姬江濤++賈世通++杜新武++賀智濤++金鑫++劉劍君

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.123

摘要：為有效避免散煙收購過程中定級(jí)分揀的人為因素，提高煙葉分揀的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)一套基于PLC控制的散煙在線分揀系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用輸送帶機(jī)構(gòu)承載并輸送煙葉，真空裝置通過氣嘴有效吸附煙葉，機(jī)械手機(jī)構(gòu)結(jié)合位置檢測傳感器分揀煙葉。以可編程邏輯控制器作為系統(tǒng)的控制核心，研究其控制策略，提出一種多級(jí)程序控制方案，并運(yùn)用仿真軟件對(duì)控制程序進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行。對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)執(zhí)行部件分別進(jìn)行功能試驗(yàn)，結(jié)果表明：檢測識(shí)別機(jī)構(gòu)響應(yīng)靈敏，能準(zhǔn)確控制電機(jī)的啟停；真空裝置滿足要求，氣嘴對(duì)煙葉的吸附效果良好；機(jī)械手帶動(dòng)氣嘴和煙葉運(yùn)行狀態(tài)良好，分揀系統(tǒng)可滿足分揀要求。本研究為散煙檢測分級(jí)分揀的自動(dòng)化、數(shù)字化領(lǐng)域提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：散煙；分揀；PLC；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S226.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0424-04

收稿日期：2015-08-07

基金項(xiàng)目：河南省科技廳產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（編號(hào)：142107000053）；河南省煙草公司科技計(jì)劃（編號(hào)：201212）。

作者簡介：姬江濤（1965—），男，河南偃師人，博士，教授，主要從事智能化農(nóng)業(yè)裝備研究。

通信作者：杜新武，博士，副教授。E-mail：du_xinwu@sina.com。煙草是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，在農(nóng)作物中占有重要的經(jīng)濟(jì)地位，不僅是我國重要的出口農(nóng)產(chǎn)品，而且是我國大部分地區(qū)提高農(nóng)民收入的重要手段[1]。散煙定級(jí)分揀是煙草行業(yè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，GB 2635—1992《烤煙》規(guī)定了42級(jí)烤煙綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，按照國標(biāo)對(duì)烤煙煙葉進(jìn)行準(zhǔn)確的定級(jí)分揀是提高煙草制品品質(zhì)的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是確保廣大煙農(nóng)和工業(yè)生產(chǎn)者之間經(jīng)濟(jì)利益合理分配的重要依據(jù)。

目前，國內(nèi)外煙草行業(yè)均根據(jù)煙葉標(biāo)準(zhǔn)樣本對(duì)煙葉質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)與分揀，再依靠人體感官來判斷。依靠評(píng)定人員的感官進(jìn)行定性評(píng)定，極易受到客觀環(huán)境條件、評(píng)定人員情緒、評(píng)定人員經(jīng)驗(yàn)的影響，從而出現(xiàn)評(píng)級(jí)定價(jià)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象[2]。每年煙葉收購前，全國各煙區(qū)主管部門均要舉辦培訓(xùn)班，并將大量樣本發(fā)往各收購站，必然造成人力、物力、財(cái)力的巨大消耗[3-4]。傳統(tǒng)的煙葉定級(jí)分揀方式不僅給國家、煙農(nóng)、煙葉加工部門造成經(jīng)濟(jì)損失，也使后期加工變得繁瑣[5]。

研究現(xiàn)代化的煙葉質(zhì)量檢測技術(shù)，運(yùn)用多種控制理論，開發(fā)自動(dòng)程度較高的煙葉分揀裝備，對(duì)于裁決煙葉質(zhì)量糾紛、指導(dǎo)散煙收購定級(jí)分揀工作、保護(hù)煙農(nóng)與國家利益均具有非常重要的意義。本研究是“散煙收購自動(dòng)化分級(jí)技術(shù)研究及系統(tǒng)開發(fā)”項(xiàng)目的一部分，將定級(jí)后的煙葉自動(dòng)分揀至相應(yīng)煙箱，以區(qū)分不同級(jí)別煙葉的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)煙葉按質(zhì)定價(jià)，在保護(hù)煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)為后續(xù)煙葉加工提供便利。

1在線分揀系統(tǒng)組成及工作原理

在線分揀系統(tǒng)主要由輸送機(jī)構(gòu)、分揀機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)、煙箱組成?？傮w結(jié)構(gòu)見圖1。

1.1輸送機(jī)構(gòu)

輸送機(jī)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)載體，散煙放置在輸送帶上依次被分級(jí)、輸送、分揀至各級(jí)煙箱，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理，選取人體適宜的操作高度，確定整個(gè)輸送機(jī)構(gòu)高度為0.65 m。煙葉在輸送機(jī)構(gòu)上縱向放置，因此輸送機(jī)構(gòu)寬度、輸送帶寬度根據(jù)散煙的最大展開寬度確定。測量煙葉樣本由河南省宜陽縣煙草公司提供，煙葉品種為北方地區(qū)大面積種植的NC89型煙葉，具有代表性，測量平均寬度為0.168 m，最大寬度為0.23 m?？紤]余量輸送帶寬度選用0.4 m，輸送機(jī)構(gòu)寬度為 0.5 m，輸送帶材質(zhì)選用煙草茶葉業(yè)常用的食品級(jí)PE輸送帶。

整個(gè)輸送機(jī)構(gòu)由調(diào)頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度可調(diào)，設(shè)計(jì)的正常工作速度為0.05 m/s。整個(gè)輸送機(jī)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，總體長度可根據(jù)分揀煙葉的級(jí)別和分揀機(jī)構(gòu)的數(shù)量調(diào)整。

1.2分揀機(jī)構(gòu)

分揀機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、擺臂機(jī)構(gòu)、氣嘴、真空泵等部分組成，整體結(jié)構(gòu)見圖2。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用減速電機(jī)，工作時(shí)減速電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)順時(shí)針（逆時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分揀動(dòng)作。氣嘴安裝在擺臂末端，氣嘴吸氣口通過氣管與真空泵相連，工作時(shí)真空泵保持一定的真空度，當(dāng)氣嘴接近煙葉時(shí)氣閥開啟，氣嘴吸起煙葉，此后擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到煙箱位置時(shí)氣閥關(guān)閉，氣嘴吸力消失，煙葉落入相應(yīng)煙箱中。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用RF27DR63M4系列減速電機(jī)（SEW傳動(dòng)設(shè)備公司產(chǎn)品），電機(jī)額定功率PN=0.18 kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1 400 r/min，減速比i1=69.47。外部減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用一級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，設(shè)計(jì)傳動(dòng)比i2=3。分揀機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比為：

i=i1i2=69.47×3=208.41；（1）

分揀機(jī)構(gòu)最終轉(zhuǎn)速為：

n=nNi=1 400208.41=6.72 r/min。（2）

擺臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)長度為0.6 m，材質(zhì)選用304不銹鋼管，在滿足使用強(qiáng)度要求的前提下，盡量降低機(jī)械擺臂機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，不僅使整個(gè)機(jī)構(gòu)更加緊湊和輕巧，還可降低驅(qū)動(dòng)功率。擺臂機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型為懸臂梁機(jī)構(gòu)，擺臂一端的撓度會(huì)影響擺臂運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，因此需要對(duì)擺臂機(jī)構(gòu)撓度進(jìn)行校核。初選幾種不同尺寸的不銹鋼方管或矩形管，建立力學(xué)模型對(duì)其撓度進(jìn)行校核。最終選取規(guī)格為0.04 m×0.03 m×0.002 m的不銹鋼管。最大撓度校核為：

wB=Fl33EI。（3）

式中：F為擺臂末端作用力，N，取F=20 N；l為擺臂長度，m，設(shè)計(jì)長度l=0.6 m；E為彈性模量，GPa，資料查詢304不銹鋼E=193 GPa；I為截面慣性矩，m4。

由于采用不銹鋼矩形空心管，可知慣性矩I為：

I=BH3-bh312。（4）

式中：B為不銹鋼管寬度，m，B=0.04 m；H為不銹鋼管高度，m，H=0.03 m；b為不銹鋼管內(nèi)孔寬度，m，b=0.036 m；h為不銹鋼管內(nèi)孔高度，m，h=0.026 m。

代入式（4）中可得：

I=0.04×0.033-0.036×0.026312=3.727×10-8m4；

最終可得擺臂末端最大撓度：

wB=20×0.633×1.93×1011×3.727×10-8=0.000 2 m。

經(jīng)分析，不銹鋼尺寸滿足使用要求。

真空泵的作用是為吸氣嘴提供真空吸力，工作時(shí)通過控制器控制氣閥的開閉來實(shí)現(xiàn)氣嘴對(duì)煙葉的吸起和放下，因此真空泵的優(yōu)越性能指標(biāo)滿足分揀要求的前提條件，真空泵的主要性能指標(biāo)為極限真空度和吸氣量。通過理論計(jì)算和實(shí)物測試，要求極限真空度達(dá)到-98 kPa以上，吸氣量達(dá)到2 L/s。為保證工作時(shí)吸氣的平穩(wěn)性，還需為真空泵配備1個(gè)容積為40 L的穩(wěn)壓罐（分揀機(jī)構(gòu)圖中未畫出）。通過對(duì)不同型號(hào)真空泵的分析對(duì)比，本研究確定選用飛越牌FY-2C-N型真空泵，額定功率為0.25 kW，吸氣量為2 L/s，極限真空度滿足使用要求，實(shí)際真空度還可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3系統(tǒng)工作原理

工作時(shí)，煙葉在輸送帶的帶動(dòng)下首先經(jīng)過分級(jí)區(qū)，由分級(jí)設(shè)備采集煙葉外觀信息，并由計(jì)算機(jī)處理計(jì)算分出級(jí)別，然后將級(jí)別信號(hào)傳給分揀系統(tǒng)，分揀控制系統(tǒng)接到信號(hào)后向相應(yīng)機(jī)械手下達(dá)工作指令，機(jī)械手控制電路導(dǎo)通。當(dāng)煙葉運(yùn)動(dòng)到檢測機(jī)構(gòu)下方時(shí)，檢測機(jī)構(gòu)響應(yīng)，此時(shí)控制系統(tǒng)控制真空泵氣閥打開，氣嘴吸起煙葉。此后驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，擺臂機(jī)構(gòu)帶動(dòng)氣嘴順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)至煙箱位置上方時(shí)，接近開關(guān)響應(yīng)發(fā)出信號(hào)，控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)停轉(zhuǎn)，擺臂停止，同時(shí)真空泵氣閥關(guān)閉，煙葉落入煙箱。此后擺臂反向轉(zhuǎn)動(dòng)至初始位置，等待下一次工作指令。

2自動(dòng)識(shí)別及分揀控制系統(tǒng)

2.1煙葉位置檢測識(shí)別

由于整個(gè)系統(tǒng)在線工作，輸送機(jī)構(gòu)帶動(dòng)煙葉一直在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，為了準(zhǔn)確分揀需要對(duì)煙葉的位置進(jìn)行檢測。整個(gè)檢測分為輸送帶檢測和擺臂機(jī)構(gòu)檢測2個(gè)過程，輸送帶檢測的目的是確定煙葉是否到達(dá)分揀位置，擺臂機(jī)構(gòu)檢測的目的是確定煙葉是否到達(dá)煙箱位置。

2.1.1檢測傳感器輸送帶上的檢測元件采用光電傳感器。目前常用的類型有對(duì)射式和反射式光電傳感器。對(duì)射式光電傳感器的發(fā)射裝置與接受裝置是分離的，工作時(shí)，發(fā)射裝置與接收裝置面對(duì)面安裝，當(dāng)物體從中間通過時(shí)，發(fā)射裝置發(fā)射的光束被遮擋，此時(shí)物體就被傳感器檢測到[6-7]。本系統(tǒng)的檢測對(duì)象為輸送帶上的單個(gè)煙葉，煙葉呈扁平形狀且厚度小，攤平放置于輸送帶上無法實(shí)現(xiàn)對(duì)射檢測；因此，本系統(tǒng)采用反射式光電傳感器，其發(fā)射裝置與接受裝置是一體的，自身發(fā)射光束，通過判斷反射回來光束信號(hào)的強(qiáng)度來檢測物體。

通過對(duì)比不同型號(hào)光電傳感器的性能，本系統(tǒng)確定選用歐姆龍公司生產(chǎn)的E3F3-R11 2M型反射式光電傳感器。該傳感器的參數(shù)為：電源DC12-24V，接收光時(shí)ON，輸出方式為NPN型，檢測距離可調(diào)，最大3 000 mm，配置受光、投光一體使用反射板，放大器內(nèi)置型，保護(hù)結(jié)構(gòu)IP66，使用溫度范圍-25～55 ℃，濕度范圍45%～85%。

擺臂機(jī)構(gòu)的檢測元件采用接近開關(guān)傳感器。接近開關(guān)是一種無需與機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)直接接觸就可實(shí)現(xiàn)控制的位置開關(guān)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)靠近并到達(dá)預(yù)定距離時(shí)，接近開關(guān)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制[8-9]。其具有性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、應(yīng)用壽命長、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。通過分析不同類型和不同型號(hào)的接近開關(guān)，并結(jié)合本系統(tǒng)的控制要求，選用歐姆龍公司的E2E-X20MD1-Z 2M型接近開關(guān)。其參數(shù)為：電感式直流兩線型，最大檢測距離20 mm，工作電壓DC 12～24 V，頭部尺寸M30，輸出元器件常開，形狀為螺紋型，便于安裝。

2.1.2傳感器檢測要求與安裝本系統(tǒng)傳感器的檢測類型為移動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置檢測識(shí)別，屬于動(dòng)態(tài)識(shí)別，外界干擾源多，因此對(duì)傳感器的響應(yīng)精度和抗干擾能力要求較高。本研究選用的2種傳感器，其自身的響應(yīng)和回復(fù)時(shí)間均在1 ms以下，抗干擾能力較強(qiáng)，可滿足精度要求?？紤]到控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間以及機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)延遲，為保證檢測識(shí)別-執(zhí)行動(dòng)作的協(xié)調(diào)性與準(zhǔn)確性，要求被檢測物料在運(yùn)動(dòng)到預(yù)定動(dòng)作位置之前被檢測到，等分揀機(jī)構(gòu)開始動(dòng)作時(shí)，物料正好到達(dá)合適位置，因此要求光電傳感器安裝在合適位置（圖3）。

光電傳感器安裝在輸送機(jī)構(gòu)機(jī)架上，考慮動(dòng)作延遲，相對(duì)機(jī)械手氣嘴吸盤中心偏距d，傳感器反射板安裝在輸送帶邊緣與傳感器對(duì)齊的位置，煙葉放置在輸送帶上，中心與傳感器反射板對(duì)齊。輸送帶運(yùn)動(dòng)速度為0.05 m/s，在實(shí)驗(yàn)室用氣嘴對(duì)煙葉進(jìn)行吸附試驗(yàn)，調(diào)整合適的真空度，在距離中心葉片0.05 m處進(jìn)行試驗(yàn)可達(dá)到吸附效果，因此取偏距d=0.05 m。

接近開關(guān)傳感器工作時(shí)，氣嘴吸盤已經(jīng)吸住煙葉，因此安裝時(shí)不用考慮機(jī)械手吸盤的吸附延遲，安裝位置不用偏置。

2.2分揀控制系統(tǒng)

2.2.1控制器控制器作為分揀控制系統(tǒng)的核心部件，直接決定著整個(gè)控制系統(tǒng)的性能?？刂破骷纫哂袦?zhǔn)確的控制能力，還要具有高的可靠性[10]。PLC（programmable logic controller）是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能完善、適用性強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域[11-14]。本研究選用技術(shù)成熟、物美價(jià)廉的PLC作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制器。通過對(duì)比不同型號(hào)PLC的性能，本系統(tǒng)采用三菱FX3SA-30MR/DS型PLC。

2.2.2控制要求與流程分揀系統(tǒng)接到級(jí)別信號(hào)后開始工作，當(dāng)光電開關(guān)檢測到煙葉時(shí)，檢測輸入端響應(yīng)，控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)開啟，延時(shí)1.5 s開始正向轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制氣閥開啟，吸附煙葉。當(dāng)接近開關(guān)檢測到擺臂機(jī)構(gòu)到達(dá)煙箱時(shí)，檢測輸入端響應(yīng)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制氣閥關(guān)閉，釋放煙葉。驅(qū)動(dòng)電機(jī)延時(shí)1.5 s反向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)接近開關(guān)檢測到擺臂回到初始位置時(shí)，檢測輸入端響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止，完成1個(gè)控制循環(huán)，等待下一次工作指令。根據(jù)系統(tǒng)控制要求繪制控制系統(tǒng)流程圖（圖4）。

2.2.3分揀控制系統(tǒng)的I/O分配可編程控制器的I/O分配是編寫程序的前提工作，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)[15]。I/O配置是I/O分配的直觀體現(xiàn)，根據(jù)分揀控制系統(tǒng)的控制要求，確定PLC的I/O分配（表1）。

整個(gè)系統(tǒng)涉及8個(gè)輸入信號(hào)和8個(gè)輸出信號(hào)。本系統(tǒng)采用的控制器為三菱FX3SA-30MR/DS型PLC，共30個(gè)端口，有16個(gè)輸入端口和14個(gè)輸出端口，IO點(diǎn)數(shù)滿足要求并留有

表1I/O地址分配

類型設(shè)備PLC端子號(hào)輸入端系統(tǒng)總開關(guān)K1X000光電傳感器SB1X001接近開關(guān)SB2X002接近開關(guān)SB3X003手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)K2X004手動(dòng)正轉(zhuǎn)開關(guān)K3X005手動(dòng)反轉(zhuǎn)開關(guān)K4X006急停開關(guān)K5X007輸出端電機(jī)正轉(zhuǎn)KM1Y000電機(jī)反轉(zhuǎn)Km2Y001氣閥開啟KM3Y002正轉(zhuǎn)指示燈Y003反轉(zhuǎn)指示燈Y004故障指示燈Y005手動(dòng)正轉(zhuǎn)Y006手動(dòng)反轉(zhuǎn)Y007

余量；輸入信號(hào)均為24 V直流電信號(hào)，與PLC信號(hào)源電平相匹配，無需電平轉(zhuǎn)換。

3控制系統(tǒng)模擬仿真及功能試驗(yàn)

控制系統(tǒng)的程序是根據(jù)系統(tǒng)的邏輯流程圖設(shè)計(jì)的，本研究采用通用的梯形圖語言來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用三菱FX系列PLC，因此使用三菱GX Developer編程軟件編制程序。程序采用模塊化設(shè)計(jì)，包括主程序和子程序。針對(duì)單個(gè)機(jī)械手而言，1個(gè)機(jī)械手負(fù)責(zé)分揀2個(gè)級(jí)別的煙葉。分揀A級(jí)別煙葉時(shí)，機(jī)械手吸取煙葉逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將煙葉放入煙箱A；分揀B級(jí)別煙葉時(shí)，機(jī)械手吸取煙葉順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將煙葉放入煙箱B。主程序接到上位機(jī)級(jí)別信號(hào)后，結(jié)合位置檢測傳感器，對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行決策，并確定下一步將要執(zhí)行的子程序。子程序包括程序A和程序B，分別對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)械手的2個(gè)分揀動(dòng)作。

控制程序編制完成后，運(yùn)用三菱PLC模擬仿真軟件GX Simulator 6對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。仿真的目的是將編制

好的控制程序在電腦中虛擬運(yùn)行，檢驗(yàn)程序的通順性和正確性，驗(yàn)證程序是否按照設(shè)計(jì)的初衷去執(zhí)行各種控制功能。

完成對(duì)控制程序的仿真運(yùn)行檢驗(yàn)后，還須對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)硬件機(jī)構(gòu)進(jìn)行功能性試驗(yàn)。（1）檢驗(yàn)光電傳感器的響應(yīng)速度，以及響應(yīng)信號(hào)能否控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)。運(yùn)用GX Developer 編程軟件編制1個(gè)簡單的控制程序?qū)懭隤LC，連接光電傳感器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)各路信號(hào)線，用反射板感應(yīng)光電傳感器，觀察控制效果。（2）檢驗(yàn)接近開關(guān)的響應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)效果。連接各路信號(hào)線，感應(yīng)接近開關(guān)，驗(yàn)證接近開關(guān)相應(yīng)靈敏度以及對(duì)電機(jī)的制動(dòng)效果。（3）檢驗(yàn)氣嘴對(duì)煙葉的吸附效果。打開真空泵，使穩(wěn)壓罐保持設(shè)定壓力，控制氣閥開啟和關(guān)閉，檢驗(yàn)氣嘴在設(shè)定真空度下對(duì)煙葉的吸附效果。（4）檢驗(yàn)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)過程中煙葉是否運(yùn)行平穩(wěn)。在機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣閥為開啟狀態(tài)，氣嘴吸附著煙葉隨機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手啟動(dòng)、停止的慣性可能影響煙葉的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)此過程進(jìn)行檢驗(yàn)，以便進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，保證分揀效果。

上述各硬件的功能試驗(yàn)證明，本系統(tǒng)可在設(shè)計(jì)的硬件環(huán)境下完成其相應(yīng)的動(dòng)作響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、氣嘴、氣閥等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制，能夠達(dá)到對(duì)煙葉的分揀目的。

4結(jié)論

設(shè)計(jì)了散煙在線分揀系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工和硬件搭建，并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度校核；確定煙葉在線適時(shí)檢測識(shí)別方案，選定合適的檢測傳感器，并實(shí)現(xiàn)對(duì)煙葉的自動(dòng)識(shí)別。以各種傳感器的識(shí)別響應(yīng)信號(hào)作為分揀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的順序運(yùn)行。確定分揀控制系統(tǒng)的控制策略，以PLC作為控制系統(tǒng)的控制器，控制程序采用模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)用多級(jí)程序結(jié)構(gòu)思想，編制包括主程序和子程序在內(nèi)的2級(jí)控制程序，明確各級(jí)程序分工，降低控制程序的復(fù)雜性，提高程序的運(yùn)行速度和工作效率。

運(yùn)用仿真軟件對(duì)系統(tǒng)控制程序進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行效果對(duì)程序進(jìn)行進(jìn)一步完善，提高程序的通順性和準(zhǔn)確性。對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)執(zhí)行部件分別進(jìn)行功能試驗(yàn)，結(jié)果表明，光電傳感器和接近開關(guān)相應(yīng)靈敏，能準(zhǔn)確控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止；真空泵滿足要求，氣閥開閉靈敏，氣嘴對(duì)煙葉的吸附效果良好；機(jī)械手帶動(dòng)氣嘴和煙葉運(yùn)行狀態(tài)良好，滿足分揀要求。本研究設(shè)計(jì)的煙葉在線分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、控制策略得當(dāng)，能夠?qū)崿F(xiàn)煙葉的自動(dòng)分揀組作業(yè)。本系統(tǒng)只在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行了初步的功能性試驗(yàn)，由于相關(guān)設(shè)備和煙葉樣品的限制，尚未對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大范圍試驗(yàn)，這是本研究下一步的工作內(nèi)容。

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