1. 研究目的与意义
果品分拣设备可以按一定分类方法对果品进行自动分拣，相比传统人工分拣大大提高了工作效率，自动化程度比较高。果品在生长过程中如果遇到冰雹和病虫害等问题时会出现缺陷，这就要求分拣设备在进行大小和重量分级的同时，也应具有对缺陷果实进行筛选的功能。现有果品分拣设备结构较为复杂，并且只能按照水果的大小和重量进行分类，而对于果品品质的筛选还要依靠人工进行，没有完全实现自动化分拣。由此，以低成本、高效率为设计理念，开发一种基于 PLC 控制的果品自动分拣系统。以果品的尺寸和品质作为分拣控制指标，采用传感器采集果品信息，并通过设定流程进行筛选，从而实现果品的自动化分类。同时，该系统具有变频调速功能，在提高分拣速度的同时，减少功率损失。系统能有效进行尺寸分类和缺陷识别，具有成本低、分拣速度快以及分类精度高等特点。
2. 课题关键问题和重难点
（１）拟确定果品的分拣控制指标，确定分拣系统的设计流程。果品品质不一，分拣系统的控制流程较为复杂。
（２）拟解决控制系统的选择，果品尺寸不一，第一步按尺寸大小来分拣最为容易，拟先选用光幕传感器，作为尺寸分类标准。由于果品的外观复杂度，视觉传感器尤其重要，应选择高精度工业相机。
（３）拟解决基于ＰＬＣ自动分拣系统的设汁，解决控制问题和人机交互问题，实现对分拣机器的速度的控制和对准确率的控制。
3. 国内外研究现状（文献综述）
改革开放四十五年以来，我国经济快速发展，劳动力短缺导致用人成本不断提高，这已成为制约传统产业经济发展的主要瓶颈之一[1]。如何突破瓶颈实现传统产业结构的调整和升级是实现进一步在大规模生产过程中发展的关键。自动分拣系统作为先进操作工具，其分拣速度较快，能够有效提高物流配送效率，帮助工作人员实现大批量以及连续性的货物分拣。采用自动分拣流水线工作方式，可以不受人工、时间以及气候等影响，实现连续工作，提升工作效率[3]。自动分拣系统虽能够有效地分拣货物，但需要在分拣之前设置输入程序，而相对于果品这种表面有缺陷的货物，仅使用自动分拣系统，无法对其实行有效分拣的。为此，对于果品品质的筛选还要依靠人工进行，没有完全实现自动化。由此，以低成本、高效率为设计理念，开发一种基于 PLC 控制的果品自动分拣系统。以果品的尺寸和品质作为分拣控制指标，采用传感器采集果品信息，并通过设定流程进行筛选，从而实现果品的自动化分类。同时，该系统具有变频调速功能，在提高分拣速度的同时，减少功率损失。试验测试结果表明，系统能有效进行尺寸分类和缺陷识别，具有成本低、分拣速度快、以分类精度高等特点[4]。文献【2】设计了一种水果自动分级系统，用于水果的自动分级，并从机器视觉模块和水果图像处理等方面，获取水果图像块，不断处理完成水果的分级。最后使用PLC 控制技术实现了水果自动分级功能。通过该方法对水果等级的划分效果较好，但对其表面的缺陷研究较少，存在一定局限。文献【5】中提出设立快递站点，目的是减轻物流运输的压力，实现分流运输。设计思路为该系统应该有数量可以调整的分级分拣装置，以对应相应的多个下级中转站或者果品分拣标准临时车间。设计方便了，装改的二级分拣系统，在大型分拣中心可以对应众多的下级分拣中心或多个果品等级临时存放点，到了下级分拣中心可拆卸部分二级传送带，通过一级二级系统分传送带的数量灵活调控，以满足各级分拣中心要求。文献【6】在对物料自动分拣系统功能需求的基础上，基于 PLC 提出电气控制系统的总体方案，设计实现整个系统控制部分与机械动作部分合理连接适配。还分析讨论了如 何进行系统的联机调试，测试系统运行的可靠性、检测、分拣正确率等指标。试验的结果表明本次设计的整个系统具有控制精度高、操作简便直观、可靠性高等特点，各项性能指标均达到设计要求。这个成果对于我的基于PLC 控制的果品分拣系统设计，类似系统的研究开发有很好的参考价值。PLC 有良好的抗扰能力和高稳定性，编程简单、易于掌握，系统设计、施工容易，维护简单，功能强、通用性好。综合了现代生产工艺的最新技术，计算机通信和电子技术的成熟运用，加上软件硬 件的快速发展，PLC 具备了强大的信息和数据输出处理能力。文献【7】在他们的分拣过程，主要的动作是由气缸执行完成的，而气缸能否准确的运行到预设的位置对分拣过程非常重要，必须对往复运动的行程进行检测控制。考虑设计方便、加工工艺可靠性、安装的便捷和调试等各个方面，选择磁性开关用于检测气缸的运动位置，提高气缸的伸缩的位置信号。这一点可使用在本次果品分拣系统上。
[1]顾涵,付瑞玲,张磊,潘启勇.基于ADT8940A1运动控制器的食品分拣控制系统设计[J].包装工程,2021,42(21):207-212.DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2021.21.029.
[2]赵小霞,李志强.基于PLC和机器视觉的水果自动分级系统研究[J].农机化研究,2021,43(08):75-79.DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2021.08.015.
4. 研究方案
针对果品人工分拣方法效率低、成本高等问题，设计一种基于PLC控制的苹果分拣装置。以果品的尺寸和品质为分拣控制指标，通过接近开关、光幕传感器和视觉传感器进行信号检测，控制器根据控制逻辑发出信号，采用气动侧推分类装置完成分拣。分析系统的结构，对果子分拣系统软、硬件进行设计，并详细阐述分拣原理和控制流程，利用设计的装置进行果子分拣测试。
通过光幕传感器和视觉传感器，根据尺寸和质量的标准，先尺寸选择、然后质量分拣。果品分为六种等级：尺寸优等和品质优等、尺寸中等和品质优等、尺寸差等和品质优等、尺寸优等和品质差等、尺寸中等和品质差等、尺寸差等和品质差等，分别用一类果、二类果、三类果、四类果、五类果和六类果表示。分拣装置对气缸推力要求不高，但是对位置精度要求比较高，因此设计采用亚德客SC 50-100型标准气缸。该气缸采用高精度铝合金缸体，运动平稳、控制精度高，在最大行程也可以轻松满足需求。采用基于PLC的顺序控制算法，通过光幕传感器和视觉传感器对果品当前所处位置和类别进行检测，实现不同等级果品的自动分拣。系统可以有效实现苹果快速分拣，在提高分拣效率的同时，大大提高分拣准确率。对于尺寸分类准确率达到100%，按品质分类准确率达到95%以上，整体效率达到98.8%，具有节能、高效的特点。装置具有一定扩展潜力，可对程序和设备稍加修改以实现对其它水果的分拣功能，满足不同客户群体要求，具有灵活度高的特点。
5. 工作计划
第1周（2.20-2.24）接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料，翻译相关英文资料。
第2周（2.27-3.3）阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；了解控制工艺流程，根据设计指标要求，完成电气控制系统方案设计。
第3周（3.6-3.10）确定PLC品牌型号、输入输出设备、硬件控制电路，参阅有关资料，分析机械部分工作原理，归纳总结、提炼电气控制要求。完成PLC控制程序的编制和仿真调试。
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