鸡蛋分级包装生产线自动控制系统的设计与试验

摘要

鸡蛋质量分级是鸡蛋生产加工和销售前处理的重要工序之一。目前，发达国家生产的鸡蛋分级包装生产线效率较高，该类型机器最高生产效率达到180000枚/h，而中国市场上主流的鸡蛋称量分级机生产效率最高为10000～20000枚/h。本文结合我国中小型企业对鸡蛋分级机的实际需求，研究了30000枚/h的鸡蛋电子称量、分级包装生产线的同步跟踪自动控制系统，该系统由称量部分、分级部分、装盘部分和自动送盘部分组成。
　　本课题研究的重点包括鸡蛋重量检测、鸡蛋位置同步跟踪，鸡蛋分级包装控制和模拟仿真部分。主要的研究内容和研究结果如下:
　　(1)在鸡蛋重量检测部分，利用一种32位嵌入式RISC处理器ARM同时采集多个通道传感器的鸡蛋重量信号并进行处理，将处理后的信息通过并行口送到可编程逻辑控制器PLC的寄存器，PLC对鸡蛋重量进行等级判断。在鸡蛋的同步位置跟踪部分，利用限位开关脉冲作为数据传递的触发信号，然后利用编码器产生的高速脉冲实现对鸡蛋运动的位置精确定位，并控制相应继电器和电磁铁，对鸡蛋按重量进行分级;
　　(2)在硬件上搭建了模拟滤波模块、A/D转换摸块、通讯接口电路以及ARM控制器等组成的鸡蛋零速电子称量及PLC控制的分级系统，设计完成该电路的PCB板;在软件上编写了称重信号采集程序、鸡蛋位置同步跟踪程序、鸡蛋分级控制系统程序、上位机界面等;
　　(3)试制了该生产线的核心部分——上料称重装置，进行了称重传感器的标定和称量精度的试验;对生产线的分级装置和同步位置跟踪系统，则采用Irai机电一体化仿真软件，在外部PLC控制器和控制程序中对计算机内VU Pro模块中虚拟的3D生产线机械模型进行控制和虚实结合仿真;
　　对该生产线的多排零速称重精度进行试验，对ARM和PLC的数据通信进行在线测试，同时测试称重中鸡蛋的破损率，检验称重分级生产率以及系统的稳定性和可靠性等;试验结果表明:在生产效率为30000枚/h时，该控制系统测量误差在±1g之间的鸡蛋占85.6％，分级准确率达到98％，该研究结果有助于提高鸡蛋分级的生产效率，可为鸡蛋分级技术国产化提供参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 禽蛋无损检测技术研究现状

1．2．2 禽蛋质量称量方式研究现状

1．2．3 鸡蛋分级包装生产线控制技术研究现状

1．3 研究目的和内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

1．4 本章小结

2 鸡蛋分级包装生产线的结构及工作原理

2．1 鸡蛋分级包装生产线的机械结构

2．2 鸡蛋分级包装生产线的工作原理

2．2．1 零速称量原理

2．2．2 分级执行机构的工作原理

2．2．3 包装中计量装盘、间歇送盘原理

2．3 本章小结

3 鸡蛋分级包装生产线控制系统硬件电路设计

3．1．2 称重传感器

3．1．3 光电传感器

3．1．4 旋转编码器

3．1．5 旋转电磁铁

3．1．6 电机

3．2 控制系统的电路设计

3．2．1 控制系统电路框图

3．2．2 STM32F407性能概况

3．2．3 称量信号采集模块

3．2．4 数据传送模块

3．3 控制系统电路板

3．4 本章小结

4 控制系统软件设计

4．1 控制系统软件方案

4．2 基于ARM的电子称重软件设计

4．2．1 零速电子称重初始化校准

4．2．2 称量信号的标定

4．2．3 称量信号的采集与处理

4．3 数据传送

4．4 基于PLC的过程软件设计

4．4．1 I／O点分配

4．4．2 数据存储分配

4．5 分级与包装程序设计

4．5．1 同步位置信息跟踪

4．5．2 自动包装装盘程序设计

4．6 上位机界面

4．7 本章小结

5 基于IRAI的机电一体化控制仿真

5．1 IRAI软件介绍

5．2 外部实物控制系统与计算机虚拟三维模型的通信

5．3 分步仿真过程

5．3．1 称重部分仿真

5．3．2 分级部分仿真

5．3．3 送托装盘部分仿真

5．4 生产线整机仿真过程

5．5 本章小结

6 关键部件试验

6．1 试验内容

6．2 试验装置

6．3 试验方法

6．3．1 称重传感器的标定

6．2．2 单个鸡蛋质量曲线

6．3．2 称量精度及分级准确性试验

6．3．3 其他性能参数的测试结果

6．4 本章小结

7 结论和展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间获得的研究成果

致谢