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摘 要
颜色分选系统已经广泛用于表面质量的判别(表面质量的判别是指利用光反射特性，按照表皮颜色差异分选、按照有无外表损伤分选等)和内部质量的判别(内部质量的判别是指利用光透射特性，按照成熟度差异分选、按照内部损伤差异分选、按照内部品质差异分选等)等情况。用色选机取代人工手选，排除人为因素的干扰，既提高了生产效率(如分选精度、一致性等)，又降低了生产费用。无论从经济学观点或从生态学观点考虑，色选机的应用部是极为有利和有效的。
然后通过PLC对该机构进行控制系统方面的设计。进行了系统设计，工作原理的介绍，IO接点，PLC选型和梯形图的分析说明，通过分析论证，实现了预计的设计要求。
关键词：自动物料，自动分选，结构设计
Abstract
Color sorting system has been widely used for discriminant surface quality ( discriminant surface quality refers to the use of light reflection characteristics, in accordance with the skin color differences separating, according to with or without appearance damage sorting ) discrimination and internal quality ( discriminant internal quality refers to the use of light transmission properties, separation, in accordance with the maturity difference according to the internal damage between sorting in accordance with the internal quality difference, sorting, etc.). Use color sorter replaces manual election, exclude the interference of human factors, not only improves the production efficiency ( such as sorting accuracy, consistency, and reduces the production cost ). From the economics point of view or from the ecology viewpoint, application of color sorter is extremely beneficial and effective.
Then the mechanism design of control system by PLC. The system was designed, the principle, IO contact, analysis of PLC type and ladder diagram, through analysis and demonstration, to achieve the expected design requirements.
Key Words: Automatic material, measurement, sorting, measure
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1自动物料分选机概述 1
1.2 PLC介绍 2
1.2.1 PLC的基本概念 2
1.2.2 PLC构成 2
1.2.3 PLC的工作原理 3
1.2.4 PLC的技术原理 5
1.2.5 PLC的优点 6
1.3 本课题的主要研究内容 6
第2章 总体方案论证 7
2.1颜色分选机的方案设计 7
2.2分选机工作原理 7
2.3 本章小结 8
第3章 一种自动物料分选机结构设计 9
3.1 同步带的概述 9
3.1.1同步带介绍 9
3.1.2同步带的特点 10
3.1.3同步带传动的主要失效形式 10
3.1.4 同步带传动的设计准则 12
3.1.5同步带分类 13
3.2电机的选择 13
3.2.1电机的分类 13
3.2.2步进电机的选择 14
3.3 同步带传动计算 15
3.3.1 同步带计算选型 15
3.3.2 同步带的主要参数（结构部分） 18
3.3.3 同步带的设计 20
3.3.4 同步带轮的设计 21
3.4 气缸的选型 22
3.5 气缸的设计计算 24
3.6本章小结 24
第4章 自动物料分选机PLC控制系统的设计 25
4.1工作原理 25
4.2 I/O分配表 25
4.3 PLC选型依据 26
4.4 工作流程 27
4.5 PLC控制系统梯形图的设计 28
4.6 完整的梯形图设计 32
参考文献 34
总结与展望 35
致谢 36
第1章绪论
1.1自动物料分选机概述
国外的颜色检测研究起步较早，各种颜色检测仪器应用广泛，其中典型的应用之一是颜色分选机，主要用于农业综合企业、农产品出口、食品加工业及出口，其次还有化学品及矿产品企业。美国 ESM 公司及 Sortex 公司分别于20 世纪 30 年代及 40 年代研制了这种设备，并根据市场需要不断推出新机型；日本安西公司于 1970 年成功开发并开始制造和销售全日本第一台电子色彩选别机，其中接受中国方面的订货就有十几年的历史，有近百台/套的各类选别机械己在中国各地被使用，中国两大农业上市公司“中国蓝田股份有限公司”和“湖南金健米业股份有限公司”都采用安西公司的色选设备。日本佐竹公司于 1979 年也推出了这种产品。ESM 于 1992 年与佐竹公司合并继续生产颜色分选机。现在主要从事生产色选机的企业有日本的佐竹公司、安西制作所，瑞士的布勒公司，以及英国和美国的一些粮食加工设备公司。在世界范围内，以日本佐竹公司和瑞士布勒公司的产品代表了农产品加工机械的先进水平，其产品遍布亚洲、欧洲、美洲、大洋洲及非洲等。日本佐竹株式会社其机械产品广泛运用光电、传感、信息等先进技术，服务于大米的种植、收割和加工等各个生产阶段，自动化程度很高。在美国，许多西红柿收获机械都装备了颜色分级器，每个分级器能以 25t/h 的生产率分离红西红柿与青西红柿。计算机控制的颜色分级器被用在包装工厂，对柑桔，西红柿或苹果进行分选。美国 HunterLab 测色仪可检测各类食品的颜色；2002 年 9 月在北京“2002 年国际水稻产业、技术及机械设备展览会”上，索特克斯首次在中国推出了 Z 系列光电色选机，其高精度象素的数码相机能检测出浅淡微黄和针尖大的黑点，是世界上首台能选出微黄粒、红粒等各种异色粒，又能同时去除腹白的色选机。
近年来我国许多院校及科研单位在电脑测色方面进行了研究，取得了一些成绩，如由北京理工大学研制的便携式色差计；北京康光光电子联合公司研制的 SC-80 轻便色彩色差计；合肥安科光电机械有限公司生产的智能化电脑色选机；核工业理化工程研究院自主研究生产的色选机系列通过国家鉴定；天津光学仪器厂研制的色度实验装置wsd-1/1a是一种自动光谱光度测色仪器；何东健等进行了果实表面颜色计算机视觉分级技术研究；冯斌等在利用水果表面分布的分形维数为特征对不同着色等级水果进行分级时，采用了 HIS 模型，利用各色度点的累计和空间分布特性，使颜色分级更符合实际情况；Tao.Y 等研制成功了用于马铃薯和苹果颜色检测的机器视觉系统，它可以区别正常马铃薯与发芽马铃薯及黄色与绿色的“金帅苹果”等。
国内的仪器市场有不少颜色仪器，但大多是外国的进口仪器，或者主要依靠国外技术完成仪器的加工制造。例如：无锡粮油机械有限公司生产的电脑光电色选机，中美合资合肥安科光电有限公司引进美国技术生产的色选机系列，佐竹机械苏州有限公司生产的GS系列色选机等。而且国内颜色分选机主要用于大米色选，在其他果蔬、马铃薯等农产品颜色分级应用还不是很广泛。
八十年代初，上海纺织科学院从西德 OPTON 公司引进了我国第一台自动测色、配色电脑，电脑测色、配色技术才开始在我国有关的一些行业中得以应用。这也是我国第一次引入颜色分选设备，从而开启了我国对于颜色分选领域的大门，在今后的几年中，各大高校也逐渐的开始了对于颜色分选机的探索与研究，尤其是在对于农业方面的应用。
而随着工业的迅速发展，人们生活水平的提高，社会对所需品的要求有了极大的提高。同时，颜色分选设备精密度标准的提高，促使对分选的质量要求越来越高；以分选类产品因质量问题大大约束其广泛使用。现在，新一代的颜色分选设备的不断改善，使其质量发生了根本性的提高，能完全满足现代化工业及农业生产等的需要。所以，在各行业的实际使用过程中分选机的优越性将会很快得以体现。总而言之，颜色分选机的研究突破将会是分选机领域发展的大趋势之一。
1.2 PLC介绍
1.2.1 PLC的基本概念
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制（Programmable Logic Controller, PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。
1.2.2 PLC构成
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b. 中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块如计数、定位等功能模块。
f、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
1.2.3 PLC的工作原理
1、扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1） 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2） 用户程序执行阶段，在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
（3） 输出刷新阶段
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