1. 研究目的与意义
橙子是我国常见且产量大的水果，深受国人喜爱,但是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。
采取人工分级分拣，工作效率低。
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,实现自动化作业势在必行。
2. 课题关键问题和重难点
课题拟解决的关键问题：
1.选择并设计出可以实现实时分级控制要求，对橙子进行不同等级分拣与包装，可随时改变筛选范围，具有普适性，灵活性的筛选原理和整体系统方案。
2.选择合适称重传感器输入信号，plc处理信号，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到不同级别的区域中，实现水果分级分拣。
3. 国内外研究现状（文献综述）
自20世纪90年代以来我国水果产业迅速发展﹐现已是水果第一生产大国﹐产量占世界总产量的60% ,水果产业已经成为我国一些地区农村经济的支柱产业,为促进农民增收﹑扩大城乡居民就业和改善生态环境做出了积极贡献。但国内水果价格低,“卖果难”问题经常出现,使得水果生产快速发展的势头受到抑制。通过调查发现水果售价中的很大一部分都来源于产后处理及深加工﹐分级就是水果产后处理的重要环节。将水果按大小分成不同的等级﹐从而让那些成色更好﹐果实更大的水果卖出更好的价钱。目前市面上出售的分级设备大多数是筛分设备﹐在水果筛选的过程中由于水果间及水果和机器间的碰撞会造成水果品质的二次损伤﹐对提高水果售价不利。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。
根据水果的内外部品质及大小对水果进行分选是目前水果分拣技术的主要依据。开始，从人工分拣，成本高，效率低及其人工分拣的二次损伤，直接导致水果新鲜度下降，售价降低。后来，出现依据水果的直径大小对水果进行分拣称为基于大小的分拣技术。在我国市场上经常能见到的基于这种分拣技术的分撩机,如滚筒筛孔式水果大小分拣机和辗带式水果大小分拣机。这类分拣机主要是机械式分拣,它的优点是机械结构简单、价格低廉、分拣速度快,工作效率高,缺点是这种分拣技术在分拣过程中，水果的外部品质比较容易被破坏,而且分拣的结果常常存在较大偏差[1]。接着，出现利用杠杆原理对水果的重量进行分拣的分拣机是早期的机械秤称重式分拣机。这种机械式水果重量分拣机虽然对水果的外部品质的损伤较小,但是其受到各种外界因素的影响较大,产生的误差有可能会造成分拣精度的降低。再接着，现如今前沿研究方向还有根据水果的外部因素进行分拣，目前这种基于外部品质分拣的水果分拣方法主要有光电色泽法和计算机图像处理法[2]。这种分拣技术的自动化程度比较高,是分拣技术发展的趋势,但是其也有一些难题需要攻克,比如说信息处理的速度太慢,需要处理的信息的数据量很大,需要处理的时间会很长,实时系统难以完成。
如今，随着近年来科学技术的进步以及各个学科之可的相互渗透,当前国内外专家成功研制了电子称重式分选机。使用传感器来采集水果的重量信息是电子称重式分拣机的特点,它将传感器采集来的水果的信息输出至微机控制系统,由系统对传感器采集来的信号进行采样、放大等处理,最后由微机控制系统发出指令去控制相应的执行部件进行动作,达到精确分拣水果重量的目的。王新亭等根据现有的电子称重式分选机系统,改良系统的测控部分,使用单片机进行控制[3]。这种控制方式具有更高精度和更高的控制灵活度,在实际中具有更广的应用前景。国外的电子称重式分选机已经较为成熟,比较好的有美国autoline公司和以色列eshet eilon公司生产的。这些电子称重式分选机具有较为成熟的检检测技术和较高的工作效率,另外,其分选精度也很高。但是这些设备却难以在我国推广使用,主要是因为它的价格比较高,而且操作过程较为复杂[4]。
4. 研究方案
| 系统设计原理是将橙子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。主要流程是将橙子的重量模拟量转换成数字量输入到主控制器中，主控制器再将输入的信号进行处理，然后根据橙子大小，进行控制传送带和执行机构，将各种不同重量的橙子顺利地输送至不同级别的区域中,最后实现橙子分级分拣。 分级依据是水果的重量，将橙子重量划分五个范围作为五个级,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置，方便寄存器中的数值的修改。分级分拣整体系统工作流程：橙子输送→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→推动橙子，落入分级区域。 信息处理流程：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。此系统信号流程是按照功能的实现先后，在橙子经过称重模块时,采集橙子的质量信号，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0-5V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橙子推进到相应的区域时工作，从而将各级橙子推进各级区域中，实现橙子分级分拣。 各模块功能作用简单介绍：1.PLC控制模块—对输入信号进行处理，并输出相应的信号，实现橙子按要求分级分拣。 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，然后将采集到的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0-5V的标准电压信号。 3.A/D转换模块—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调整控制系统，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设定值的比较结果，将水果推送到合适的区域中。 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。 方案论证：本方案可满足按照一定规则对橙子进行分级，并根据分级结果进行分拣装箱需求，而且可设计出可靠安全的PLC控制系统。 |
5. 工作计划
2023.1.2～2023.1.15 完成译文翻译，查阅文献，完成开题报告并上传毕设网。
2023.1.16～2023.2.5 指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成修改。
2023.2.6～2023.3.19 按照开题报告的方案，开始毕设课题的分析和方案设计、系统硬件连接设计和程序设计，首先选择合适的plc和其他硬件，并要基于性能和价格、功能，其次橙子分级分拣系统软件的设计，流程和程序的设计，其中的顺序功能图、语句表、梯形图都要画出来，最后整个系统的调试论证。
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