СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СОРТИРОВКОЙ НАРЕЗАННОГО КАРТОФЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК B07C5/342 

Изобретение относится к устройствам сортировки и может быть использовано в фотогидросортировальных установках резаного картофеля для комплекса по производству быстрозамораживаемых картофелепродуктов.

Известно устройство для реализации способа оптической сортировки корнеклубнеплодов по качеству (авт. св. СССР N 1147453, кл. В 07 С 5/342, 1985), содержащее подающий транспортер (рольганг), зону контроля, источники потока излучения сложного спектрального состава, охватывающего видимую и инфракрасную область спектра, светоотделитель для разделения потока излучения, отраженного от корнеклубнеплода, фильтры, их фотоприемники, образующие совместно с нагрузками мостовую схему, предусилитель, связанный через детектор с усилителем-формирователем, обеспечивающим срабатывание исполнительного органа, удаляющего дефектные клубни.

Отсутствие возможности контроля и нормализации в процессе сортировки корнеклубнеплодов ограничивает возможности применения известного устройства.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система управления для сортировки нарезанного картофеля по качеству, описанная в инструкции по обслуживанию (МИНИГИДРОСОРТ, фирма Justus technik GMBH, Гамбург, 1985), содержащая блоки фотосчитывания, усиления, нормализации, формирования импульсов нормализации и блок управления пневмовыбрасывателем.

Система предусматривает через каждые 5 мин коррекцию (нормализацию) блока усиления. В период нормализации сортировка прекращается и автоматически возобновляется после окончания процесса нормализации (1-3 с). Остановка сортировки отрицательно сказывается на работе всей системы, так как, во-первых, снижается производительность, во-вторых, ухудшается надежность работы системы из-за частых остановок.

Недостатком известной системы является также отсутствие в процессе работы контроля основных узлов системы (осветительные лампы накаливания, обмотка пневмовыбрасывателя), что приводит к снижению точности сортировки, т. е. возможности попадания дефектного продукта в комплекс по производству различных картофелепродуктов вследствие неисправности отдельных узлов системы.

Указанные недостатки известных устройств снижают точность сортировки и, как результат, качество производимого картофелепродукта.

Целью изобретения является повышение точности сортирования путем периодического контроля основных узлов системы в период нормализации без отключения всего комплекса.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - функциональная схема блока контроля качества; на фиг. 3 - функциональная схема блока усиления; на фиг. 4 - функциональная схема блока нормализации; на фиг. 5 - функциональная схема блока формирования импульсов нормализации; на фиг. 6 - функциональная схема блока управления исполнительным механизмом; на фиг. 7 - функциональная схема блока контроля осветительных ламп; на фиг. 8 - функциональная схема блока контроля исполнительного механизма; на фиг. 9 - функциональная схема блока контроля процесса нормализации; на фиг. 10 - принципиальная электрическая схема блока обобщенной сигнализации; на фиг. 11 - диаграмма импульсов управления блоком нормализации.

Система управления контролем и сортировкой нарезанного картофеля по качеству (фиг. 1) содержит фотометрический блок 1 контроля качества, блок 2 усиления, блок 3 коррекции, блок 4 формирования импульсов коррекции, блок 5 управления исполнительным механизмом (пневмовыбрасывателем) 6, блок 7 контроля осветительных ламп, блок 8 контроля исполнительного механизма, блок 9 контроля процесса коррекции, блок 10 обобщенной сигнализации, трубу 11 наблюдения, гидротранспортный узел (систему) 12, прорезь 13 в трубе, баки 14 и 15 соответственно хорошего 16 и плохого 17 картофеля (продукта).

Фотометрический блок 1 контроля качества картофеля (фиг. 2) содержит осветительные лампы 18₁. ..18₆ накаливания, оптико-электронный датчик 19, состоящий из линзы (объектива) 20, интерференционного светофильтра 21, апертурной щели 22 и приемника излучения (фотодиода, фотодатчика) 23, и отражатель 24.

Блок 2 усиления (фиг. 3) содержит последовательно соединенные преобразователь 25 ток-напряжение, неинвертирующий 26 и инвертирующий 27 усилители и последовательно соединенные усилитель 28 привязки уровня белого, компаратор 29 и транзисторный ключ 30, причем выход неинвертирующего усилителя 26 соединен с входом усилителя 28 привязки уровня белого.

Блок 3 коррекции (фиг. 4) содержит компараторы 31, 32, выходы которых подключены к сумматору 33, выход которого через инвертор-формирователь 34 соединен с первым входом триггера 35, выход которого через первый вход логического элемента И-НЕ 36 соединен с первым входом второго триггера 37, выход которого соединен с инверторами 38, 39 и первым входом второго элемента И-НЕ 40, выход которого через счетчик 41 соединен с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 42.

Блок 4 формирования импульсов коррекции (фиг. 5) содержит таймер 43 и последовательно соединенные генератор 44 тактовых импульсов (таймер) и мультивибраторы 45, 46.

Блок 5 управления исполнительным механизмом (фиг. 6) содержит последовательно соединенные усилитель 47 согласования, одновибратор 48, схему 49 сложения, элемент 50 задержки, вторую схему 51 сложения, формирователь 52 сигнала управления пневмовыбрасывателем и второй одновибратор 53, вход которого соединен с входом элемента 50 задержки, а выход соединен с вторым входом схемы 51 сложения, причем выход усилителя 47 согласования соединен с вторым входом схемы 49 сложения.

Блок 7 контроля осветительных ламп (фиг. 7) содержит последовательно соединенные индикатор 54 неисправности ламп, элемент И 55 и выходной усилитель 56.

Блок 8 контроля исполнительного механизма (фиг. 8) содержит мультивибратор 57 и последовательно соединенные RC-накопитель 58, компаратор 59 и выходной усилитель 60.

Блок 9 контроля процесса коррекции (фиг. 9) содержит последовательно соединенные элемент 61 задержки и выходной усилитель 62.

Блок 10 обобщенной сигнализации (фиг. 10) содержит реле 63, 64, развязывающий диод 65, кнопку 66 квитирования, звуковой сигнализатор 67, сигнальную лампу 68, шины ровного 69 и мигающего 70 света, контакты 71, 72 реле 63 и контакты 73. ..75 реле 64. Первые выводы обмоток реле 63 и 64 соединены между собой, а вторые выводы обмоток реле 63 и 64 соединены соответственно через размыкающий контакт 73, замыкающий контакт 74 и последовательно соединенные развязывающий диод 65 и кнопку 66 квитирования с общей шиной равного и мигающего света. Другая шина 69 ровного света через замыкающий контакт 71 соединена со звуковым сигнализатором 67, а через замыкающий контакт 75 - с сигнальной лампой 68, которая через замыкающий контакт 72 соединена с шиной 70 мигающего света.

Система работает следующим образом.

Гидротранспортная система 12 (фиг. 1) прогоняет через трубу 11 наблюдения смесь воды и сортируемого продукта 16, 17, представляющую собой брусочки нарезанного картофеля размером в сечении от 8х8 мм до 12х12 мм и длиной от 30 до 40 мм. Труба 11 наблюдения равномерно освещена лампами 18₁...18₆ накаливания (фиг. 2). По образующей блока 1 в одной плоскости, перпендикулярной оси трубы 11, вокруг трубы 11 симметрично расположены пять оптико-электронных датчиков 19 (на фиг. 2 показан один датчик). Напротив каждого датчика 19 расположен отражатель 24. Отраженный свет от брусочков картофеля 16, 17 воспринимается оптико-электронным датчиком 19. В промежутках между брусками оптико-электронный датчик 19 реагирует на световую энергию, определенную коэффициентом отражения покрытия отражателя 24. Поскольку перед фотодатчиком 23 установлена узкая щель 22, а наблюдаемый объект перемещается в направлении, перпендикулярном этой щели, происходит сканирование, и фотодатчик 23 генерирует сигнал, представляющий собой чередование уровней от отражателя 24 и от бруска картофеля 16 (17). При правильно подобранном покрытии отражателя 24 для соответствующего сорта картофеля разница этих уровней сигнала минимальная, и сигнал представляет собой почти постоянный ток, соответствующий уровню белого (уровню годного продукта). Если на поверхности бруска картофеля содержится какой-нибудь дефект (глазок, остаток кожуры, очаг загнивания и т.п.) более темный, чем нормальная мякоть клубня, фотодатчик 23 сформирует импульсный сигнал отрицательной полярности, соответствующий этому дефекту. Сигнал с фотодатчика 23, работающего в режиме короткого замыкания, поступает на преобразователь 25 ток - напряжение (фиг. 3) и через него - на неинвертирующий усилитель 26 напряжения. С выхода усилителя 26 сигнал поступает на инвертирующий усилитель 27 и усилитель 28 привязки уровня белого. Сигнал на выходе усилителя 28 представляет собой импульсы с основанием, "привязанным" к нулевому уровню. Этот сигнал поступает на компаратор 29, к другому входу которого подводится дискретно регулируемое пороговое напряжение U_пор.1. Если напряжение сигнала по абсолютной величине превышает пороговое напряжение U_пор.1, компаратор 29 срабатывает, открывая транзисторный ключ 30. Выходной сигнал с транзисторного ключа 30 через усилитель 47 согласования (фиг. 6) и одновибратор 48 поступает на вход схемы 49 сложения, на другой вход которой поступает сигнал с выхода усилителя 47 согласования. Одновибратор 48 служит для увеличения длительности входного сигнала. Если входной сигнал короче наперед заданной длительности, то на выходе схемы 49 сложения появится импульс одновибратора 48, если длиннее - входной сигнал. Наличие одновибратора 48 позволяет включаться пневмовыбрасывателю 6 (фиг. 1) в ответ на самые короткие входные импульсы, тем самым учитывается инерционность пневмовыбрасывателя 6.

С выхода схемы 49 сложения сигнал поступает на элемент 50 задержки, который задерживает сигнал управления пневмовыбрасывателем 6 на время τ_зад. пролета продукта от плоскости наблюдения до прорези 13 (фиг. 1) в трубе 11 наблюдения. С выхода элемента 50 задержки (фиг. 6) сигнал подается на первый вход схемы 5 сложения, на второй вход которой подается импульс заданной длительности, сформированный одновибратором 53. Импульс с выхода одновибратора 53 предназначен для заполнения паузы между двумя соседними входными сигналами, разделенными промежутком времени, недостаточным для отработки электромеханической части пневмовыбрасывателя 6 (фиг. 1). С выхода схемы 51 сложения через формирователь 52 подается импульс на управление электромагнитом пневмовыбрасывателя 6. В результате струя сжатого воздуха в прорезь 13 (фиг. 1) подается одновременно с прохождением дефектного брусочка картофеля 17 мимо этой прорези 13, и осуществляется его выталкивание из общего потока в бак 15 (фиг. 1).

Загрязнение воды и вход параметров фотодатчика 23 преобразователя 25, усилителей 26, 27 создают необходимость коррекции блока 2 усиления через определенные промежутки времени. Этот процесс выполняется блоком 3 коррекции. Блок 3 коррекции (фиг. 4) обеспечивает периодическую "привязку" выходного сигнала усилителя 26 к уровню напряжения, находящемуся в пределах ± 60 мВ. На первые входы компараторов 31, 32 (фиг. 4) блока 3 коррекции подаются противофазные сигналы с усилителей 26 и 27 (вых. 1 и вых. 2) блока 2 усиления (фиг. 3). Если уровень выходного напряжения одного из усилителей 26 и 27 превысит пороговое напряжение U_пор.2, подаваемое на вторые входы компараторов 31 и 32, то сработает соответствующий компаратор, и сигнал через сумматор 33 и инвертор-формирователь 34 поступает на первый вход RS-триггера 35, выходной сигнал которого через элемент И-НЕ 36 поступает на первый вход второго RS-триггера 37. Импульс "ПУСК", поступающий на второй вход RS-триггера 37 с таймера 43 (фиг. 5), переведет триггер в единичное состояние. Выходной сигнал с триггера 37 через инвертор 38 подается на генератор 44 тактовых импульсов (фиг. 5) для его включения. С выхода генератора 44 тактовые импульсы проходят через элемент И-НЕ 40 и запускают счетчик 41, выходной код которого преобразовывается в аналоговый сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 42. Выходной сигнал с ЦАП 42 поступает на инвертирующий вход усилителя 26 (фиг. 3) и вычитается из сигнала, присутствующего на его неинвертирующем входе. Синхронно с тактовыми импульсами ЦАП 42 формирует "ступеньки" тока, которые дают на выходе усилителя 26 ступенчатое нарастающее по линейному закону напряжение. Полное количество ступенек определяется разрядностью входного кода, например 256 (при длительности одной ступеньки 4 мс, общая длительность - 1024 мс). Когда сигнал ЦАП 42 скомпенсирует входной сигнал, и напряжение на выходе усилителей 26, 27 (фиг. 3) станет меньше 60 мВ, компаратор 31 (32) вернется в исходное состояние, и инвертор-формирователь 34 отключится. Импульс "УСТАНОВКА", поступающий на второй вход RS-триггера 35 с мультивибратора 45 (фиг. 5) блока 4 формирования импульсов нормализации, переведет триггер 35 в единичное состояние. При этом импульс "ВЫБОРКА", поступающий на второй вход элемента И-НЕ 36 с мультивибратора 46 (фиг. 5), возвращает второй триггер 37 в исходное состояние. Триггер 37 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И-НЕ 40, и на выходе ЦАП 42 сохраняется напряжение, полученное в результате нормализации.

Импульс с выхода инвертора 39, поданный на второй вход усилителя 28 (фиг. 2) привязки уровня белого, блокирует управление пневмовыбрасывателем 6 на все время нормализации.

Нормализация повторяется каждые 5 мин.

Блок 4 (фиг. 5) предназначен для формирования импульсов, обеспечивающих работу блока 3 (фиг. 4) коррекции.

Импульсы заданного периода и длительности формируются интегральными таймерами 43, 44 и мультивибраторами 45, 46.

Пятиминутный период коррекции задается таймером 43, который начинает работать сразу после подачи напряжения питания. Генератор тактовых импульсов, выполненный на таймере 44, в отсутствии нормализации не работает. Временные параметры выходных импульсов блока 4 приведены на фиг. 11.

Одновременно с процессом коррекции происходит контроль основных элементов системы с помощью блоков 7 (фиг. 7), 8 (фиг. 8) и 9 (фиг. 9). Блок 7 служит для контроля исправности осветительных ламп 18₁...18₆ блока 1 (фиг. 2). Сигналы с осветительных ламп 18₁...18₆ через входы 1...6 блока 7 поступают на индикатор 54, представляющий собой набор низкоомных резисторов по числу осветительных ламп. В случае неисправности какой-либо осветительной лампы появится сигнал на выходе элемента И 55, который вызовет срабатывание выходного усилителя 56. Сигнал с выходного усилителя 56 подается в блок 10 (фиг. 10) обобщенной сигнализации на обмотки реле 63 и 64. При этом включается реле 63, замыкающие контакты 71 и 72 которого включают звуковой сигнализатор 67 и подключают сигнальную лампу 68 на шину 70 мигающего света. Наличие звукового сигнала и мигание лампы 68 свидетельствует о неисправности одного из элементов системы, в данном случае - осветительной лампы накаливания. Кнопкой 66 квитирования включается реле 64, которое замыкающим контактом 74 становится на блокировку, а размыкающим контактом 73 отключает реле 63. При этом отключается звуковой сигнализатор 67, и сигнальная лампа 68 подключается через замыкающий контакт 75 на шину 69 ровного света. Лампа 68 будет гореть до устранения неисправности. После устранения неисправности пропадает сигнал на входе блока 10 (фиг. 10) обобщенной сигнализации, и лампа 68 гаснет.

Блок 8 (фиг. 8) служит для контроля исполнительного механизма пневмосбрасывателя на обрыв. Импульс с выхода блока 3 коррекции запускает мультивибратор 57, частота, длительность, и амплитуда выходных импульсов которого выбираются таким образом, чтобы с одной стороны не сработал пневмовыбрасыватель 6, а с другой стороны был достаточным для формирования на RC-накопителе 58 импульсов противо-ЭДС с обмотки пневмовыбрасывателя 6. Когда напряжение на RC-накопителе 58 сравняется с пороговым напряжением U_пор.3 на втором входе компаратора 59, последний сработает, и через выходной усилитель 60 поступит сигнал в блок 10 обобщенной сигнализации.

Блок 9 (фиг. 9) служит для контроля процесса коррекции. Импульс с выхода блока 3 коррекции поступает на вход элемента 61 задержки. Выдержка времени на элементе 61 выбирается несколько большей, чем время нормализации (1,5-2 с). Если процесс коррекции идет нормально, т.е. τ_норм. < 2 с, то на входе выходного усилителя 62 сигнала нет. Если τ_норм. > 2 с, то сработает элемент 61, включится усилитель 62, и появится сигнал на входе блока 10 обобщенной сигнализации.

Сущность изобретения: устройство содержит узел подачи, блок контроля качества картофеля, блок усиления, блок коррекции, блок формирования импульсов коррекции, блок управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм, блок контроля осветительных ламп, блок контроля исполнительного механизма, блок контроля процесса коррекции, блок обобщенной сигнализации. 11 ил.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СОРТИРОВКОЙ НАРЕЗАННОГО КАРТОФЕЛЯ, содержащая узел подачи картофеля на позицию контроля, фотометрический узел контроля качества картофеля, блок управления, включающий последовательно соединенные блок усиления, блок коррекции и блок формирования импульсов коррекции, первый выход фотометрического узла контроля качества картофеля соединен с первым входом блока усиления, первый выход которого соединен с элементом управления исполнительным механизмом, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности сортировки, она дополнительно содержит блоки контроля работы источников света, исполнительного механизма, процесса коррекции и блок обобщенной сигнализации, а блок коррекции содержит первый компаратор, инверторы и последовательно соединенные второй компаратор, сумматор, инвертор-формирователь, первый RS-триггер, первый элемент И - НЕ, второй RS-триггер, второй элемент И - НЕ, счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выходом соединенный с вторым входом блока усиления, блок формирования импульсов коррекции содержит таймер и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый и второй мультивибраторы, выход последнего подключен к второму входу первого RS-триггера, второй выход блока усиления подключен к входу первого компаратора, выходом соединенного с вторым входом сумматора, первый выход второго RS-триггера дополнительно подключен непосредственно к входу первого инвертора и через второй инвертор к третьему входу блока усиления к первому входу блока контроля работы исполнительного механизма и к входу блока контроля процесса коррекции выход первого инвертора является первым выходом блока коррекции, а вход генератора тактовых импульсов является входом блока формирования импульсов коррекции, выход таймера подключен к второму входу второго элемента И - НЕ, выход генератора тактовых импульсов дополнительно соединен с вторым входом второго RS-триггера, выход первого мультивибратора дополнительно соединен с вторым входом первого элемента И - НЕ, вход первого компаратора является первым входом блока коррекции, вторые выходы фотометрического блока контроля качества картофеля подключены к входам блока контроля работы источников света, причем выходы блоков контроля работы источников света, исполнительного механизма и процесса коррекции соединены с соответствующими входами блока обобщенной сигнализации.