翠冠梨自动分选控制系统的设计与实现

刘 现,李传辉，林营志

(福建省农业科学院数字农业研究所 350003)

翠冠梨自动分选控制系统的设计与实现

刘 现,李传辉，林营志*

(福建省农业科学院数字农业研究所 350003)

为了降低翠冠梨分选的劳动力成本，提高分选的效率和精度，以维控LEVI777A型触摸屏为人机界面，台达DVP12SA211T可编程控制器为控制核心，构建了一套基于重量的自动分选控制系统。该系统运行稳定、操作简便、人机界面友好，实现了翠冠梨的自动化分选，有效地提高了分选的精度与效率，降低了劳动力成本，具有良好的科研和社会经济价值。

翠冠梨；分选；系统

Abstract: An automatic sorting control system for Cuiguan pear, according to its fruit weight, was designed with Weikong LEVI777A touching screen as man-machine interface, and Taida DVP12SA211T programmble controller as the control core, in order to reduce the labor cost and improve the sorting efficiency and accuracy. The system could run smoothly, operate simply, and with friendly man-machine interface. With the system, the Cuiguan pear was automatically separated, and the sorting accuracy and efficiency were effectively improved. This system could save labor cost, and obtain high research and social economy value.

Keywords: Cuiguan pear; sorting; system

翠冠系优质早熟沙梨品种，果实近圆形，果形指数0.96，果皮黄绿色细薄，果肉雪白色，肉脆汁多、味浓鲜嫩、汁丰味甜，被称为“六月雪”。闽西北多年多点示范种植结果表明，翠冠梨不仅早熟、果大、质优、丰产稳产，而且在闽西北温暖高湿气候条件下，表现出较强的抗病虫能力。

水果分选是水果采后加工的一个重要环节，它可以使水果在销售时具有较高的均匀度，从而更加吸引消费者，以提高其经济价值。发达国家的经验表明，水果产值大部分是由采后处理和加工创造出来的。目前，翠冠梨分选大多采用人工挑拣方法，劳动强度大、成本高，容易受人为主观因素影响，分选误差大，工作效率低。为了大幅提高翠冠梨分选效率和精度，提升其在产后加工阶段的经济价值，本研究设计出一套翠冠梨自动分选控制系统，依据重量实现翠冠梨的自动分选。推广应用表明，可以大幅提高分选的工作效率，降低劳动力成本，增加果农的收入。本文介绍该系统的设计、功能及实现结果。

1 系统硬件设计

1.1系统硬件结构

重量式水果分选机采用重量传感器，根据产品的重量进行分选，通过被选产品的重量与预先设定的重量的比较进行分级。分选机通常由上果段、分选传感器段和分果出口段组成。

在上果阶段，当系统开启时，由PLC控制电机的开启来带动传送链条转动，负责上果的工作人员往链条上方的每一个果盘中依次放入一个翠冠梨，输送链条承载着果盘均匀地向前输送。

分选阶段是最为关键的一个阶段，工作人员事先在触摸屏人机界面上配置好每个等级的重量分选区间等参数，这些参数长期保存在触摸屏中。

在系统开启后，PLC通过RS485读取触摸屏上的参数信息，待装载着翠冠梨的果盘向前输送到达称重传感器位置时，称重传感器将重量信息通过称重模块传送至PLC上，PLC与预先在触摸屏上设定的重量分选区间参数进行比较，确认此梨的重量等级，同时PLC将等级信息保存于其存储空间中以便在分果阶段进行正确分果。

在分果阶段，PLC调用存储在其中的等级信息，当所对应的果盘到达等级信息相应的分果槽时，PLC控制输出驱动板，驱动板驱动电磁推杆动作，使果盘发生倾斜，翠冠梨顺势滚入果槽中完成分选。

该系统硬件结构见图1。

图1 翠冠梨自动分选控制系统硬件结构

1.2电气控制

系统电路原理见图2。其中，图2(a)为系统电路图；图2(b)为PLC接线图；图3(c)为触摸屏与DTU接线图，控制系统以触摸屏为人机界面、PLC为控制核心，触摸屏和PLC之间通过RS485进行通信，系统内部安装DC24V开关电源，执行机构包括电机和用于分果的电磁推杆，传感器部分为称重传感器，安全部分为漏保总开关。

2 系统软件功能介绍

系统以LEVI777A触摸屏为人机界面、台达DVP12SA211T PLC为控制核心进行构建。开发环境基于Windows的中文操作系统，采用维控公司开发的LEVIStudio组态软件和台达梯形图编程软件WPLSoft。系统以实现翠冠梨的自动化分选为目的，主要功能模块包括状态查看、分级统计、参数设置、趋势分布、称重校准、警报查询、密码修改、手动调试等(图3)。

2.1状态查看

用户可在触摸屏上查看当前系统所处的实时状态。

2.2分级统计

系统具备统计当日或者某段时间内所分选的水果的总数量和总重量的功能，便于用户了解已经分选翠冠梨的状态以及分选的效率。

2.3参数设置

参数设置是一个十分重要的功能。在开启系统之前，须对每个分选等级重量的上下限范围进行设定，设定完要勾选启用选项，否则该设定无效。

2.4趋势分布

系统提供了查看趋势分布图的功能。依据分级统计的结果数据绘制柱状图或者饼图以便用户更加直观地查看分选翠冠梨的数量与重量情况。

2.5称重校准

称重校准是使用该系统过程中最关键的一步，它关系到分级的准确性。由于梨放置在果盘上进行称重，不同果盘重量具有一定的差异，从而导致称重时对梨的重量产生干扰，造成分级误差。因此，系统在分选前，对果盘进行校准标定，多次称取果盘重量，并取其平均值作为分选时果盘的最终重量，这一措施大大降低了由于果盘重量差异带来的分级误差，提高了分级的准确度。

2.6警报查询

在触摸屏报警信息界面上可以查看系统的报警记录，用户需定期查看，以便及时发现问题。

图2 翠冠梨自动分选控制系统电路原理

图3 翠冠梨自动分选控制系统功能逻辑

2.7密码修改

出于安全性考虑，系统提供了密码修改的功能。不同级别的用户拥有其设定的私人密码，进入系统时需要输入密码进行登录后方可正常使用该系统。

2.8手动调试

用户可通过开启手动调试功能，人为地对某个组件进行调试，检测其功能是否正常。

3 实现结果

系统运行主界面(图4)。系统投入使用后，运行稳定，人机界面友好，操作便捷，能够实现状态查看、分级统计、参数设置、趋势分布、称重校准、警报查询、密码修改、手动调试等功能，有效地满足了翠冠梨自动化分选的实际生产需求(图5～13)。

4 结语

水果产后处理直接关系到水果的包装、运输、贮藏和销售，对水果的经济价值产生重要的影响。西方发达国家水果产后处理的比例高达80%～90%，已经基本实现水果分选的机械化与自动化，而我国水果产后分选以半机械化甚至手工分选为主，机械化处理比例还不到5%。因此，研究水果分选技术以及开发自动化的水果分选机，具有重要的现实意义。本文基于重量分选原理，设计并实现了翠冠梨自动分选控制系统，提高了分选的精度与效率，有效提升了翠冠梨在产后加工阶段的经济价值，增加了果农的收入，产生了良好的经济效益，值得推广应用。

(责任编辑：黄金泽)

DesignandrealizationofautomaticsortingcontrolsystemforCuiguanpear

LIU Xian, LI Chuan-hui, LIN Ying-zhi*

(DigitalAgricultureInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianProvince350003)

2017-06-09

刘现，女，1985年生，研究实习员。

*通讯作者：林营志，男，1974年生，副研究员 (E-mail:LYNNET@163.com)。

福建省科技重大专项专题项目(2014NZ0002-2)；设施农业装备生产性工程化实验室建设项目(2014GCH-9)；福建省农业科学院智慧农业生产性工程化实验室由建设项目(2014GCH-2)；福建省科技创新平台建设项目(2009J1002、2010J1002)；福建省农业科学院创新团队PI项目(2016PI-45)。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.06.019