基于PLC控制硬幣分選計(jì)數(shù)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)

汪佳成，閆發(fā)，付龍澤，曹鵬瑤，祝銘力

（浙江水利水電學(xué)院，浙江杭州310018）

基于PLC控制硬幣分選計(jì)數(shù)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)

汪佳成，閆發(fā)，付龍澤，曹鵬瑤，祝銘力

（浙江水利水電學(xué)院，浙江杭州310018）

為解決大批硬幣清點(diǎn)問(wèn)題，研發(fā)了硬幣分選計(jì)數(shù)包裝機(jī)，提升了硬幣清點(diǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。該硬幣分選裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)巧妙，穩(wěn)定性好，制作成本低，對(duì)開(kāi)發(fā)同類(lèi)產(chǎn)品具有一定借鑒意義。

硬幣包裝機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；PLC；智能包裝

隨著無(wú)人售票、自動(dòng)售貨機(jī)的推廣，硬幣流通量大大增加，特別是公交公司、超市等每天要對(duì)大量硬幣進(jìn)行分類(lèi)，工作量巨大。雖然市場(chǎng)上已經(jīng)有各種硬幣分類(lèi)機(jī)，但由于價(jià)格昂貴，一次分離量少等原因，目前國(guó)內(nèi)仍普遍采用人工處理的方式[1]。為解決這一現(xiàn)狀研發(fā)了硬幣分選包裝一體機(jī)。

1 硬幣分選包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1硬幣分選包裝機(jī)功能規(guī)劃[2]

研發(fā)的硬幣分選包裝機(jī)具有將硬幣自動(dòng)分類(lèi)、計(jì)數(shù)、包裝、假幣識(shí)別四個(gè)基本功能，從而減少勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率。該裝置工作過(guò)程如下：首先將大量需要分選和打包的硬幣倒入漏斗，下部風(fēng)車(chē)葉片的旋轉(zhuǎn)使漏斗下方的硬幣依次進(jìn)入分幣滑道，依靠硬幣自身重力自動(dòng)分選硬幣，使硬幣通過(guò)直徑不同的分幣孔掉進(jìn)相應(yīng)導(dǎo)幣管（在假幣檢測(cè)裝置中將假幣吐出導(dǎo)幣管不進(jìn)行計(jì)數(shù)），并從相應(yīng)導(dǎo)幣管內(nèi)由一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的推拉板依次推出進(jìn)入計(jì)數(shù)通道。記數(shù)功能由計(jì)數(shù)通道末端的光電傳感器實(shí)現(xiàn)，并由此實(shí)現(xiàn)硬幣下落中止，通過(guò)電氣控制模塊控制其有序的打包流程。裝置的三維造型如圖1所示。

圖1 硬幣分選包裝機(jī)三維圖

1.2 硬幣自動(dòng)導(dǎo)入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬幣自動(dòng)導(dǎo)入機(jī)構(gòu)主要由料倉(cāng)、儲(chǔ)存柱、撐片、底片、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)風(fēng)車(chē)、導(dǎo)向漏斗、分離板、輸送槽等組成，料倉(cāng)下方一體式設(shè)置有儲(chǔ)存柱，儲(chǔ)存柱上安裝有撐片，儲(chǔ)存柱下方設(shè)有底片，底片與儲(chǔ)存柱之間留有空隙，旋轉(zhuǎn)風(fēng)車(chē)中部連接于電機(jī)，旋轉(zhuǎn)風(fēng)車(chē)端部置于底片與儲(chǔ)存柱之間，且旋轉(zhuǎn)風(fēng)車(chē)與儲(chǔ)存柱之間留有空隙，底片旁設(shè)置有導(dǎo)向漏斗，導(dǎo)向漏斗與分離板相接，具體的說(shuō)導(dǎo)向漏斗內(nèi)壁與分離板上的輸送槽相接，且導(dǎo)向漏斗內(nèi)壁沿輸送槽方向傾斜向下[3]。硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)

1.3 硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)主要由分離板、輸送槽、選幣凹槽一、落幣口一、選幣凹槽二、落幣口二、落幣口三、導(dǎo)管等組成，分離板呈方形，且表面開(kāi)有向左下延伸的輸送槽，輸送槽上端開(kāi)通，下端端部封閉，輸送槽下端依次加工有寬度分別為20 mm的選幣凹槽一與21 mm的選幣凹槽二，選幣凹槽一末端開(kāi)通有寬度為20 mm的落幣口一，選幣凹槽二末端開(kāi)通有寬度為21 mm的落幣口二，選幣凹槽一與選幣凹槽二的一側(cè)壁與輸送槽一側(cè)壁在同一平面上，輸送槽末端開(kāi)通有寬度為26 mm的落幣口三，與選幣口一、選幣口二與選幣口三下方均設(shè)置有對(duì)應(yīng)設(shè)置的導(dǎo)管以便硬幣自動(dòng)分選。硬幣分離板如圖3所示。

圖3 硬幣分離板

1.4 硬幣計(jì)數(shù)控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

硬幣計(jì)數(shù)控制機(jī)構(gòu)主要由計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)，包括分類(lèi)板、導(dǎo)幣管、計(jì)數(shù)滑道板、滑槽、電機(jī)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、電磁推拉器、光電傳感器等組成。分類(lèi)板傾斜設(shè)置且其下方安裝有若干導(dǎo)幣管；導(dǎo)幣管下方設(shè)有計(jì)數(shù)滑道板；計(jì)數(shù)滑道板上對(duì)應(yīng)導(dǎo)幣管相應(yīng)設(shè)有若干滑槽，導(dǎo)幣管下方的滑槽上開(kāi)有圓孔；計(jì)數(shù)滑道板為傾斜設(shè)置且上端安裝有電機(jī)；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)包括帶動(dòng)片與推拉板，帶動(dòng)片連接電機(jī)；推拉板有若干個(gè)，且置于滑槽內(nèi)，且在推拉板前端有開(kāi)口設(shè)置的U形槽；圓孔下方安裝有電磁推拉器，電磁推拉器上安裝有電磁推桿，且電磁推桿與圓孔對(duì)應(yīng)，在滑槽末端相接有導(dǎo)軌，在滑槽與導(dǎo)軌的相接處均安裝有一光電傳感器。通過(guò)廣電傳感器達(dá)到計(jì)數(shù)目的。硬幣技術(shù)控制機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖4 硬幣計(jì)數(shù)控制機(jī)構(gòu)

1.5 硬幣打包機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬幣打包機(jī)構(gòu)主要由下底板、電磁推拉器一、電磁推拉器二、上底板、進(jìn)幣口、儲(chǔ)桶管、打包桶、電磁推拉器三、電磁推拉器四、L型板、儲(chǔ)蓋桶，所述的下底板與上底板均呈L形，且相互平行，下底板上設(shè)有電磁推拉器一與電磁推拉器二，上底板在拐角出開(kāi)有進(jìn)幣口，進(jìn)幣口旁設(shè)有儲(chǔ)桶管，其安裝于上底板，且儲(chǔ)桶管在上底板處向下開(kāi)通。儲(chǔ)桶管內(nèi)放置有若干打包桶，儲(chǔ)桶管上安裝有電磁推拉器三，上底板上還安裝有電磁推拉器四，且電磁推拉器四端部安裝L型板，L型板上方設(shè)有儲(chǔ)蓋桶，且儲(chǔ)蓋桶與L型板不連接。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，硬幣打包效率高，省時(shí)省力等特點(diǎn)[4]。硬幣打包機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5 硬幣打包機(jī)構(gòu)

2 硬幣分選包裝機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)

硬幣分選包裝機(jī)由24 V直流電源供電，主要電器包括電磁推拉器、光電傳感器、計(jì)數(shù)顯示器和計(jì)數(shù)控制器、繼電器模塊。要求實(shí)現(xiàn)如下邏輯控制：

在計(jì)數(shù)控制器計(jì)數(shù)到20的時(shí)候?qū)殴芟碌?0 mm行程電磁推拉器啟動(dòng)將導(dǎo)管內(nèi)的硬幣頂起，雖然由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的推拉板依舊在運(yùn)動(dòng)但是因?yàn)橛矌疟豁斊饛亩鵁o(wú)法繼續(xù)出幣，同時(shí)打包機(jī)構(gòu)開(kāi)始通電。打包機(jī)構(gòu)通電1 s后控制電磁推拉器a動(dòng)作一次，推送一打包蓋就位此過(guò)程為2 s；打包機(jī)構(gòu)通電4s后電磁推拉器b通電運(yùn)動(dòng)一次，將蓋子壓實(shí)，此過(guò)程為1 s；打包機(jī)構(gòu)通電6 s后電磁推拉器c動(dòng)作一次，將打包完畢的硬幣桶推出，此過(guò)程為1s；打包機(jī)構(gòu)通電8 s后電磁推拉器d運(yùn)動(dòng)一次，將空桶推入固定位子，此過(guò)程為1 s；9 s時(shí)間到，導(dǎo)管下的推拉桿退回，硬幣下降遇到往復(fù)推拉板從而被帶出。整個(gè)打包過(guò)程9 s如此循環(huán)即實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。

此部分邏輯控制主要通過(guò)PLC程序控制，PLC型號(hào)西門(mén)子S7-200，PLC梯形圖如6所示。硬幣分選包裝機(jī)I/O地址分配表如表1所示。

圖6 PLC梯形圖

表1 硬幣分選包裝機(jī)I/O地址分配表

3 結(jié)束語(yǔ)

樣機(jī)試制出來(lái)后通過(guò)一批不同面值的硬幣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，硬幣從漏斗進(jìn)入后順利的通過(guò)篩選滑道完成分類(lèi)，進(jìn)入計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)中，通過(guò)計(jì)數(shù)滑道傳感器檢測(cè)到硬幣信號(hào)完成計(jì)數(shù)工作，通過(guò)PLC控制完成硬幣存儲(chǔ)桶出蓋、壓蓋、輸送、推出空桶這一系列動(dòng)作，完成打包工作。硬幣分選包裝機(jī)工作順暢，智能化程度高，大大提升了硬幣分選效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度與成本，因此，該硬幣分選包裝機(jī)具有一定市場(chǎng)推廣價(jià)值。同時(shí)該硬幣分選包裝機(jī)申報(bào)并獲批了2016年地方高校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和2016年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃大學(xué)生科技成果推廣項(xiàng)目。

[1]鐘偉，張建國(guó).基于PLC控制的全自動(dòng)硬幣包裝線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]，制造業(yè)自動(dòng)化，2011（6）：148-149.

[2]盧孔寶，虞玲玲，陸銘.一種硬幣自動(dòng)分選包裝機(jī)[P].中國(guó)：201520609067.5，2015-12-30.

[3]盧孔寶，王博華，朱曄.一種硬幣分類(lèi)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)[P].中國(guó)：201520587235.5，2016-01-13.

[4]陳秀寧.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2006.

Design of Coin Sorting and Counting Packaging Machine Based on PLC

WANG Jia-cheng，YAN Fa，F(xiàn)U Long-ze，CAO Peng-yao，ZHU Ming-li
（Zhejiang University of Water Resources and Electric Power，School of Mechanical and Automotive Engineering，Hangzhou Zhejiang 310018，China）

In order to solve the problem of large number of coins，a coin sorting and counting machine has been developed，which can improve the efficiency of coin counting and reduce the labor intensity.The coin sorting device has the advantages of ingenious mechanical structure，good stability and low production cost.

coin packaging machine；structural design；PLC；intelligent packaging

TP391

A

1672-545X（2017）06-0113-03

2017-03-30

2016年地方高校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201611481001）；浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃大學(xué)生科技成果推廣項(xiàng)目（編號(hào)：2016R434012）

汪佳成（1995-），男，浙江杭州人，本科，主要從事機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究。