導(dǎo)語(yǔ)：火龍果裝箱系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在裝箱領(lǐng)域有著很快的發(fā)展，自動(dòng)裝箱利用PLC控制各個(gè)機(jī)械部位的運(yùn)行，以達(dá)到自動(dòng)裝箱的目的。自動(dòng)裝箱比人工裝箱具有更高效、更省時(shí)的特點(diǎn)。火龍果自動(dòng)裝箱機(jī)仿真設(shè)計(jì)主要采用組態(tài)模擬仿真火龍果在視覺(jué)分級(jí)后進(jìn)行的裝箱過(guò)程。本設(shè)計(jì)過(guò)程可分為仿真建模的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)參數(shù)的設(shè)定以及程序的編寫(xiě)，調(diào)試完成后，仿真實(shí)現(xiàn)火龍果的裝箱過(guò)程，完成裝箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：組態(tài)；模擬仿真；火龍果；裝箱

水果對(duì)我國(guó)而言是一個(gè)不可缺少的農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)象，在全世界的水果行業(yè)之中，有25%的水果都來(lái)自中國(guó)，所以我國(guó)有著“世界水果王國(guó)”的稱號(hào)[1]?；瘕埞趶V西有大量的種植面積，一年四季基本都可以有果銷售，但火龍果裝箱自動(dòng)控制技術(shù)還未成熟，一般只能靠人力來(lái)完成分揀、計(jì)數(shù)、裝箱、搬運(yùn)等煩瑣的工作[2]。目前，在我國(guó)對(duì)水果分級(jí)的手段大多還是依靠人工完成，人工分級(jí)不僅需要大量的勞動(dòng)力，而且水果分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)也難以控制在一個(gè)穩(wěn)定的精度，這就導(dǎo)致水果分選的效率低、成本高、不精確，沒(méi)有達(dá)到出口的標(biāo)準(zhǔn)，未能在國(guó)際水果市場(chǎng)上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)只能以低價(jià)在國(guó)內(nèi)銷售，降低了水果的價(jià)值，拉低了水果對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用[3]。隨著人們生活水平的不斷提高，依靠人工的火龍果裝箱已經(jīng)滿足不了市場(chǎng)的供應(yīng)需求。所以，在提升火龍果的裝箱效率和質(zhì)量方面，先進(jìn)行火龍果裝箱系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)裝箱的自動(dòng)化，以進(jìn)一步提高工作效率[4]。

1應(yīng)用軟件概述

組態(tài)軟件是一款能夠方便使用者快速建立仿真的軟件。組態(tài)軟件以標(biāo)準(zhǔn)的工控計(jì)算機(jī)、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、運(yùn)用簡(jiǎn)便、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)性好、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次。其中監(jiān)控層是中間層，對(duì)下鏈接控制層，對(duì)上鏈接管理層，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)畫(huà)面的監(jiān)視和監(jiān)控，且能在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起到傳遞作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)[5]。通過(guò)在組態(tài)軟件中的畫(huà)面調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)所要的功能，設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，試驗(yàn)者提供可看的監(jiān)視畫(huà)面，充分利用圖形編輯功能，方便構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)形式顯示設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。使用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，試驗(yàn)全部是通過(guò)軟件完成的，只需利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的圖庫(kù)進(jìn)行實(shí)物模擬，能大大降低開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)[6]。組態(tài)軟件能夠支持非常多的通信協(xié)議，并且提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能[7]。對(duì)應(yīng)于原有的HMI的概念，組態(tài)軟件是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具和開(kāi)發(fā)環(huán)境。利用仿真畫(huà)出電動(dòng)機(jī)、各類傳感器、傳送帶等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)一套完整的火龍果裝箱操作系統(tǒng)[8]。用項(xiàng)目管理器構(gòu)建火龍果裝箱項(xiàng)目、導(dǎo)入和導(dǎo)出變量、定義項(xiàng)目屬性等，同時(shí)用項(xiàng)目瀏覽器瀏覽相應(yīng)的火龍果裝箱邏輯框圖程序與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)指標(biāo)等；實(shí)現(xiàn)通過(guò)屏幕觀測(cè)仿真的模擬運(yùn)行過(guò)程與實(shí)時(shí)狀態(tài)映像[9]。

2裝箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)仿真流程

使用組態(tài)軟件仿真火龍果裝箱系統(tǒng)過(guò)程，不會(huì)受到場(chǎng)地的限制，通過(guò)電腦利用組態(tài)進(jìn)行模擬仿真，系統(tǒng)具有開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展的功能。組態(tài)還提供了一個(gè)可視化的監(jiān)控畫(huà)面，有利于在試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控與修改各項(xiàng)數(shù)據(jù)。它還能與電腦的圖像處理功能配合，方便構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)的方式顯示仿真畫(huà)面的狀態(tài)[10]。當(dāng)火龍果分級(jí)后，在傳送帶上運(yùn)行，推桿將火龍果從主傳送帶推出并推到要裝的箱子中進(jìn)行裝箱，再由箱子上方的計(jì)數(shù)傳感器記錄火龍果的數(shù)目，當(dāng)數(shù)目達(dá)到3個(gè)或者設(shè)定的數(shù)據(jù)時(shí)，裝箱完成，自動(dòng)啟動(dòng)箱子下方的傳送帶，將箱子送走。系統(tǒng)仿真流程如圖1所示。

2.2系統(tǒng)仿真模型

模型簡(jiǎn)化后大致分為四個(gè)部分：傳送帶部分、推桿部分、包裝部分、物料臺(tái)部分。1）主傳送帶。由于整個(gè)仿真圍繞主傳送帶進(jìn)行設(shè)計(jì)，定好主傳送帶就可以設(shè)計(jì)其他部件的位置。主傳送帶需要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)畫(huà)面，所以要對(duì)主傳送帶設(shè)置水平移動(dòng)的距離和對(duì)應(yīng)值。2）氣缸。氣缸作為推桿的一部分，與推桿相重合，不可移動(dòng)，用顏色來(lái)表示氣體出來(lái)的方向，紅色為進(jìn)氣口。3）推桿。推桿與氣缸相接，在氣缸的作用下，實(shí)現(xiàn)推出和縮回，用于推主傳送帶上的物料，實(shí)現(xiàn)對(duì)水果的分級(jí)。要求在垂直運(yùn)動(dòng)寫(xiě)出移動(dòng)距離。4）次傳送帶。次傳送帶與相應(yīng)的推桿口對(duì)應(yīng)，是用于送去包裝的過(guò)渡道，因距離短，選擇固定通道，不需要進(jìn)行方位設(shè)計(jì)。5）包裝機(jī)。包裝機(jī)與次傳送帶相接，作為包裝的總執(zhí)行部位，需要進(jìn)行一個(gè)包裝的動(dòng)作，水果送到包裝機(jī)執(zhí)行區(qū)域時(shí)，包裝機(jī)閉合包裝，閘門關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)自如的功能。6）推桿傳感器。將傳感器放在推桿前方，推桿推到位傳感器為綠色，反之為紅色。7）包裝指示燈。當(dāng)水果傳遞到包裝機(jī)包裝位置之后，指示燈變綠，包裝機(jī)包裝水果。8）包裝計(jì)數(shù)。在包裝機(jī)下面設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)，用來(lái)計(jì)算已包裝的個(gè)數(shù)，采用文本框，選擇模擬值輸出，格式采用整數(shù)兩位，顯示格式為十進(jìn)制，居左。9）主傳送帶指示燈。其位于主傳送帶的末尾，當(dāng)主傳送帶啟動(dòng)時(shí)，指示燈為綠色，不工作時(shí)為紅色。10）次等區(qū)。在仿真中，次等區(qū)的水果采用流放的方法，在經(jīng)過(guò)主傳送帶時(shí)不進(jìn)行分級(jí)，選擇留置到主傳送帶后的框，并給予計(jì)數(shù)設(shè)置。11）一條等級(jí)的水果分級(jí)包裝模塊做好后，在主傳送帶依次再做出兩條相同的分級(jí)包裝模塊。制作時(shí)，由于一個(gè)變量只能對(duì)應(yīng)一個(gè)圖形，在選擇變量時(shí)圖形不能選錯(cuò)。12）上料區(qū)。上料區(qū)連接的是主傳送帶前端，此仿真只顯示四種不同大小的水果，需要在上料區(qū)畫(huà)制四種不同圓形并在上料區(qū)中重疊。當(dāng)檢測(cè)到某種規(guī)格的水果之后，所對(duì)應(yīng)的圖形就會(huì)進(jìn)行上料并到達(dá)主傳送帶。水果圖形重疊，水果圖形需要設(shè)置在進(jìn)行模擬中隱含。13）控制臺(tái)?？刂婆_(tái)控制整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，需要輸入命令。14）物料顯示。該裝置不需要?jiǎng)幼?，用指示燈?lái)顯示檢測(cè)結(jié)果和需要分級(jí)的物料。15）把部分器件用文本框輸入名字，完成最終模型，如圖2所示。系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒開(kāi)始運(yùn)行后，仿真模型上的各個(gè)部件開(kāi)始工作?；瘕埞?jīng)過(guò)分級(jí)系統(tǒng)分級(jí)后分別進(jìn)入大、中、小三個(gè)通道，自動(dòng)啟動(dòng)傳送帶將火龍果送到箱子。當(dāng)箱子上方的火龍果計(jì)數(shù)傳感器計(jì)數(shù)達(dá)到3個(gè)時(shí)，裝箱完成，送走箱子。

2.3仿真運(yùn)行調(diào)試

將程序?qū)懭胂到y(tǒng)，驗(yàn)證仿真動(dòng)畫(huà)的準(zhǔn)確性和在動(dòng)畫(huà)過(guò)程中的協(xié)調(diào)性。在組態(tài)的仿真工作畫(huà)面建立中，模擬計(jì)數(shù)、裝填、放入箱子、送走箱子的完整裝箱過(guò)程，完成整個(gè)自動(dòng)裝填火龍果的控制系統(tǒng)仿真調(diào)試。如果在調(diào)試運(yùn)行中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則需針對(duì)存在的問(wèn)題想辦法解決[11]。例如，在主傳送帶運(yùn)輸物料時(shí)相對(duì)應(yīng)的推桿要在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)推出，如果時(shí)間不匹配就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)亂，所以要經(jīng)過(guò)調(diào)試，才能運(yùn)行準(zhǔn)確、順暢[12]。調(diào)試過(guò)程中明確各部件的作用，推桿作用在物料出來(lái)時(shí)，將其推進(jìn)傳送帶；指示板用來(lái)操控仿真的啟動(dòng)和停止；上料區(qū)用作出料口；主傳送帶和次傳送帶主要用來(lái)運(yùn)輸物料；包裝處理后送到相應(yīng)的點(diǎn)并進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算[13-15]。1）上料。進(jìn)入運(yùn)行界面，點(diǎn)擊啟動(dòng)后，啟動(dòng)指示燈、主傳送帶亮起，上料區(qū)檢測(cè)水果等級(jí)，相應(yīng)的水果指示燈亮起，如圖3所示。2）分揀。當(dāng)上料區(qū)出現(xiàn)水果后，停止運(yùn)行。水果在上料區(qū)出現(xiàn)后，由主傳送帶帶動(dòng)水果運(yùn)行。當(dāng)水果到達(dá)相應(yīng)的入口時(shí)，相應(yīng)推桿氣缸、指示燈亮起，推桿推出水果完成分揀，如圖4所示。3）包裝。被推進(jìn)傳送帶的水果經(jīng)過(guò)5s的運(yùn)行到達(dá)包裝機(jī)的包裝口，包裝指示燈亮起，開(kāi)始計(jì)數(shù)，并進(jìn)行包裝，如圖5所示。4）包裝完成之后，此時(shí)上料區(qū)再次進(jìn)料，重復(fù)水果分級(jí)動(dòng)作。上料區(qū)出現(xiàn)不合格果時(shí)，不合格果會(huì)由主傳送帶運(yùn)送到末尾，進(jìn)行流放。

3結(jié)論

在組態(tài)軟件的仿真工作畫(huà)面建立中，選擇合適的仿真元器件，建立火龍果的輸送傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、裝填、放入箱子、送走箱子的功能，完成整個(gè)自動(dòng)裝填火龍果的控制系統(tǒng)。筆者分別運(yùn)行調(diào)試了PLC控制程序和仿真畫(huà)面，最后通過(guò)組態(tài)與PLC軟件聯(lián)機(jī)調(diào)試，驗(yàn)證組態(tài)仿真系統(tǒng)的有效性[16]。在火龍果出料時(shí)只能人為控制出什么大小的火龍果，做不到隨機(jī)出現(xiàn)什么大小的火龍果。運(yùn)行組態(tài)的仿真畫(huà)面，經(jīng)過(guò)不斷反復(fù)調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)火龍果裝箱系統(tǒng)的全部功能。并且火龍果裝箱機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠非常直觀、準(zhǔn)確地反映自動(dòng)化的裝箱動(dòng)作，能按照用戶需求實(shí)現(xiàn)一些基本功能。

作者：辛華健 黃珠峰 單位：廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院