拣装置示意图……………………………………………………………6

3.3 驱动器的安装……………………………………………………………………7

3.4 电容式传感器工作原理图……………………………………………………………7

3.5射式光电传感器工作原理图………………………………………………………8

3.6电磁式作原理图………………………………………………………9

4 工作原理……………………………………………………………………………… 10

4.1PLCS71200简介 ……………………………………………………………………10

4.1.1软件相关设计……………………………………………………………………11

4.2.工作原理 ………………………………………………………………………11

5.1 相关器件的安装………………………………………………………………………12

5.1.1 继电器………………………………………………………………………12

5.1.2主要程序的展示…………………………………………………………… 13

5.1.3 经济性及环保性分析………………………………………………………… 14

6.设计结果分析………………………………………………………………………… 14

致谢………………………………………………………………………………………15

参考文献……………………………………………………………………………………

基于PLC的水果自动分拣系统研究

自动化专业学生 刘国军

指导教师 刘璎瑛

摘要：猕猴桃的品质受其大小的影响，不过人工分拣需要大量劳动力而且费时费力。随着科学技术的发展人们可以运用PLC实现自动分拣和包装，采用传感器对猕猴桃大小进行判断然后采用PLC实现自动分拣和包装。整个过程都实现了自动控制，减少了劳动力，增加了分拣效率，使猕猴桃的品质得到保证，为猕猴桃产业的发展提供了技术保障。通过对射式传感器和电容式传感器检测猕猴桃大小和猕猴桃是否再在传送带上，电磁传感器来检验猕猴桃再传送带上的速度，而通过PLC S7-1200来实现猕猴桃按一定数量包装。运用系统的方法可以完成猕猴桃自动分拣装置的搭建。该系统可以实现猕猴桃的自动分拣。

关键词：自动分拣；传感器； PLC；

Design of intelligent garage monitoring system

Student majoring in automation liuguojun

Tutor liuyingying

Abstract： kiwi fruit quality is affected by its size, but manual sorting requires a lot of labor and time consuming. With the development of science and technology people can use PLC to achieve automatic sorting and packaging, the use of sensors to determine the size of kiwi fruit and then use PLC to achieve automatic sorting and packaging. The whole process has realized the automatic control, reduced the labor force, increased the sorting efficiency, guaranteed the kiwi fruit quality, has provided the technical support for the kiwi fruit industry development.

Key words: automatic sorting; sensor; PLC；

引言

中国世界上最大的水果出产国，居全球13个产量超1000万吨的国家之首;世界上主要的热带水果大部分都是中国大宗的品种，我国是猕猴桃的原产地，而且猕猴桃产量，仅2015年的产量为119.5万吨。但是由于分级、分拣的的技术的滞后导致了果农们的销路收到了极大的影响，让果农的水果都烂在了地里产生了极大的浪费。从而设计一个水果自动分拣系统显得尤为重要，通过传感器以及PLC器件的配合可以实现水果的自动分拣和包装，从而让猕猴桃的品质有了精准的分级，同时保证了猕猴桃不会受到人为的破坏，这样可以加快猕猴桃的物流速度，扩大猕猴桃的销售市场，

1 基于PLC的水果自动分拣系统概述

1．1 基于PLC的水果自动分拣系统国内外发展概况

基于PLC的水果自动分拣系统在国内起步较晚并落后于国外水平，因为由于缺乏先进的质量检测技术，所以导致我国的水果销售和出口受到了极大的限制，我国的水果产业的发展也收到了极大的影响。众所周知水果的保鲜是水果销售的重要一环，美国和其他发达国家的科技水平要领先于我国，他们在水果产业的自动化水平要高于我们国家， 水果产业的发展主要是在分拣、贮藏、运输这几个方面。而水果的分拣是最重要的，因为他影响到了后面的几个方面，美国的水果产业的发达是主要体现在他们先进的机械化采摘技术和高度自动化的分拣系统。而我国虽然是水果的大产国，但是我国的分拣系统不完善，如果能完善我国水果的分拣，可以让我国的水果产业得到长远的发展。现今科技高速发展，如果能运用传感器和可编程逻辑控制器（PLC）就可以实现水果的等级分拣，这样节省了大量的劳动力也降低了成本，同事提高了效益。在众多水果之中猕猴桃因为质地柔软，口感酸甜。味道被描述为草莓、香蕉、菠萝三者的混合。猕猴桃除含有猕猴桃碱、蛋白水解酶、单宁果胶和糖类等有机物，以及钙、钾、硒、锌、锗等微量元素和人体所需17种氨基酸外，还含有丰富的维生素C、葡萄酸、果糖、柠檬酸、苹果酸、脂肪。而猕猴桃的分拣也是我国水果产业发展说面临的问题。但科学技术的发展为猕猴桃的自动分拣提供了实现的可能。

1．2 基于PLC的水果分拣系统的发展前景

中国处于亚热所以有丰富的水果种类，同时也是水果的大产国。如今人们都追求的健康生活，水果可以为人提供丰富的营养，保证人们的健康。水果的自动分拣可以实现水果从产地到贮藏库的一步到位，可以加快物流运输，更能保证水果的品质。猕猴桃的自动分拣可以为果农们增加收入，节省劳动力，减少不必要的浪费，这对于中国的猕猴桃产业、水果产业都有积极的促进。能让每个人都能品尝到新鲜、可口、健康的水果。

水果自动分拣系统更能让中国水果产业的出口提供了有力的技术保障，可以让我国的水果远销各国，拓宽了销售市场，对我国水果的价格稳定有了很好的保证。

1．3 本设计的主要内容

本设计拥有明确的设计目的，首先选猕猴桃的种类选定海沃德猕猴桃，由于该品种果肉翠绿，味道甜酸可口，有浓厚的清香味，维生素含量极高，其最大特点是果型美、品质优、耐贮藏、货架期长。同时便于分拣采用的是最新的PLC的PLCS7-1200逻辑器件控制运动系统，本系统采用的传感器是一对对光电式传感器，作为检验大小的传感器，并且误差较小，电容式传感器作为检测传送带上是否有猕猴桃。整个系统通过步进电机、磁性开关、光电传感器和电容式传感器、磁性开关等器件构成了完整的系统，可以完成猕猴桃的分拣。这次设计选用的果型较好的、便于分拣的海沃德猕猴桃。本设计从猕猴桃大小分级、传感器的选择、自动分拣装置的搭建、以及软件的安装与程序的测试逐步来完成猕猴桃的自动分拣。

2 猕猴桃鲜果分级标准

2．1 关于猕猴桃鲜果的产地及分类

猕猴桃原产中国，本来是一种野果，直到上个世纪初，一位新西兰的女老师把它带回国，才发展成被称作奇异果的果品。从野生到栽培的发展过程，颇具传奇色彩。[猕猴桃俗称桃、毛桃、山洋桃、毛梨桃等，是原产于中国的古老野生藤本果树。浙江省台州市黄岩区焦坑村还保存有200多年前从深山移植到田边栽植的猕猴桃植株。中国各地叫猕猴桃的植物有很多种，据植物学家调查，在全国分布的猕猴桃属的植物有52种以上，其中有不少种类都可以食用。现今水果市场上的猕猴桃主要是指中华猕猴桃，以及1984年由它的一个变种确定为新种的美味猕猴桃。它们的野生种类分布很广，北方的陕西、甘肃和河南，南方的两广和福建，西南的贵州、云南、四川，以及长江中下游流域的各省都有，尤以长江流域最多。种类有七种，其中海沃德猕猴桃是美味猕猴桃系列，中国猕猴桃主栽品种之一，该品种果肉翠绿，味道甜酸可口，有浓厚的清香味，维生素含量极高，其最大特点是果型美、品质优、耐贮藏、货架期长，具有较好的丰产性，在大面积发展该品种，能够较大的提高猕猴桃的种植效益。而这次设计选用的海沃德猕猴桃海沃德猕猴桃含有维生素C、E、K等，属营养和膳食纤维丰富的低脂肪食品，对减肥健美、美容有独特的功效。猕猴桃含有丰富的叶酸，叶酸是构筑健康体魄的必需物质之一，能预防胚胎发育的神经管畸型。并含有丰富的叶黄素，叶黄素在视网膜上积累能防止斑点恶化。海沃德猕猴桃含有抗氧化物质，能够增强人体的自我免疫功能。海沃德猕猴桃品质极佳，耐贮运，抗逆性强，丰产稳产，货架期长，似苹果中“红富士”，能成为中国猕猴桃首选的创名牌国家级品种

2．2 猕猴桃鲜果的分级标准

下图为猕猴桃的鲜果等级标准，是由周至县果业发展管理局申报的《猕猴桃鲜果等级标准》经周至县质量技术监督局相关专家审定通过，为周至县农业地方

表1:猕猴桃等级分类、

3 猕猴桃大小分拣设计内容

3．1传感器的选用

在传感器方面选择了光电式传感器用于猕猴桃大小的分拣，运用三对对射式光电传感器检测出猕猴桃的大小，传感器1用于检测60mm以下的猕猴桃，传感器2用于检测70mm以下的猕猴桃，传感器3用于检测75mm以下的猕猴桃，分别对应海沃德猕猴桃图1中的一级、二级、三级。对射式光电传感器选用的是奥托尼克斯ATUONICS光电传感器BYS500-TDT。电容传感器采用的是SY-034用于检测是否有猕猴桃在传送带上。

图1:对射式光电传感器 图2:电容传感器

3.2 分拣装置示意图

图3:脐橙自动分拣的装置

在参考了脐橙的自动分拣，本设计的分拣装置可以沿用尺寸检验的那部分。即序号1—5这个部分。而6—9则用以下装置代替来实现猕猴桃的按一定数量包装。

图4:自动分拣

图5:实验室的自动分拣装置

实验室的自动分拣装置增加了电磁传感器，可以检测传送带上的物体的速度，以此来控制分拣的速度

3.3 驱动器

步进电机的使用是整个分拣系统运行起来的关键所在，只有在步进电机精确地运转起来猕猴桃才能平稳的进行分拣，所以步进电机驱动器就起到了至关重要的作用，驱动器的原理是将PLC提供的信号以及自己调节的细分使发出的脉冲提供给相应的步进电机，步进电机再根据相应的脉冲拥有相应的步距角从而转动相应的角度使得猕猴桃应的唯一，调节步进电机的速度可以有两个途径，往往调节驱动器给出的脉冲个数比较容易，或者调整给定脉冲的频率。

图6:驱动器

驱动器的相关功能说明，可以参照驱动器面板的内容设定驱动器的具体输出电流；在使用拨码开关设定驱动器细分的时候，先关掉驱动器，使得驱动器停止运行，再进行细分的调节；为了方便观察，使用的驱动器拥有两个指示灯，绿灯用来显示电源是否连接成功，红灯的作用则更大，当出现过流，或者机械故障时奖显示红灯；在使用时可能会出现相应的故障，这时候需要得到相应的解决。

故障检查与处理

表2:电故障检查与处理

3.4 电容传感器工作原理图

图7:电容式传感器工作原理图

电容式传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等，适合选取作为这次设计中的传感器来检验猕猴桃是否在传送带上，可以避免出现包装盒中没有或者是少猕猴桃的情况。

3.5 相关对射式光电传感器工作原理图

图8:对射型光电传感器工作原理图

光电传感器的构成：光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 　光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。 　发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（led）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 　此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。 　三角反射板是结构牢固的反射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 　光纤（又称光导纤维lwl），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。 　对射式光电开光 　若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。在猕猴桃的分拣中对射型传感器可以通过调整安装位置来检测出猕猴桃的大小，便于分拣、包装。

3.6 电磁式传感器工作原理图
磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器， 它只适合进行动态测量。由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；

利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系：

根据这一原理，可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式，构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。

变磁通式结构

(a)旋转型（变磁））； (b)平移型（变气隙）

其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定，动铁心3(衔铁)的运动使气隙5和磁路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈中产生感应电势，因此又称变磁阻式结构。

变磁式结构

在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。这类结构有两种，如下图所示。

恒磁通式结构 (a)动圈式；(b)动铁式

图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。气隙中的磁场均匀分布，测量线圈绕在筒形骨架上，经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。

当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电势e为

式中 B——气隙磁通密度(T)；

l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l=laW(la为每匝线圈的平均长度)

v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。

当传感器的结构确定后，式(5-2)中B、la、W都为常数，感应电势e仅与相对速度v有关。传感器的灵敏度为

为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B；增加la和W也能提高灵敏度，但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。

为了保证传感器输出的线性度，要保证线圈始终在均匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸，以满足传感器基本性能要求。

4 工作原理

4．1 PLC s71200简介

SIMATIC S7-1200是一款紧凑型、模块化的PLC，可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、HMI 和网络通信等任务，单机小型自动化系统的完美解决方案。 对于需要网络通信功能和单屏或多屏HMI的自动化系统，易于设计和实施。具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的高级应用功能。如图9

图9:西门子PLC s7-1200

4．2．1 软件相关设计

使用西门子1200对各个变量进行定义，对组态进行设计。西门子1200软件的使用包括编程设计，组态设计，整体下载编译，WINCC画面的设计等。在windows7操作系统下进行安装西门子1200软件，此软件具有先进稳定性高的特点，运用该软件作为开发软件具有高度集成，功能完善的特点。在满足良好开放性的情况下，软件程序和用户使用较为容易的连接在一起，提供用户所需要的需求从而建立人机界面。

对于组态设备的创建，使用西门子1200软件将PLCS7-1200进行组态，包括了CPU1214CAC/DC/RLY及输入输出模块SM1223DC/RLY以及一个西门子的电源模块，进行组态设计。

5相关器件的安装

5.1.2继电器

如图8所示是一个小型的中间继电器，具有电控制的作用，它由输入回路和输出回路构成输入回路和输出回路之间不断的通过不断地互动进行信息传递改变电流的大小从而进行电流的输出来控制相应的电压器件。电磁继电器的工作原理是输入端线圈通入相应电流使得衔铁闭合导致输出端的回路闭合从而输出端开始工作且会得到相应的电流大小。图8为该继电器的底部接线图。

图8：接线图

德力西继电器的一些重要的基本信息

表3继电器型号

中间继电器拥有较特殊的特点，运用较多的小型继电器组合成所需要的继电器类型大小实现了较高的稳定性和安全性，并且在价格方面也是相当的优惠，在使用过程中不易发热过热消耗的功率也相对的特别小。继电器的延迟性也较好，可以设定相应的延迟时间，拨动相应的码度开关去调节时间，延时的精度会相对较高，延时的范围相对较大。

图9：继电器

6主要程序的展示

8 经济性及环保性分析

大量水果的生产，随之而来的是如何及时的、科学的把他们包装、贮藏起来的问题，以往的果子烂在地里无人问津，到现在有了水果自动分拣系统就可以加快运输速度，良好的物流条件下，水果的销售也会更好，果农也会有一个比较好的收入。从国家水果产业的发展有积极的影响，可以使我国的水果出口各个国家，推动了水果产业自动化的发展。使用的人力劳动少，势必会减少环境污染，降低成本，提高企业的效益。

9 设计结果的分析

最后使用西门子S 7 1200完成了水果的包装，通过传感器可以分拣猕猴桃的大小，初步实现了猕猴桃的自动分拣，当然其中也有不足支出需要以后改进。

致谢

从去年择毕设题目开始，中间遇到了很多很多问题，因为经验不足，有很多地方都出现了问题，通过询问导师并且和同学一起讨论，通过不断尝试，最后解决了问题。非常感谢帮助过我和我一起学习进步的同学，特别是一起做毕设互相讨论相互鼓励的同学，在遇到问题的时候帮助我解决问题耐心的给我指导，在错误排查时细心的帮我分析研究，在这几个月的研究中感谢你们的支持和帮助，让我解决了不少的问题，也学到了很多相关的知识，最后要特别的感谢我的导师，陪我们度过最后的时间并且督促我们完成每一个阶段的任务，在我们迷茫的时候给我们指点了解决问题的方向，为我们检查修改开题报告，外文翻译等相关的毕设文件，在完成毕设的过程帮我们解决一次又一次的问题，由衷的感谢您。

参考文献：

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附录

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/ba9f2bf06394dd88d0d233d4b14e852458fb3939.html