基于PLC的寒富苹果自动分级生产线控制系统设计

孟繁臻　宫元娟

摘要：为实现寒富苹果的自动分级，对寒富苹果自动分级生产线的控制系统进行设计。说明控制系统的原理与功能，阐述控制系统的硬件组成和信号采集及传递过程，利用PLC对控制系统的软件程序进行编程，最终实现寒富苹果的精准分级。

关键词：自动分级；PLC；控制系统；设计；寒富苹果

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）06-0037-02

寒富苹果是沈阳农业大学以富士和东光为亲本选育的抗寒优质大果型品种，已成为辽宁地区最受农民朋友及广大消费者欢迎的苹果之一。有关寒富苹果的研究，在产品推广和产业化发展方面取得了很大进展，但对其采摘后进行等级分选和品质鉴定方面的研究较少。

PLC可编程控制器是目前应用较多的控制系统，具有可靠性高、体积小、能耗低、功能性强、性价比高、抗干扰能力强等多重优势。基于PLC设计一种寒富苹果分级生产线控制系统，以控制分选动作，实现寒富苹果的自动化分级。

1 控制系统的原理

寒富苹果分级生产线的工作原理如图1所示。工作过程为：果盘输送装置带动苹果运动，经由称重模块采集质量信息，并传递给控制系统，再由控制系统控制执行机构进行分级。

苹果在经过称重模块时，称重模块采集苹果动态质量信号，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0～5 V的标准电压信号，再送入PLC模拟量输入模块，进行A/D转换，转换为数字量信号，经PLC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，使推拉电磁阀在苹果运动到相应的果箱时工作。

信号处理电路结构如图2所示。

2 控制系统的硬件组成

自动分级生产线作为现代化自动分选机械，不但要求其具有科学合理的机械结构，高精确性和高可靠性的分级控制系统，还要具有良好的动态性及灵敏性。寒富苹果自动分级生产线控制系统结合了检测技术、电动技术和PLC技术，可实现寒富苹果的自动化精准分级。

1） 称重传感器可将力矩产生的应变换算成与力矩有线性关系的电压信号的电阻应变。选用悬臂梁式称重传感器，该产品采用合金钢材质焊接密封，故而线性度高、精度高、漂移小，结构合理，便于安装。

2） 变送器的主要作用是把传感器的输出信号转化为可被PLC模拟量输入模块所识别的标准电压信号。由于PLC模拟量输入模块能接收0～5 V标准电压信号，而传感器输出的是毫伏的微弱电压信号，因此根据称重传感器的选型，选用分体式变送器。

3） 选用三菱FX2N型可编程控制器作为主机，以满足试验对PLC的全面要求。三菱FX2N具有性能高、形体小、速度快、编程灵活及超小程序装置档次高的优点，不仅能够输入16～25点，还可用于连接基本组件，进行模拟、定位控制。根据需要选择三菱PLC（FX系列）的FX2N-2AD模拟量输入模块，其共有2个模拟量输入通道，可实现A/D转换功能。

3 控制系统的软件设计

梯形图程序设计语言主要通过梯形图的图形符号对程序进行描述。一般情况下，事件因果关系呈阶梯状，梯级前面是事件发生的起因，梯级后面是事件发生的结果，通过此种因果关系对事件的条件、结果进行全面的描述。本文设计的梯形图主要用到的PLC指令程序是FROM指令和ZCP指令。

1） FROM指令为将PLC增设的特殊单元缓冲存储器（BFM）的内容读到可编程控制器的指令，用于PLC基本单元读取特殊功能模块中的数据，本文的特殊模块就是FX2N-2AD。称重传感器产生的电压信号经由FX2N-2AD转换为数字信号，PLC通过FROM指令可提取数据。FROM指令梯形图如图3所示。

2） ZCP（Zone Compare）指令为区间比较指令，其功能指令编号为FNC11，可进行16位运算数据比较。指令执行时，源操作数[S]与[S1]和[S2]的内容进行比较，并将比较结果送到目标操作数[D]中。根据寒富苹果的等级（以质量在175～250 g的为小型果，250～300 g的为中型果，大于300 g的为大型果），利用区间比较指令对寒富苹果进行等级划分。ZCP指令梯形图如图4所示。

4 结论

本文主要对寒富苹果自动分级生产线的控制系统进行设计。介绍分级生产线的工作原理，得到控制功能的要求；对控制系统的硬件组成进行分析，选取最适合分级生产线的各个部件；对控制系统的软件进行设计，利用梯形图编程，得到能够实现自动分级控制的系统程序。

参考文献

[1] 魏中青，金萌时，苗晓刚，等.数据采集与分析系统在自动称重分级设备中的应用[J].机械与电子，2012（3）：41-44.

[2] 应义斌，饶秀勤，黄永林，等.水果高速实时分级机构控制系统[J].农业机械学报，2004，35（5）：117-121.

[3] 黄秀玲，郑加强，赵茂程.水果分级支撑技术的研究进展[J].南京林业大学学报：自然科版，2007，31（2）：123-126.

[4] 魏新华，孙卫红，李道亮，等.水果自动分选机分级卸料实时控制系统的设计[J].仪器仪报，2008，29（5）：1 024-1 028.

摘要：为实现寒富苹果的自动分级，对寒富苹果自动分级生产线的控制系统进行设计。说明控制系统的原理与功能，阐述控制系统的硬件组成和信号采集及传递过程，利用PLC对控制系统的软件程序进行编程，最终实现寒富苹果的精准分级。

关键词：自动分级；PLC；控制系统；设计；寒富苹果

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）06-0037-02

寒富苹果是沈阳农业大学以富士和东光为亲本选育的抗寒优质大果型品种，已成为辽宁地区最受农民朋友及广大消费者欢迎的苹果之一。有关寒富苹果的研究，在产品推广和产业化发展方面取得了很大进展，但对其采摘后进行等级分选和品质鉴定方面的研究较少。

PLC可编程控制器是目前应用较多的控制系统，具有可靠性高、体积小、能耗低、功能性强、性价比高、抗干扰能力强等多重优势。基于PLC设计一种寒富苹果分级生产线控制系统，以控制分选动作，实现寒富苹果的自动化分级。

1 控制系统的原理

寒富苹果分级生产线的工作原理如图1所示。工作过程为：果盘输送装置带动苹果运动，经由称重模块采集质量信息，并传递给控制系统，再由控制系统控制执行机构进行分级。

苹果在经过称重模块时，称重模块采集苹果动态质量信号，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0～5 V的标准电压信号，再送入PLC模拟量输入模块，进行A/D转换，转换为数字量信号，经PLC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，使推拉电磁阀在苹果运动到相应的果箱时工作。

信号处理电路结构如图2所示。

2 控制系统的硬件组成

自动分级生产线作为现代化自动分选机械，不但要求其具有科学合理的机械结构，高精确性和高可靠性的分级控制系统，还要具有良好的动态性及灵敏性。寒富苹果自动分级生产线控制系统结合了检测技术、电动技术和PLC技术，可实现寒富苹果的自动化精准分级。

1） 称重传感器可将力矩产生的应变换算成与力矩有线性关系的电压信号的电阻应变。选用悬臂梁式称重传感器，该产品采用合金钢材质焊接密封，故而线性度高、精度高、漂移小，结构合理，便于安装。

2） 变送器的主要作用是把传感器的输出信号转化为可被PLC模拟量输入模块所识别的标准电压信号。由于PLC模拟量输入模块能接收0～5 V标准电压信号，而传感器输出的是毫伏的微弱电压信号，因此根据称重传感器的选型，选用分体式变送器。

3） 选用三菱FX2N型可编程控制器作为主机，以满足试验对PLC的全面要求。三菱FX2N具有性能高、形体小、速度快、编程灵活及超小程序装置档次高的优点，不仅能够输入16～25点，还可用于连接基本组件，进行模拟、定位控制。根据需要选择三菱PLC（FX系列）的FX2N-2AD模拟量输入模块，其共有2个模拟量输入通道，可实现A/D转换功能。

3 控制系统的软件设计

梯形图程序设计语言主要通过梯形图的图形符号对程序进行描述。一般情况下，事件因果关系呈阶梯状，梯级前面是事件发生的起因，梯级后面是事件发生的结果，通过此种因果关系对事件的条件、结果进行全面的描述。本文设计的梯形图主要用到的PLC指令程序是FROM指令和ZCP指令。

1） FROM指令为将PLC增设的特殊单元缓冲存储器（BFM）的内容读到可编程控制器的指令，用于PLC基本单元读取特殊功能模块中的数据，本文的特殊模块就是FX2N-2AD。称重传感器产生的电压信号经由FX2N-2AD转换为数字信号，PLC通过FROM指令可提取数据。FROM指令梯形图如图3所示。

2） ZCP（Zone Compare）指令为区间比较指令，其功能指令编号为FNC11，可进行16位运算数据比较。指令执行时，源操作数[S]与[S1]和[S2]的内容进行比较，并将比较结果送到目标操作数[D]中。根据寒富苹果的等级（以质量在175～250 g的为小型果，250～300 g的为中型果，大于300 g的为大型果），利用区间比较指令对寒富苹果进行等级划分。ZCP指令梯形图如图4所示。

4 结论

本文主要对寒富苹果自动分级生产线的控制系统进行设计。介绍分级生产线的工作原理，得到控制功能的要求；对控制系统的硬件组成进行分析，选取最适合分级生产线的各个部件；对控制系统的软件进行设计，利用梯形图编程，得到能够实现自动分级控制的系统程序。

参考文献

[1] 魏中青，金萌时，苗晓刚，等.数据采集与分析系统在自动称重分级设备中的应用[J].机械与电子，2012（3）：41-44.

[2] 应义斌，饶秀勤，黄永林，等.水果高速实时分级机构控制系统[J].农业机械学报，2004，35（5）：117-121.

[3] 黄秀玲，郑加强，赵茂程.水果分级支撑技术的研究进展[J].南京林业大学学报：自然科版，2007，31（2）：123-126.

[4] 魏新华，孙卫红，李道亮，等.水果自动分选机分级卸料实时控制系统的设计[J].仪器仪报，2008，29（5）：1 024-1 028.

摘要：为实现寒富苹果的自动分级，对寒富苹果自动分级生产线的控制系统进行设计。说明控制系统的原理与功能，阐述控制系统的硬件组成和信号采集及传递过程，利用PLC对控制系统的软件程序进行编程，最终实现寒富苹果的精准分级。

关键词：自动分级；PLC；控制系统；设计；寒富苹果

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）06-0037-02

寒富苹果是沈阳农业大学以富士和东光为亲本选育的抗寒优质大果型品种，已成为辽宁地区最受农民朋友及广大消费者欢迎的苹果之一。有关寒富苹果的研究，在产品推广和产业化发展方面取得了很大进展，但对其采摘后进行等级分选和品质鉴定方面的研究较少。

PLC可编程控制器是目前应用较多的控制系统，具有可靠性高、体积小、能耗低、功能性强、性价比高、抗干扰能力强等多重优势。基于PLC设计一种寒富苹果分级生产线控制系统，以控制分选动作，实现寒富苹果的自动化分级。

1 控制系统的原理

寒富苹果分级生产线的工作原理如图1所示。工作过程为：果盘输送装置带动苹果运动，经由称重模块采集质量信息，并传递给控制系统，再由控制系统控制执行机构进行分级。

苹果在经过称重模块时，称重模块采集苹果动态质量信号，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0～5 V的标准电压信号，再送入PLC模拟量输入模块，进行A/D转换，转换为数字量信号，经PLC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，使推拉电磁阀在苹果运动到相应的果箱时工作。

信号处理电路结构如图2所示。

2 控制系统的硬件组成

自动分级生产线作为现代化自动分选机械，不但要求其具有科学合理的机械结构，高精确性和高可靠性的分级控制系统，还要具有良好的动态性及灵敏性。寒富苹果自动分级生产线控制系统结合了检测技术、电动技术和PLC技术，可实现寒富苹果的自动化精准分级。

1） 称重传感器可将力矩产生的应变换算成与力矩有线性关系的电压信号的电阻应变。选用悬臂梁式称重传感器，该产品采用合金钢材质焊接密封，故而线性度高、精度高、漂移小，结构合理，便于安装。

2） 变送器的主要作用是把传感器的输出信号转化为可被PLC模拟量输入模块所识别的标准电压信号。由于PLC模拟量输入模块能接收0～5 V标准电压信号，而传感器输出的是毫伏的微弱电压信号，因此根据称重传感器的选型，选用分体式变送器。

3） 选用三菱FX2N型可编程控制器作为主机，以满足试验对PLC的全面要求。三菱FX2N具有性能高、形体小、速度快、编程灵活及超小程序装置档次高的优点，不仅能够输入16～25点，还可用于连接基本组件，进行模拟、定位控制。根据需要选择三菱PLC（FX系列）的FX2N-2AD模拟量输入模块，其共有2个模拟量输入通道，可实现A/D转换功能。

3 控制系统的软件设计

梯形图程序设计语言主要通过梯形图的图形符号对程序进行描述。一般情况下，事件因果关系呈阶梯状，梯级前面是事件发生的起因，梯级后面是事件发生的结果，通过此种因果关系对事件的条件、结果进行全面的描述。本文设计的梯形图主要用到的PLC指令程序是FROM指令和ZCP指令。

1） FROM指令为将PLC增设的特殊单元缓冲存储器（BFM）的内容读到可编程控制器的指令，用于PLC基本单元读取特殊功能模块中的数据，本文的特殊模块就是FX2N-2AD。称重传感器产生的电压信号经由FX2N-2AD转换为数字信号，PLC通过FROM指令可提取数据。FROM指令梯形图如图3所示。

2） ZCP（Zone Compare）指令为区间比较指令，其功能指令编号为FNC11，可进行16位运算数据比较。指令执行时，源操作数[S]与[S1]和[S2]的内容进行比较，并将比较结果送到目标操作数[D]中。根据寒富苹果的等级（以质量在175～250 g的为小型果，250～300 g的为中型果，大于300 g的为大型果），利用区间比较指令对寒富苹果进行等级划分。ZCP指令梯形图如图4所示。

4 结论

本文主要对寒富苹果自动分级生产线的控制系统进行设计。介绍分级生产线的工作原理，得到控制功能的要求；对控制系统的硬件组成进行分析，选取最适合分级生产线的各个部件；对控制系统的软件进行设计，利用梯形图编程，得到能够实现自动分级控制的系统程序。

参考文献

[1] 魏中青，金萌时，苗晓刚，等.数据采集与分析系统在自动称重分级设备中的应用[J].机械与电子，2012（3）：41-44.

[2] 应义斌，饶秀勤，黄永林，等.水果高速实时分级机构控制系统[J].农业机械学报，2004，35（5）：117-121.

[3] 黄秀玲，郑加强，赵茂程.水果分级支撑技术的研究进展[J].南京林业大学学报：自然科版，2007，31（2）：123-126.

[4] 魏新华，孙卫红，李道亮，等.水果自动分选机分级卸料实时控制系统的设计[J].仪器仪报，2008，29（5）：1 024-1 028.