毕业设计（论文）玉米自动分拣装置设计Design of Control System错误学生姓名所在院系所学专业所在班级指导教师教师职称完毕时间长 春 工 程 学 院摘 要为了处理速冻玉米手工分拣效率低及卫生条件难以保障问题，本设计采用GE RX3i可编程自动控制器(PAC)作为控制器，运用DeviceNet总线技术与机器视觉识别技术，设计玉米自动分拣装置。根据实际速冻玉米加工分拣需要，完毕根据玉米长度和直径实现玉米种类分拣，到达每分钟不小于30穗，对率到达百分之百。采用梯形图编写PLC控制程序，实现玉米分拣装置自动控制，应用IFIX组态软件实现了对本装置监控系统设计。排版200-300关键词玉米自动分拣装置、PAC、DeviceNet、机器视觉识别技术、IFIX组态技术1 引言吉林省是国家粮食主产大省，也是全国商品粮最大省份，玉米作为吉林重要粮食作物品种和支柱粮食作物品种，已成为构筑吉林玉米经济建设农业产业化关键，具有一定农产品原料资源优势。并且尤其值得关注是，目前速冻玉米已经享誉国内外，将速冻玉米生产工业化、自动化趋势已势不可挡人工费用增高 。1.1 立体停车场设计背景？伴随人们生活品质提高，速冻玉米作为绿色纤维类食品愈加受到消费者爱慕，不过玉米加工仍然采用老式手工加工，尤其是对玉米不一样质量分拣工作，不仅效率低，并且卫生条件不合格，质量难以保证。针对目前状况，研发针对速冻玉米自动质量分拣设备。将视觉识别技术应用于玉米棒分拣，实现玉米棒分拣工作自动化，应用于速冻玉米自动化生产线，实现速冻玉米生产全程无人工参与无菌化。项目应用可以提高速冻玉米生产效率和产品质量，节省人工，具有一定经济效益和社会效益。该项目中关键技术还可以移植到其他需要质量分拣产品上。1.2 国内外玉米自动分拣装置发展现实状况有关技术国内外公开文献中直接有关玉米分拣论文较少，但有关成熟技术我们可以借鉴到本项目中。美国罗切斯特大学计算机科学学院Se linger、A.N1eSno等人开发了基于产品外形特性多视角分类识别系统。该系统使用多种相对位置固定相机获取目图像，得到丰富多角度特性，有效地防止了因单视角系统获取产品特性不充足而导致识别精度下降问题。沙特阿拉伯King Fahd大学计算机学院Al-Mouhmed等人研制出一套robust gross-to-fine模式识别系统，该系统是一套具有尺度不变性平面外形视觉识别引擎。它首先对目图像提取边缘链码特性，然后进行高效由粗到细识别计算，最终通过比较目外形轮廓片断，进行匹配识别。这使得该系统识别算法更具鲁棒性。 90年代，美国俄克拉何马州立大学使用新模糊神经网络模型开发了用于模糊目识别视觉系统。该系统采用了一种被称作FUZMAP模糊神经网络模型，处理那些来自机器视觉系统、带有不确定原因训练样本数据。这些数据首先通过一定变换被传送给模糊集，然后作为输入向量进入FUZMAP。对于模糊目在所获取图像中具有随机位置和随机角度状况，该系统可以到达很好识别精度。对于相似分类识别问题，这种FUZMAP模型比老式ART模型具有更高精确性和优越性。近年来，国内有关研究人员在机器视觉分类识别领域也获得了很好成绩，在不一样程度上推进了我国该领域研究发展。其中，比较经典应用实例有：哈尔滨理工大学研制开发基于BP神经网络视觉检查系统、西安科技大学研制开发煤岩石在线识别与自动分选系统、云南大理卷烟厂研制开发卷烟机接装纸在线识别系统、天津科技大学研制开发机器视觉玻壳分类计数与数据管理系统等。但总来说，国内对于该领域研究尚未形成规模，大多都还没有转化为成熟科技产品，哈尔滨理工大学研究人员提出运用改善BP神经网络模型处理视觉检查系统在线识别问题，该措施合用于工业零件或商品分类识别。它通过传感器采集目图像，提取图像中基于目形状某些特性(如直方图特性、面积、周长、分散度、伸长度等)，并将这些特性以向量方式输入己经训练好神经网络，最终实现目分类识别。他们提出改善型人工神经网络模型与老式BP神经网络模型相比，有效地减少了陷入局部极小点也许性，提高了网络收敛与识别速度。，西安科技大学研制出了用于煤岩石在线识别与自动分选机器视觉系统。该系统在对煤岩石特性进行深入分析基础上，运用图像处理措施和模式识别理论对煤岩石进行在线识别与分选，有效地防止了老式分选措施生产效率低、劳动强度大、轻易导致环境污染等缺陷。，云南大理卷烟厂针对卷烟机上出现接装纸换错牌号问题，研制开发了卷烟机接装纸在线识别系统。该系统采用在线视觉成像技术对接装纸进行在线图像检测，并采用1台PLC控制视觉传感器以及实现与卷烟机控制系统信息通讯。该系统应用有效地防止了卷烟机接装纸错牌现象，保证了卷烟产品质量。1.3 玉米自动分拣装置设计内容玉米自动分拣装置任务是满足现代化生产需要，对速冻玉米老式手工分拣加工方式进行现代化改革，彻底变化生产效率低、卫生质量差、质量难以保证等弊端。本设计重要是用 PAC作为下位机与CCD摄像头设备相连接，对伺服电动机通过Device总线进行控制，同步用组态软件在计算机上建立人机界面，作为上位机，对玉米自动分拣装置现场设备状况进行监控，实时监测现场设备运行状况，在非正常运行时及时发出报警信息。玉米自动分拣装置采用控制柜集中操作, 用PAC程控方式完毕系统次序控制和条件联锁,既向操作人员提供所有操作控制, 又可在系统运行时进行监视报警和自动跳机保护, 集连锁控制和安全保护于一体。估计实现目：（1）通过系统联调，分拣对率到达100%；（2）玉米分拣速度每分钟不小于30穗；（3）传送带速度：0100m/min；（4）将玉米按其长度、直径分为4类；（5）能实现自动循环和手工操作功能；（6）故障报警显示。2 玉米分拣装置总体方案设计2.1 玉米自动分拣装置系统阐明玉米分拣是速冻玉米生产重要构成部分，分类过程可以过滤不合格玉米，对分类也为后续包装过程提供便利，并且卫生健康分拣过程也会为消费者健康饮食提供保障。在本系统设计中，重要以功能模块化构造形式来实现系统总体功能。根据不一样功能，系统重要划分为4大功能模块：机械部分（传送带、摄像头、传感器、推杆装置、电机和减速机）、图像识别部分、运动控制部分、IFIX监控部分。系统总体方案框图如图2-1，详细动作环节如图2-2。图2-1总体方案框图图2-2 玉米分拣装置动作环节本系统通过电机带动传送带使玉米运动，通过第二个光电传感器时检测玉米抵达摄像头前，向摄像头发出拍照指令，摄像头对玉米进行拍照，然后通过图形处理辨别玉米长度，传递分类信号给PAC，由PAC发出一种控制命令给伺服电机，当玉米运动到对应推杆时，推杆前光电传感器发出信号给PAC，PAC发出第二个控制命令控制伺服电动机带动推杆将玉米推出。2.2 系统格式机构设计玉米自动分拣装置机构部分重要由传送带、摄像头支架和推杆部分构成。如图2-3为玉米自动分拣装置整体设计三维模型图。图2-3玉米分拣装置整体设计三维模型图系统传送部分采用是采用是带式输送机。带式输送机是持续运送机一种，持续运送机是固定式或运移式起重运送机中重要类型之一，其运送特点是形成装载点到装载点之间持续物料流，靠持续物料流整体运动来完毕物流从装载点到卸载点输送。在工业、农业、交通等各企业中，持续运送机是生产过程中构成有节奏流水作业运送线不可缺乏构成部分，也是本设计中不可缺乏重要构成部分。推杆部分用是连杆机构，平面连杆机构具有如下传动特点：a. 连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为面接触，在承受同样载荷条件下压强较低，因而可用来传递较大动力。又由于低副元素几何形状比较简朴（如平面，圆柱面），故轻易加工。 b. 构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕定轴转动曲柄、绕定轴往复摆动摇杆，又有作平面一般运动连杆，作往复直线移动滑块等，运用连杆机构可以获得多种形式运动，这在工程实际中具有重要价值。c. 在积极件运动规律不变状况下，只要变化连杆机构各构件相对尺寸，就可以使从动件实现不一样运动规律和运动规定。d. 连杆曲线具有多样性。连杆机构中连杆，可以看作是在所有方向上无限扩展一种平面，该平面称为连杆平面。在机构运动过程中，固接在连杆平面上各点，将描绘出多种不一样形状曲线，这些曲线称为连杆曲线。e. 在连杆机构运动过程中，某些构件（如连杆）质心在作变速运动，由此产生惯性力不好平衡，因而会增长机构动载荷，使机构产生强迫振动。因此连杆机构一般不适于用在高速场所。f. 连杆机构中运动传递要通过中间构件，而各构件尺寸不也许做得绝对精确，再加上运动副间间隙，故运动传递累积误差比较大。如图2-4为推杆部分实物图。图2-4 推杆部分实物图3 玉米自动分拣装置硬件设计3.1 上位机选择通过上位机实现功能和工作环境决定选择品牌机即可，不用选择工控机。其功能是上位机通过IFIX组态软件可以显示玉米分拣信息，详细菜单包括系统登陆、控制画面、查询记录、记录报表、退出系统等。但本系统中上位机作为系统主站，规定有比较高可靠性和持续运行时间。因此，选用品牌机作为上位机，质量过关、接口齐全，内存大，价格也适中。3.2 下位机PAC选择PAC瞩目之处在于模块化设计和架构，同样使用开放式架构提供扩展性和设备及商用系统互联性。尤其是，PAC冠以高效处理及I/O扫描特点，并以多种方式使其可以融入企业商用系统。PAC一种优势在于编程时集成硬件和软件：集成开发环境（IDE）用于对PAC编程包括所有开发工具均能识别通用标识名数据库。PAC使用一种软件包而不是来自不一样厂商多种软件包来处理既有及未来也许自动化需求。 PAC另一种优势是控制系统升级非常简朴。模块化处理器硬件轻松替代，无需拔下传感器和鼓励接线。由于其小巧尺寸，一种PAC能为机柜节省宝贵空间。 PAC拥有现代化网络和通信能力，还能实时获取信息。这反过来使得数据搜集更精确和及时，因此更有商业使用价值。 至于价格上，PAC可以提供多种经济方面优势： （1）.由于硬件费用较低，开发和集成所花时间更少，因此控制系统总成本减少。购置PAC价格往往比在PLC上增长类似功能更为经济。 （2）. 由于自动化系统应用范围（也称为其专业知识）延伸，PAC在资产收益率，减少生命周期成本，减少总拥有成本（ TCO ）等方面均有提高。 （3）. 现金流动得到改善：添加I / O作为单独模块意味着在初始开发阶段只需要至少数量模块，剩余模块到项目结束前再添加。PACSystems RX3i 控制器是可编程自动化控制器(PACs)中PACSystems 家族一员。和PACSystems家族其他组员同样， RX3i 具有单一控制引擎和通用编程环境 使其能灵活应用于多种硬件平台上.。PACSystems RX3i 性能高速处理器和更快吞吐量专利技术。一种通用背板可以在一种模块插槽上支持两种不一样背板总线。高速，基于PCI总线,用于具有更快吞吐量新型I/O。串行背板总线，用于RX3i串行模块并且轻易移植90-30 系列I/O。采用Celeron (Pentium III) 300 MHz CPU，先进编程和性能，并且具有10Megabytes内存。控制器内存可以存储梯形逻辑文档和机器文档以减少停机时间并提高故障处理水平。支持开放通讯。支持丰富开关量模块，模拟量模块和特殊模块。支持模块热插拔，包括PCI 背板总线