基于PLC控制的全自動(dòng)蘋果去皮機(jī)供料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎任康寧

(青島工學(xué)院 266300）

一、選擇蘋果去皮機(jī)的種類

蘋果去皮機(jī)目前主要分為以下幾種：?jiǎn)喂謩?dòng)削皮機(jī)、單果自動(dòng)去皮機(jī)、多果自動(dòng)去皮機(jī)。單果手動(dòng)削皮機(jī)由于其削皮速度極慢，勞動(dòng)強(qiáng)度高，不宜生產(chǎn)使用。多果自動(dòng)去皮機(jī)每臺(tái)機(jī)器需要多人負(fù)責(zé)放果和卸果，生產(chǎn)效率較低，設(shè)計(jì)供料機(jī)構(gòu)困難較大，不易實(shí)現(xiàn)。單果自動(dòng)去皮機(jī)由人工將蘋果插于蘋果插針，圓盤有限制角度轉(zhuǎn)動(dòng)，去皮工位接到蘋果，對(duì)蘋果去皮，圓盤再按照限定角度轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)蘋果切片工作，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)蘋果進(jìn)行去核工位，蘋果的核被去掉，完成一個(gè)工作周期。為了高效又穩(wěn)定地完成去皮一系列工作，這個(gè)系統(tǒng)選擇單果自動(dòng)去皮機(jī)，進(jìn)行手工插果工位的供料機(jī)構(gòu)代替工作。

二、供料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單果自動(dòng)去皮機(jī)一般采用圓盤式供果方式，人手工將蘋果插在蘋果插針上，間歇轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，把蘋果送到去皮工位上。供料系統(tǒng)的任務(wù)是不用人力，全自動(dòng)上果，任務(wù)主要目標(biāo)：以中心軸豎直方向放置幾乎所有的蘋果，使用插果機(jī)構(gòu)完成蘋果插在插針上，并沿著軸線方向，這樣方便以后去核工序的正常及按秩序進(jìn)行；如果有不垂直水平方向的蘋果，將重新回到料倉(cāng)；下次循環(huán)蘋果將自動(dòng)插在軸線方向的插針上。

去皮機(jī)的對(duì)心汽缸有三個(gè)緩沖裝置，均勻分布在平臺(tái)周邊。傳送帶把蘋果運(yùn)送到蘋果托板上，同時(shí)汽缸推桿快速地伸出后又縮回去，蘋果的軸線與插針對(duì)齊，插針位于托板正下方。蘋果壓板在下壓氣缸的推桿的壓力下，移動(dòng)方向向下。但在彈簧的作用之下，與蘋果接觸以前，托板并不動(dòng)，接觸后，整體都向下移動(dòng)，包含蘋果、托板、壓板、汽缸推桿。這時(shí)候，蘋果插針上帶著蘋果，圓盤整體克服摩擦力轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦力來(lái)自蘋果、托板與壓板。蘋果在被運(yùn)送出托板后，推桿與托板向上運(yùn)動(dòng)，回到原始位置，這時(shí)候平臺(tái)和托板上表面保持平齊。

插針運(yùn)動(dòng)方向上有一個(gè)弧形缺口，與蘋果壓板和托板上的預(yù)留缺口一致，當(dāng)壓板向下運(yùn)動(dòng)，圓盤帶著指針向下轉(zhuǎn)動(dòng)順利。三個(gè)緩沖裝置可以保證在整個(gè)過(guò)程中蘋果沒(méi)有機(jī)械損傷，保持完整。

蘋果被送上傳送帶時(shí)，料倉(cāng)和震動(dòng)裝置鏈接，并且振動(dòng)的頻率設(shè)定和保持方向，設(shè)置的擋板距離只能夠通過(guò)一個(gè)蘋果，并且在輸送帶上保持慢速，單列通過(guò)，距離也保持規(guī)定值，到達(dá)固定架中央。這時(shí)，擋板氣缸的推桿正保持伸出，信號(hào)來(lái)自光電傳感器，傳送回PLC，經(jīng)過(guò)程序后得到命令反饋，傳送帶停下不再工作，視頻工作裝置開始工作，拍下相應(yīng)的視頻圖像，經(jīng)電腦對(duì)應(yīng)的信息處理系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)對(duì)象進(jìn)行判斷，反饋進(jìn)行相關(guān)操作。如果蘋果梗與水平面垂直角度合格，擋板的氣缸推桿將收回，傳送帶繼續(xù)工作，通過(guò)該位置。如果角度不合格，那么推桿將把蘋果送回料倉(cāng)，再一次進(jìn)行選擇工作。傳送帶依然恢復(fù)正常工作。

三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

供料系統(tǒng)中使用光傳感器去判斷在固定架與支架總是否有蘋果。當(dāng)有蘋果經(jīng)過(guò)供料系統(tǒng)時(shí)候，光傳感器的開關(guān)量發(fā)生對(duì)應(yīng)變化。固定架處通過(guò)攝影裝置拍攝的蘋果圖片判斷有無(wú)蘋果，此時(shí)傳送帶是停止工作的。支架處工作情況為：快速伸出并縮回對(duì)心氣缸的推桿，并且下壓氣缸的推桿隨之下壓。下壓氣缸和對(duì)心氣缸都是雙作用氣缸，活塞中都裝有永久磁鐵。電子舌簧式或磁電式磁性開關(guān)都裝在缸筒上，作用是檢測(cè)活塞所在位置。這種裝置結(jié)構(gòu)緊密，檢測(cè)易用。

四、上位機(jī)與下位機(jī)的通訊

電腦和PLC之間的通訊完成了兩者的功能互補(bǔ)，彌補(bǔ)了各自的不足。PLC在控制上方便、可靠的優(yōu)勢(shì)和電腦在顯示圖片、處理數(shù)據(jù)、中文標(biāo)示等方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了互補(bǔ)。PLC采用FX系列，借助FX-232ADP的通訊適配裝置，利用電纜進(jìn)行信息交換，連接電腦和RS232模塊。在電腦上編好對(duì)應(yīng)程序后，再進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)傳送。這樣就實(shí)現(xiàn)了執(zhí)行過(guò)程的實(shí)時(shí)控制，電腦與PLC同步執(zhí)行過(guò)程。

五、總結(jié)與分析

經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證分析，能實(shí)現(xiàn)每分鐘50個(gè)蘋果的去皮工作效率，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性都符合設(shè)計(jì)要求，蘋果能夠有準(zhǔn)備的進(jìn)入插針，供料機(jī)構(gòu)，方正率均達(dá)到了相應(yīng)預(yù)期效果。為了進(jìn)一步優(yōu)化方正率、工作效率及穩(wěn)定性，下一步將采取虛擬仿真等方法進(jìn)行處理優(yōu)化。