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《机电系统设计基础》课程设计——基于PLC的苹果检测及分拣系统班级：***组长：***组员：****指导老师：杨**教授日期：2015/12/20中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计I摘要我国是苹果的生产种植大国，却不是强国，原因之一是我国对水果的品质检测及分离技术落后，因此农产品的检测以其无损，快速，自动化程度高等众多特点使其成为国内外相关学者的一个重要的研究课题。本文采用多种传感器，对贮藏期苹果的表面及内部品质进行检测，分析得出各自对应的存储特性。建立一套分拣机构与检测机构相连接。然后根据分析结果将不同的苹果进行分类储存。发挥出不同品质的苹果的最大利用率，提高苹果在市场上的竞争力。关键词：苹果；传感器；分拣系统；PLC控制中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计II目录摘要....................................................I0绪论...................................................40.1题目研究背景................................................................................40.2题目介绍.........................................................................................40.3论文结构.........................................................................................51农产品检测技术.........................................61.1国内外农产品检测技术概述........................................................61.2检测所用传感器............................................................................61.2.1X射线传感器.........................................................................61.2.2色彩传感器...........................................................................71.2.3电容传感器...........................................................................82分拣机构设计...........................................92.1分拣机构的结构设计....................................................................92.2关键零件的零件图绘制..............................................................113PLC编程控制...........................................113.1PLC编程简介...............................................................................113.1.1PLC技术简介......................................................................113.1.2PLC的应用领域..................................................................133.1.3PLC的国内外发展状况与未来展望..................................133.2本设计的具体编程......................................................................143.2.1西门子S7-200系列的编程简介........................................14中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计III3.2.2分拣机构的硬件连接.........................................................163.2.3分拣机构的PLC编程........................................................194总结..................................................23参考文献...............................................25附：小组分工............................错误!未定义书签。中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计40绪论0.1题目研究背景我国是水果的生产大国，其中苹果是我国第一大水果，其种植面积和产量都居于全国第一位，在世界范围内占据着重要的位置。特别是改革开放以来，我国实行农业结构调整政策，苹果产业已经成为农民增收的支柱性产业，在国民经济中占有举足轻重的地位。截止2010年底，我国苹果种植面积达213.91万公顷，占世界苹果种植总面积的41.32%。与此同时，我国苹果总产量为3326.33万吨，占全国水果总产量的15.54%，世界苹果总产量的42.92%，是1990年全国苹果总产量的7.7倍，并保持着年均28%的增长率。但是，我们不能被这些数字所蒙蔽，纵然中国的出口量占到世界所有出口国家的首位，但是与我国巨大的苹果产量相比，出口量仅占苹果产量的3%-5%左右，而且主要出口国家集中在亚洲以及俄罗斯等中低端市场，由于产品品质、上市时间等原因，我国鲜苹果在欧美等国的高端市场占有量很小。究其原因，苹果的种植品种不合理、种植方式较为粗放、农药残留较高等，但是更深层次的原因是各个环节的技术有待提高。比如在我国水果采后，对于果品的品质检测及分离等相关的技术和配套设施就比较落后，以至于我国的优质果品无法按照其应当的价格出售，无法带来可观的经济效益。0.2题目介绍果品的品质检测及分级技术的发展和进步，对于提高我国水果质量，跨越国外技术壁垒的限制，改变我国水果在国际高端币场的不利局面，提高相关行业的市场竞争力，有重大而深远的意义。使用传感器检测方式，对水果外部及内部品质进行联合检测，尽管该类方法发展时间短，也没有严格的行业标准，但是它无损，快速，自动化程度高等众多特点使其成为国内外相关学者的一个重要的研究课题，这必将为我国现代化农业的发展带来新的契机。结合检测技术对苹果进行数字化分析处理后，可以对苹果进行分级处理，在本论文中，我们自行设计一种自动控制的分拣机构，完成检测结果的对应分类，并且使用PLC控制此套分拣系统，使其实现自动化控制。对于不同品质的苹果采用不同的加工和存储，发挥每一个苹果的潜在价值。此套设备具体的工作流程如下图1：中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计5图1设备工作流程图0.3论文结构论文在结构上共分为四个章节，各章节的主要内容如下：第一章是绪论，主要介绍了该题目的研究背景、国内外研究状况、题目研究内容、题目研究方法和论文构成等。第二章是农产品传感器检测简介，主要包括国内外的一些常用检测方法，本实验中检测方法原理简介。主要是三种传感器的介绍。第三章是分拣机构的设计，包括机构的设计计算过程，整个机构的结构设计三维图及关键零件的零件图。第四章是PLC编程控制，主要包括PLC编程简介，本实验的具体编程过程、梯形图和硬件连接图。中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计61农产品检测技术1.1国内外农产品检测技术概述近年来，随着人们对食品安全的关注程度不断提高，以及国际贸易中技术壁垒的存在，相关政府部门、生产者以及消费者对于快速、无损、便捷的检测手段的需求与日俱增。在这种背景下，农产品检测技术应运而生并成为当前检测领域的研究重点。农产品检测技术是以不损坏被检测对象为前提，利用被测物内部结构或者外部特征所引起的对光、声、热、电、磁等反应，获取与农产品有关的内容、性质或成分等物理、化学信息，来探测其性质和数量的变化，农产品无损检测是一门新兴的综合性应用学科，它起源于工业检测，根据检测原理不同，无损检测大致可分为电学特性检测法、光声学特性检测法、机器视觉技术检测方法、化学特性检测法、射线与电磁检测技术等五大类，涉及近高光谱成像、超声波、红外光谱、核磁共振、X光成像、生物传感器、射频识别、机器视觉等技术。1.2检测所用传感器本设计中共采用了三种传感器，分别对苹果的伤损情况、色泽以及水分含量进行鉴定，从而根据不同的特性对苹果进行分类存储。1.2.1X射线传感器通过射线传感器我们可以发现苹果表面或者内部是否有伤疤存在，如果有伤疤，将检测结果传到PLC控制系统将其直接剔除掉。X射线检测的一般过程为：首先，设置射线源的相应电压电流参数使射线源发出相应能量的射线，射线穿过待测工件发生衰减，探测器探测到衰减后的射线根据其强度不同转化为相应的电信号进行处理：然后经数据采集系统的模数(A/D)转化为数字形式的投影值，并传送给计算机，由计算机存储起来。然后计算机系统根据采集模式的不同采用相应的图像重建算法重建图像，之后所得图片的具体情况进行相应的图像处理；最后对图像进行分析量化，得出被检测物体的内部缺陷情况。X射线成像原理:当物质穿过均匀物质时,其强度衰减遵循Beer定律：I=𝐼0𝑒−𝜇𝑙公式中:I—穿过均匀物体后,X线出射时的强度，Ev；𝐼0—X线入射时的强度，Ev;中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计7l—穿过均匀物体的路径长度，Mn;—衰减系数Ev/Mm。图2X射线穿透模型1.2.2色彩传感器通过色彩传感器可以将苹果的色泽进行检测，然后将检测结果传到PLC控制系统，根据不同结果进行分类，输送到下一个环节。色彩传感器分为三种不同类型：光到光电流转换，光到模拟电压转换，光到数字转换。使用的是人眼检测色彩的基本原理。颜色传感器一直用装配线来检测特定的组件。颜色传感器的挑战是检测微妙差异相似或高度反光的颜色。电子技术的发展,光学,软件促进颜色传感器发展。这项技术使得更敏感的传感器,可以忽略光泽和区别出微妙的色调。可以调整方便灵活的制造和精确的色彩校正。一个典型的颜色传感器具有高强度白光LED,光在目标项目调制。反射从目标是分析的成分红,绿,蓝(RGB)值和强度。此信息用于验证正确的部分和组装,准确控制制成品的颜色。如果传感器有多个通道,它可以被编程来识别多种颜色一个颜色在每个频道,每个频道信号是一个离散报警输出。这一技术使简单的颜色识别或匹配,比如排序或部分识别功能,通过/失败标准是足够的。中国地质大学（北京）机电系统设计基础课程设计8图3色彩传感器的工作原理图1.2.3电容传感器通过电容传感器可以将苹果的内部的水分程度进行检测，然后将检测结果传到PLC控制系统，根据不同结果进行分类，完成整个流程。电容测量技术近几年来有了很大进展，它不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且，还逐步扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。由于电容式传感器具有一系列突出的优点：如结构简单，体积小，分辨率高，可非接触测量等。这些优点，随着电子技术的迅速发展，特别是集成电路的出现，将得到进一步的体现。而它存在的分布电容、非线性等缺点又将不断地得到克服，因此电容