【电气工程及其自动化】基于plc的水果分级分拣系统

本科生毕业论文（设计）基于PLC的水果分级分拣系统二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2015年5月26日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论211本设计课题的背景及意义212基于PLC的水果分级分拣系统的国内外研究现状313本系统的设计原理和功能实现4131系统设计原理4132系统实现的功能42系统方案设定521水果分拣方案设计和分析622方案的选择723水果分级分拣系统整体方案8231系统的整体设计8232各模块功能作用的简单介绍83分级分拣系统的硬件设计和选型931系统硬件设计9311系统接线图9312推动机构示意图1132主控制器PLC的选择12321PLC选型12322I/O分配1333其他硬件选择1434主要硬件清单204分拣系统的软件设计2041分拣系统总流程设计2042分拣系统程序设计225系统调试与仿真界面246结论与展望28参考文献29附录致谢基于PLC的水果分级分拣系统摘要本文介绍了一种基于PLC的水果自动分级分拣系统的设计方案。方案是以PLC为主控制器，并结合称重传感器、称重变送器、光电传感器、人机界面和气动控制等技术，实现了将一种水果按照重量的大小进行了多级的分拣。关键词PLC；分级分拣；称重传感器；光电传感器；触摸屏FRUITGRADINGSORTINGSYSTEMBASEDONPLCABSTRACTTHISPAPERINTRODUCESAKINDOFFRUITBASEDONPLCAUTOMATICSORTINGSYSTEMDESIGNSCHEMETHESCHEMEISBASEDONPLCASTHEMAINCONTROLLER,ANDCONNECTINGWITHTHEWEIGHINGSENSOR,WEIGHINGTRANSDUCER,PHOTOELECTRICSENSOR,HUMANMACHINEINTERACTION,PNEUMATICCONTROLTECHNOLOGY,SUCHASAFRUITWASCARRIEDOUTINACCORDANCEWITHTHEWEIGHTOFTHESIZEOFTHEMAGNITUDEOFSORTINGKEYWORDSPLCGRADINGSORTINGWEIGHINGSENSORPHOTOELECTRICSENSOR；HUMANMACHINEINTERACTION1绪论11本设计课题的背景及意义我国是农业大国，也是世界水果生产大国，根据2000年的统计数据，我国的苹果、梨、桃、李的产量居世界第一，占世界总产量的比值分别高达3669、5028、2705、4232，特别是90年代以来发展更为迅速。据国家统计局统计,2004年我国水果总产量已经达到15243万吨,比2003年增长5。水果产业已经成为我国南方主产区农村经济的一大支柱产业,为促进农民增收、扩大城乡居民就业和改善生态环境作出了积极贡献，但水果以本国消费为主，常会出现水果价格低，“卖果难”的问题；参与国际贸易的比例一直很低，出口量不到国际水果贸易的3，与水果生产快速发展形成了剧烈的矛盾【1】。究其原因主要是采后商品化处理落后。水果的采后商品化处理包括了清洗、打蜡、包装已经比较成熟，关键在于分级分拣技术比较落后。从而导致水果混等混级，良莠不齐，质量混杂，影响价值，无法达到国际出口标准，进而也无法在国际市场上取得好的经济效益。我国目前只有少数外销商品基地采用自动化分级分拣，大部分地区还是采取人工分级分拣，工作效率低【2】。同时，水果往往在人工挑选过程中遭到无意的损坏和长久的挑选中造成水果的新鲜度不够，这样的结果直接导致水果的售价下降，拉低了利润。随着果品贮藏加工业的发展和人们生活水平的提高，人们对水果质量的要求越来越高，水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强、作业质量标准高，实现自动化作业势在必行。提高水果采后处理技术，加大采后处理能力，实现水果自动采后处理对提高我国水果在国际贸易的竞争力具有重要意义，水果生产的产业化使实现水果采后处理自动化技术成为必须。在水果品质检测和自动分级设备中,不同等级的水果从输送线上落到相应的分级口是重要的功能，即实时分级控制要求。采用PLC来开发该项功能具有成本低,适应水果对象广,系统容易移植和升级的特点。PLC具有较强的逻辑运算、逻辑控制和顺序控制能力，同时具有可靠性高、编程简单、模块化结构等优点。由于PLC的这些特点，使得其具有完成各种复杂程度不同的工业控制功能。应用PLC自动分拣，有利于提高水果的传送、水果的重量分级、质量的分拣和数量计数等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，避免了水果在分拣过程中的损坏，保证水果的新鲜度，降低生产成本，加快实现工业生产自动化的步伐。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以自动化代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的事故。12基于PLC的水果分级分拣系统的国内外研究现状水果分级技术能够保证水果的质量,提高消费者的满意度,增强水果产业的竞争力和利润水平。农业现代化进程的加快使得农产品品质检测和分级技术显得更加重要。在我国,水果品质检测绝大部分仍停留在靠人工感官进行识别判断的原始阶段,这种主观评定效率低,误差大。这导致了我国出口水果的外观质量较差,良莠不齐,大小不一,在国际市场上缺乏竞争力,提高我国水果的品质检测水平是当务之急。与其它检测技术相比,计算机视觉技术的特点是速度高、信息量大、功能多,而且可以测量定量指标。目前，国内外对于水果大小、形状、颜色及缺陷点的快速检测方法相对比较成弱。国内张俊雄等人研究了基于计算机视觉的水果分级技术并建立了双通道的实时自动化分级系统，其分级过程包括水果的图像采集、图像处理、水果位置信息跟踪和水果分离等步骤。薄丽丽提出基于机器视觉苹果检测算法的研究对苹果进行了形状、大小、颜色及缺陷点的研究，并设计了对应的分级系统。日本最新研制的图像处理式分级系统采用了无损检测技术。该系统可以使大小分级等一次完成，其机械设备主要起传输作用，使得分级过程得到了大大简化。我国在水果分级运用于工业现场的还不多，大多集中于理论研究，因此需要针对水果自动检测分级与控制一体化系统进行进一步研究，整合各领域研究成果，开发出满足国内工业生产要求的水果分级系统。自从美国DEC公司1968年研制成世界上第一台可编程控制器到现在，PLC技术得到了飞速的发展，在美国、日本、德国、法国等工业发达国家已发展成为重要的产业，PLC产品已成为工业领域中占主导地位的基础自动化设备，在国际市场上成为倍受欢迎的畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为一种世界潮流。我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。PLC由于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。配套齐全，功能完善，适用性强，可以用于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能力，可用于各种数字控制领域。PLC系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造,用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。体积小，重量轻，能耗低,以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100MM，重量小于150G，功耗仅数瓦，且由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体自动化的理想控制设备。综上各种优点，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的【3】。13本系统的设计原理和功能实现131系统设计原理本设计的水果分级分拣系统功能是将某种水果（例如苹果）按重量的大小进行分拣。主要利用了称重传感器、重量变送器、A/D转换器和触摸屏，将水果的重量模拟量转换成数字量输入到主控制器中，主控制器将输入的信号进行处理，然后根据大小进行控制传送带和执行机构将各种不同重量的水果顺利地输送不同级别的区域中，实现水果分级分拣，其工作原理示意图如图1所示。水果输送称重模块采集质量信息质量信息传向控制系统控制系统控制执行机构推动水果，落入分级区域图1分级分拣系统工作原理示意图示意图表达了系统主要的工作过程为水果输送装置将水果推进传送带，经由称重模块采集质量信息，并传送给控制系统，再由控制系统控制执行机构进行分级分拣。132系统实现的功能这个系统功能是将苹果重量划分五个范围作为五个级的分拣标准，这五个范围的四个数值会被写入到控制器的寄存器里，可利用触摸屏对数据进行设计，方便寄存器中的数值的修改。例如将重量为04KG、0325KG、025KG、0175KG这四个界限进行划分，共分五个级，并将这些不同重量的水果按照重量的不同送到指定的区域进行分拣。即大于和等于04KG为一级的大苹果、04KG0325KG为二级的较大苹果、0325KG025KG为三级的中等苹果、025KG0175KG为四级的较小苹果、小于和等于0175KG为五级的小苹果，也就是说一级的苹果最大，五级的苹果最小，这五个范围的值存在寄存器中可以根据实际情况进行修改，如有需要还可以分出级数更多更精确。而且，系统还可以进行输出计数显示对水果数量进行计算，减轻人工计数的工作量。研究内容大致可以分为5点。（1）将重量这模拟量转化成数字量输入到主控制器中。（2）将输进主控制器的数字量和设定值进行比较，确定该水果的级数。（3）控制传送带和执行机构将水果运送到指定的级别区域。（4）对各级的水果的数量进行计数并在触摸屏显示读数。称重传感器称重变送器模拟量模块主控制器编程控制电磁阀图2信号处理流程图系统信号流程按照功能的实现先后分别水果在经过称重模块时，称重模块采集水果的质量信号，此时产生的质量信号是模拟电压信号，这个电压信号经过称重变送器电路转换成05V的标准电压信号，再送入主控制器模拟量输入模块，进行A/D转换，转换为数字量信号，经主控制器程序编程，利用比较指令进行信号判断，根据信号判断发出执行指令，接通电磁阀控制推动气缸将水果推进到相应的区域时工作，从而将各级水果推进各级区域中，实现水果分级分拣。2系统方案设定21水果分拣方案设计和分析随着工业自动化发展的不断完善和市场环境的变革，要求了自动化技术向其广度和深度发展，也使其各相关技术综合提高。我国是水果贸易大国，水果处理技术也在不断地蓬勃发展这，水果的分拣技术也是多样多种，其设计也在不断的趋向于完善化，本水果分级分拣系统的设计也有很多不同的方法。初步对水果分拣控制作了三种设计方案，并对方案中的优缺点进行比较。方案1采用传统的继电接触器电路控制系统设计。由继电器和接触器组成的控制电路，以其成熟的技术而深受人们喜爱，在各行各业中广泛应用。方案2采用单片机进行水果分级分拣控制系统设计。采用单片机作为主系统采集传感器数据和对操作机构进行控制来水果进行分级分拣，比较方便灵活。但应用方面现在还不成熟。方案3基于PLC的水果分级分拣系统设计。PLC控制是由继电器接触器控制发展而来的，目前随着PLC技术的发展和应用，PLC控制系统逐渐取代继电器接触器控制系统，它具有很多其他设计方法不可比拟的优点。上述的3种方案的优缺点比较如表1所示。表1方案的优缺点比较优缺点方案优点缺点传统的继电接触器控制电路技术成熟；成本低经济实惠；控制方式直观、操作简单、便于现场学习掌握体积大、机械寿命短；电路复杂、多样化；可靠性稳定性差；控制速度慢、不便故障排除和更改；容易受到干扰而引起误操作采用单片机系统控制成本低，效益高；体积小、功耗低；速度快，灵活性好；用途广，可靠性高抗干扰能力弱，环境要求高；系统开发周期长，系统调试耗时多；弱电驱动，可靠性低；使用汇编语言，编程工作量大基于PLC可编程控制器可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，可以在现场修改程序；通用性好，适用各种系统；体积小、灵活，便于安装和调试；动作快、寿命长、使用次数无限；可将数据直接输送入管理控制柜；具有顺序、周期性的工作特征指令多，复杂；成本相对较高22方案的选择本设计要求能将水果的重量这一模拟量转换成数字量输入到系统进行比较和分析，还要将各种传感器输入信号转变成可靠的输出信号，所以必须要用到扩展模块，系统比较庞大，接线比较复杂，还要驱动执行机构把水果分拣到不同的局域中，传送带采用三相电机带动，所以采取强电驱动，同时要求抗干干扰能力强。若采用传统据电接触器电气控制系统，虽然价格低廉，但大量的中间继电器、时间继电器，使得线路复杂、器件多、接点多、可靠性低，而且一旦出现故障，检修困难。用于自动控制系统中，其反应时间、跟踪能力差，有可能使得系统不能正常运行。而单片机制作的线路板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。一个采用单片机制作的主控板不经过很长时间的实际验证很难形成一个真正的产品。所以采用PLC可编程序控制器比较适宜，主要选择原因如下1具有高可靠性。PLC硬件方面采用了较先进的电源，用以防止由电源回路串入干扰。其内部采用了电磁屏蔽，以防辐射干扰。而外部输入/输出电路则一律采用光电隔离，加上常规滤波和数字滤波；软件方面设置了警戒时钟WDT、自诊断等措施。因而使得PLC的平均无故障时间达到30万小时，被称为“永远不坏的控制器”，因而可靠性优于传统的继电接触器电气控制系统。2灵活性高、扩展性好、通用性强。它采用程序使得硬件软件化，对于不同的控制系统，只需改变程序即可，因而通用性强。而且现场接口容易，设计周期短。3功能强。PLC具有自诊断、监控和各种报警功能既可完成过程控制，又可进行闭环回路的调节控制，而且在将来的工控领域，可以说是无所不能。由于生产线上的恶劣环境和电磁干扰，一般的电子仪器都会受到干扰。5以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。在电器控制系统中得到广泛应用。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算、计数和等功能。进而提高生产效率，突现节约用工，改善工人工作环境，减轻工人劳动强度，节约材料消耗和用工。综上所述我们选择方案3，即采用PLC可编程控制器作为设计中的主控制系统，能够更好的满足设计要求，达到设计的目的。23水果分级分拣系统整体方案水果分级分拣系统整体方案是将水果按重量的大小进行分拣。利用了称重传感器、重量变送器、A/D转换器和触摸屏等模块，实现了将水果的重量模拟量转换成数字量输入到主控制器中，主控制器对输入的信号进行处理，然后根据大小进行控制传送带和执行机构将各种不同重量的水果顺利地输送不同级别的区域中，实现水果分级分拣。231系统的整体设计水果分级分拣系统的设计框架如图3所示。图3分级分拣系统设计框架图本系统主要由三菱系列的PLC、A/D转换模块、称重传感变送模块、接近光电开关模块、触摸屏模块、启动停止模块、输送带的控制模块、执行机构的控制和计接近、光电开关模块控制传送带电机报警指示计数显示控制执行机构称重传感变送模块A/D转换模块启动、停止按钮三菱PLC输入信号输出信号触摸屏模块数显示与报警模块构成，能够实现将水果按照重量的大小进行分级分拣，系统中的重量参数设定和更改可由触摸屏信号输入，系统分拣出来的水果数量和系统运行情况，也可显示在触摸屏上，做监测使用。232各模块功能作用的简单介绍（1）三菱PLC控制模块对输入信号进行处理，并输出相应的信号，实现水果按要求分级分拣。（2）称重传感器和变送器模块称重传感器负责采集水果的质量信号，然后将采集到质量转换成模拟电压信号，非标准的电压信号经过称重变送器电路转换成05V的标准电压信号。（3）A/D转换模块FX2N2AD模块将标准的模拟信号转换成PLC能处理的数字信号，并输入到主控制器中。（4）触摸屏模块触摸屏可对重量和速度等参数进行设定和更改，方便用户根据实际生产情况控制系统，还可以对系统的运行进行监测和显示。（5）执行机构模块执行机构选择气动推杆，通过电磁阀控制，根据水果质量值大小和程序比较，实现推送将水果输送到合适的区域中。（6）接近光电开关模块检测水果是否到位，及时向控制系统报告水果的位置，实现对不同质量的水果的各种动作。（7）报警指示模块若系统出现故障时，发出警报提醒工作人员。（8）计数显示模块这模块主要是对分级分拣好的水果进行数量统计，直观地显示出来，方便后期处理。3分级分拣系统的硬件设计和选型31系统硬件设计311系统接线图NLX0启动1X23X45X67X10X123X14SB1停止2一级光电开关二级光电开关三级光电开关四级光电开关五级光电开关一级接近开关二级接近开关三级接近开关四级接近开关五级接近开关报警检测SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6扩展电缆COMY01Y23Y45Y10Y123Y145COM1FR12FR34FR562COM34输送带1输送带2输送带3输送带4输送带5输送带6推杆1推杆2推杆3推杆4推杆5Y16报警灯RS23RS23KM12KM3K4KM5K6YA2YA3YA45YA6YA1HL24V水果推送COM图4控制系统接线图根据水果分拣系统的工作过程可知，本系统输入信号共有13个和1个模拟量输入模块，1个触摸屏模块；而输出信号也有13个，输出信号控制了线圈、输送带、推动气缸和报警指示灯，即系统要求输入输出触点一共要26个。图5输送带电机接线图根据PLC继电器输出工作电流最大2A，所以熔断器FU1选择QHYPV3025A，额定电流25A。热继电器是实现过载保护的功能。选择型号为NR225G/Z的热继电器，整定电流为电机的7倍以上，为15A。传送带电机选择额定电流18A，堵转电流65A，型号为Y80M12，配置熔断器QHYPV3014A，标注为FU2FU7接触器的选择，一般有3对主触头，2对辅助触头。其额定电压应大于或等于所控线路的电压，主触头的电流为电动机的额定电流。因此选额定电流为16A的接触器，型号为CJX21801，线圈电压为220V的交流接触器。312推动机构示意图气缸输出直线往复式气缸是气动执行元件之一。目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。水平伸缩气缸选用双活塞杆双作用气缸。双活塞杆双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等组成。当电磁阀通电时气缸动作，当电磁阀断电时气缸快速弹出，气缸式的执行机构动作比较稳定，易于维修，控制过程简单，所以该水果分拣系统执行机构选择气缸推动式。传输带滑道活塞活塞杆前伸/回缩气缸缸筒水果驱动机构图6推动机构示意图32主控制器PLC的选择321PLC选型FX2N是三菱公司推出的高性能小型可编程控制器,指令功能丰富，包括基本指令27条，步进指令2条和有应用功能指令298条，且指令执行速度快。FX2NPLC可用内部辅助继电器M，状态器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能，满足了系统控制要求的需要。FX2NPLC的编程，可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包GXDEVELOPER进行。编程语言可用梯形图或指令表。还可用PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。FX系列PLC输出方式有继电器输出、可控硅输出、晶体管输出，本设计需要驱动多个执行电机，电流大，故采用继电器型输出。FX2N32MR001的LN是接外部电源火线和零线，24、COM为提供给扩展模块用的电源输入输出触点计算本设计输入触点包括1个启动1个停止，有5个光电开关输入和6个接近开关输入，所以输入触点共有13个；而输出部分包括1个水果门控制线圈，6条输送带控制，和5个推动气缸控制，1个报警指示灯，所以输出触点要求有13个，即系统要求输入输出触点一共要26个。本设计方案，选择三菱系列可编程控制器FX2N32MR001，此型号的PLC输入点数16，输出点数16，输入输出总点数36，继电器输出，通信功能较强，基本指令执行时间/US1636。表2FX2N32MR001技术参数型号FX2N32MR001外部电源AC250V或DC30V以下电路隔离继电器隔离基本指令008S/指令CPU运算处理应用指令数152数百US/指令程序语言指令表，梯形图，顺序功能图响应时间约10MS基本，步进指令基本指令27条，步进指令2条指令数应用指令128种298条辅助继电器一般用M0M499共500点；锁存用M500M3071322I/O分配表3I/O分配表输入输出主机实验模块注释主机实验模块注释X0SB1启动Y0KM1输送带1X1SB2停止Y1KM2输送带2X2一级光电开关大于04KGY2KM3输送带3X3二级光电开关040325KGY3KM4输送带4X4三级光电开关0325025KGY4KM5输送带5X5四级光电开关0250175KGY5KM6输送带6X6五级光电开关小于0175KGY10YA1水果推杆X7检测开关1检测一级水果Y11YA2推杆1X10检测开关2检测二级水果Y12YA3推杆2X11检测开关3检测三级水果Y13YA4推杆3X12检测开关4检测四级水果Y14YA5推杆4X13检测开关5检测五级水果Y15YA6推杆5X14检测开关6出错检测Y16HL报警指示灯COM1220VCOM2220VCOM324VCOMCOM开关公共端COM424V根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，输入触点需要13点，输出触点要13点，应再增加1020的备用量，以便随时增加控制功能，故综合比较，本设计选用三菱的DC24VD的FX2N32MR001型号的PLC。33其他硬件选择（1）模拟量输入模块选型模拟量输入模块选择三菱PLCFX2N2AD模拟量输入模块，X2N2AD是分辨率为12位二进制的高精度模拟量输入模块，FX2N2AD可进行2通道的电压输入DC010VDC05V或者电流输入DC420MA，本设计选择的是电压输入DC05V。表4FX2N2AD基本参数项目电压输入电流输入模拟量输入范围DC010V,DC05V输入电阻200K警告绝对最大输入为05V15VDC420MA输入电阻250警告绝对最大输入为2MA60MAFX2N2AD输入特性可混合使用电压输入和电流输入。2个通道的输入特性相同。有效的数字量输出12位二进制FX2N2AD分辨率25MV10VX1/4000，125MV5VX1/40004MAFX2N2AD电源DC5V20MA，DC24V50MAPLC内部供电）适用的PLCFX1N、FX2N、FX3U、FX2NC需要FX2NCCNVIF、FX3UCPLC三菱FX2N2AD是三菱FX2N系列PLC中的一款模拟量的特殊功能模块，广泛用于基本三菱工控搭建的自动化平台中。FX2N2AD型模拟输入模块用于将2点模拟输入（电压输入和电流输入）转换成12位的数字值，并将这个值输入到可编程控制器中，三菱FX2N2AD与三菱FX2N系列PLC是通过开展电缆连接，如图7。图7FX2N2AD与PLC连接图FX2N2AD不能有一个频道输入模拟电压值而另一个频道输入电流值，因为两个频道不能用同样的偏移值和增益值；对于本设计系统采用电压输入值来说应按照电压线路连接，变送器将标准的电压输送到VIN0、IIN0和COM0中，FX2N2AD电源由PLC内部提供。图8FX2N2AD输入连接图（2）触摸屏的选择触摸屏是一种直观的操作设备，可以由用户在触摸屏的画面上设置具有明确意义和提示信息的触摸式按键和用于输入数字的输入域。作为一种新型的人机界面，是在操作人员和机器设备之间作为双向沟通的桥梁，用户可以自由地组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。触摸屏使用降低了培训成本，节约了I/O点数，而且控制的输入量和输出量大。本次设计采用三菱GT1155QSBD型号触摸屏，它编程简单，能够方便的与三菱PLC连接。具体参数如表5所示。表5三菱触摸屏GT1155QSBD参数项目规格类型STN彩色液晶屏屏幕尺寸57英寸分辨率QVGA320240显示屏显示尺寸115W86HMM，横向显示模式类型矩阵电阻式触摸屏按键尺寸最小1616点（每个按键）触摸屏同时触控点数最大2点RS422/485RS422/485,1通道传输速率115200/57600/38400/19200/9600/4800,与PLC连接RS232RS232,1通道传输速率115200/57600/38400/19200/9600/4800，与PLC，条形码读码器，个人计算机连接内置接口USBUSB全速12MBPS，1通道，与个人计算机连接蜂鸣器输出单音调（3）称重传感器和变送器的选择BSTB1传感器是承受压向力测试，输出对称性好。具有测量精度高、结构紧凑、稳定性能好、温度漂移小、高度低、安装简便、抗偏载性能强、抗冲击性能好、密封性好、适用于各种恶劣的工作环境等特点。应用领域在移动式制动检测材质为合金钢、不锈钢。可选变送器输出05V、15V、010V、05V、420MA、010MA、020MA。表6产品技术指标量程020、30、50、100、150、200KG输出灵敏度12MV/V输入阻抗38010或75015输出阻抗3503或7005绝缘阻抗5000M激励电压24VDC工作温度2065安全超载150FS连接方式输入INPUT红RED黑BLACK输出OUTPUT绿GREEN白WHITE图9BSTB1称重传感器产品图4MCB1型变送器MCB1型变送器采用铝合金材质更轻便；分体式结构，安装方便，具有测量准确度高、长期稳定性能好等特点，可与各种传感器连接使用。表7MCB1型变送器技术参数适用范围与任何型号传感器配套产品规格05VDC工作电压24VDC技术指标综合精度01灵敏度温度系数005FS工作温度范围1060电气连接航空插座电缆连接图10MCB1型变送器（5）光电开关选择光电开关主要分类光电开关可分为对射型；漫反射型；镜面反射型。本设计采用了对射式光电开关PR12S，NPN/PNP输出方式，具有浪涌、极性、短路保护功能，成型电缆和M12连接器两种接线方式，防护等级为IP67。检测距离5M,10M；检测方式对射式；输出方式NPN/PNPNO/NC；电源电压24VDC光源红外LED（880NM）；外形规格M12150MM；环境温度1555；防护等级IP67；外壳材料PBT；连接方式两线连接。图11PR12S系列光电开关（6）近接开关选择接近开关是被安装在滑道上的，当有水果被推杆从输送带上推下箱子时会有检测作用，当检测到水果滑进了箱子，会断开控制推杆的电磁阀的电，即利用接近开关检测信号作为推杆的停止信号，使推杆能立刻断电缩回。同时，在推杆断电的时候接通水果的数量计数功能，计算水果的被推下的个数，达到对各类水果的计数的目的。接近开关选用HGRL18ZNK电容近接开关，该产品反应频率500HZ，额定电压24（V），检测距离130（MM），能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。图12电容近接开关（7）推动气缸的选型执行机构模块为AIRTAC双杆推动双轴气缸，型号为TN1010，并选用了AIRTAC的电磁阀配套使用，系统提供控制电磁阀来控制气缸的运动。气缸运动速度一般为50800/S，电磁阀的工作电压DC24V，耗电量DC4W图13AIRTAC双杆推动双轴气缸和电磁阀34主要硬件清单表8主要硬件清单序号名称型号重要参数数量1PLCFX2N32MR001工作电压220V继电器输出型2A/点1个2模拟量输入模块FX2N2AD模拟量输入05V工作电压24VDC1个3称重传感器BSTB1激励电压24VDC1个4称重变送器MCB1模拟量输出05V工作电压24VDC1个5光电开关PR12S额定电压24VDC5个6接近开关HGRL18ZNK额定电压24VDC6个7推动气缸AIRTACTN1010最大负荷200N5个8三相异步电机Y80M12额定功率075KM额定电流18A堵转电流65A6台QHYPV3014A额定电流14A18个9熔断器QHYPV303A额定电流25A2个10热继电器NR225G/Z整定电流15A6个11电磁阀AIRTAC最大耐压力105KGF/CM工作电压DC24V工作电流02A6个12触摸屏GT1155QSBD输入电压DC24V1个13接触器CJX21801额定电流为40A额定电压380V6个14断路器DZ474LE32/2额定电流为10A额定电压380V1个额定动作剩余电流30MA,2极4分拣系统的软件设计41分拣系统总流程设计系统启动后，水果输出在称重模块上，称重模块将得到的模拟量由变送器转换成数字量，模拟量输入模块将得到的数字量输进PLC进行比较判断，根据和寄存器设定的数值大小比较确定被送到指定的区域，例如本次系统设计的寄存器数值为大于04KG被送到为一级区域、04KG0325KG被送到为二级区域、0325KG025KG被送到为三级区域、025KG0175KG被送到为四级区域、小于0175KG为被送到为五级区域中。若水果都没被区分会发出报警。是开始开始称重，模拟量输入输出水果否大NUM1是开始否运到一级区域并计数N1N2间是开始否运到二级区域并计数N2N3间是开始否运到三级区域并计数N3N4间是开始否运到四级区域并计数小于NUM4是开始否运到五级区域并计数出错报警结束循环图14程序流程图42分拣系统程序设计本程序整体设计框架如图15所示。图15程序框图主控程序主要是由各子程序组成，通过调用子程序，把各个硬件的功能协调在一起，达到本设计的设计要求。本设计使用三菱电机公司提供专用的编程软件。早期是MEDOC，目前是GPPW编程软件、SWOPCFXGP/WINC编程软件和GXDEVELOPER编程软件。GX编程软件（GX开发器）可以用于生成涵盖所有三菱电机公司PLC设备的软件包，使用该软件可以为FX2N系列PLC生成程序。不同的商家的PLC有不同的编程语言，但就三菱而言，PLC的编程语言也就那么几种。（1）顺序功能图（SFC）这是位于其它编程语言之上的图形语言，用来编程顺序控制的程序。编写时，工艺过程被划分为若干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。（2）语句表（STL）是一种类似于微机汇编语言的一种文本编程语言，由多条语句组成一个程序段。语言表适合于经验丰富的程序员使用，可以实现某些梯形图不能实现的功能。（3）梯形图（LAD）这是使用最多的PLC编程语言。因与继电器电路很相似，具有直观易懂的特点，很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字量逻辑控制。AD转换控制子程序电机控制子程序报警指示子程序触摸屏显示控制子程序执行机构控制子程序主控程序触摸屏输入控制子程序开关检测子程序梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令构成。触点代表逻辑输入条件，线圈代表逻辑运算结果，常用来控制的指示灯，开关和内部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或数学运算等附加指令。在程序中，最左边是主信号流，信号流总是从左向右流动。正因为梯形图具有直观易懂的特点，所以本文中的PLC程序就是运用梯形图来编写的。三菱GXDEVELOPER编程软件是应用于FX系列PLC的中文编程软件，可与PLC进行通讯、文件传送、操作监控以及完成各种测试功能，也可将编制的PLC程序储存为文件，用打印机打印程序。水果分级分拣系统采用该软件作为编程软件8。图16编程软件界面本设计程序开始的一部分程序是为了设定模块FX2N2AD的值，本系统的FX2N2AD型模拟输入模块用于将电压模拟输入转换成12位的数字值，并将这个值输入到可编程控制器PLC中。让系统能精确接受模拟量。模块FX2N2AD在0号的位置，BFM30的识别码选D4，比较K2010与D4中的识别码选，相等时继续执行。H3300送BFM0通道初始化，CH1、CH2为电压输入，CH3、CH4关闭。在BFM1、BFM2中设定CH1、CH2计算平均值的取样次数为4。BFM29的状态信息分别写到M10M2516位中，若无错，则BFM6的内容将传送到PLC的D0、D1中。5系统调试与仿真界面当程序设计好之后必须下载到PLC中才可以运行系统，下载时使用的是三菱PLC专用的编程电缆SC09。这根电缆的一端是接电脑的RS232串口，一端接在PLC的RS422通讯串口上。当电缆接好之后，打开软件，进入要下载的文件。先转换文件，然后选择菜单栏里的“PLC”选择“传送”“写入”，便可以下载程序到PLC中。传送程序时，应注意以下问题（1）计算机的RS232端口及PLC之间必须用指定的缆线及转换器连接；（2）执行完“读入”后，计算机中的程序将被丢失，原有的程序将被读入的程序所替代，PLC模式改变成被设定的模式；（3）在“写出”时，PLC应停止运行，程序必须在RAM或EEPROM内存保护关断的情况下写出，然后进行校验7。在GXDEVELOPER打开PLC程序，点击“梯形图逻辑测试起动”按钮，进入PLC程序仿真，再打开GTSIMULATOR，打开触摸屏程序，入系统调试仿真。图17梯形图逻辑测试起动触摸屏界面设计要求简单直观、操作方便和能运行监测。触摸屏在PLC下载好程序后通过通讯电缆与PLC连接，本设计的触摸屏仿真界面如图18所示。1登录密码设计图18登陆界面考虑到操作的安全性和机密性，所以在进入操作界面时设置了操作权限，在安全等级上设置为1级。本设计密码为123456，可更改不同的安全级别和密码，提高系统的安全性。2首界面设计图19首页界面触摸屏首页的设计要求简洁，有欢迎界面和一些基本功能即可，写清楚设备的名字和型号，同时写明了设计者的名字、单位和联系方式，方便设备在出现故障时能及时联系维修，可适当增加时间和日期，此设计界面可以点击任何地方即可进入操作界面。3操作页设计本设计仿真为了简明直观采用3级分拣代替系统的5级分拣，功能方面基本不变，主要利用了各种指示灯代替电机和推动气缸指示灯亮则表示器件动作，利用各种按钮的动作代替了传感器的检测，实现了各个重量范围水果的分拣。图20操作界面操作界面显示了各种指示灯和按钮，仿真方案共有两个，第一种仿真方案是设计了小、中、大三个按钮，代表小、中、大三类重量不