基于PLC的硬幣分揀控制系統(tǒng)設(shè)計

陳曉紅+徐藝

摘要：為解決數(shù)量較大的硬幣自動分揀，降低分揀勞動強度和增加分揀準(zhǔn)確率，設(shè)計了一個基于PLC的硬幣分揀控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由機械分揀部分，電氣控制部分和觸摸屏組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對5角和1元硬幣進(jìn)行分揀、計數(shù)、監(jiān)控功能。使用紅外線反射傳感器對硬幣進(jìn)行檢測，PLC對系統(tǒng)進(jìn)行控制，觸摸屏監(jiān)視系統(tǒng)工作狀態(tài)并顯示硬幣數(shù)量。該系統(tǒng)最終實現(xiàn)了對硬幣的成功分揀和計數(shù)，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：硬幣分揀；紅外線傳感器；PLC；觸摸屏

中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.003

0引言

硬幣廣泛使用于公共交通、商品零售（自動/人工）等服務(wù)領(lǐng)域。由于硬幣體積小、不易損壞、便于保存和收納的特點，人民群眾樂于使用硬幣乘坐公共交通和購買小額商品；商家在人工或自動找補時，同樣也首選硬幣。大量的使用硬幣會帶來令商家和銀行頭疼的問題——清點硬幣。目前市面上已經(jīng)存在大量硬幣清點設(shè)備，如日本GLORY公司W(wǎng)R-400C型硬幣點算包裝機，LAUREL公司LAC-16、勞雷爾LPS-25等包括硬幣分揀和包裝的大型一體式處理設(shè)備[1]。國內(nèi)溫州星耀電子有限公司生產(chǎn)的YT-518硬幣清分機，每分鐘可以清點1500枚硬幣[2]。

本文在充分考慮已有硬幣分揀機機械結(jié)構(gòu)和控制方案后，提出一種成本較低的基于PLC的硬幣分揀控制系統(tǒng)；希望在能夠滿足基本分揀功能的同時，實現(xiàn)清點數(shù)量、過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)保存功能；在滿足基本功能的同時兼顧成本。

1機械結(jié)構(gòu)選擇

項目重點在于控制系統(tǒng)的設(shè)計，機械結(jié)構(gòu)選擇目前已有成熟類型，如隔板式、差孔篩選式、振動式等，它們共同的特點是利用5角與1元硬幣大小不同進(jìn)行分揀。除此之外，還可利用硬幣顏色和材質(zhì)不同進(jìn)行分揀，但所需傳感器成本較高，安裝和維護(hù)難度較大。

隔板式結(jié)構(gòu)是目前低成本硬幣分揀設(shè)備使用較多的機械結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。圖1由兩部分構(gòu)成：電機及傳動帶、分揀軌道。硬幣由前側(cè)放入傳送帶，電機正轉(zhuǎn)帶動傳送帶運行，并將待分揀硬幣送至分揀軌道前端[3]。

分揀軌道向下傾斜一定角度，由活動掛扣與傳送帶側(cè)板連接，并可手動調(diào)整傾斜角度，使得硬幣可以順暢下滑。分揀軌道表面根據(jù)5角、1元硬幣大小挖孔，小孔在前，大孔在后，便于硬幣分類。孔下連接兩條與硬幣規(guī)格相符的下滑軌道，引導(dǎo)分揀后的硬幣滑向分類存儲箱。

2控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1傳感器方案選擇

本方案傳感器主要用于對分揀以后的硬幣進(jìn)行計數(shù)。傳感器的選擇需要考慮軌道材質(zhì)透明度，安裝與維護(hù)是否方便，控制成本，抵抗環(huán)境因素干擾的問題。光纖傳感器、磁性傳感器、紅外線傳感器在實際生產(chǎn)中大量的被應(yīng)用于需要對器件進(jìn)行計數(shù)的場合。

光纖傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、檢測頻率高、灰度可調(diào)，但成本較高。目前市面上國產(chǎn)光纖頭配套轉(zhuǎn)換器價格在150元左右，進(jìn)口產(chǎn)品價格是國產(chǎn)價格的3～5倍左右。磁性傳感器主要用于被測物體帶有磁性的場合，硬幣本身不帶磁性，所以無法檢測。紅外線反射式或?qū)ι涫絺鞲衅鞒杀据^低，安裝方便，且監(jiān)測距離可調(diào)，但要求被測物體不透明。

綜合上述常用傳感器的優(yōu)缺點，并結(jié)合軌道透明度狀況，項目使用紅外線反射式傳感器對分揀后硬幣進(jìn)行計數(shù)（24 V、100 mA、NPN型）。傳感器安裝于透明滑軌底部，當(dāng)硬幣落入滑軌后經(jīng)過傳感器，由控制器采集傳感器型號進(jìn)行計數(shù)。

2.2控制方案確定

控制系統(tǒng)選用S7-200系列224CN AC/DC/RLY型號PLC，配合基本按鈕、指示燈、繼電器和硬幣檢測紅外線傳感器對系統(tǒng)進(jìn)行控制；采用觸摸屏對硬幣數(shù)量和工作過程進(jìn)行監(jiān)視。電氣原理圖及輸入/輸出分配情況如圖2所示。

3程序設(shè)計

3.1PLC程序設(shè)計

程序設(shè)計主要考慮系統(tǒng)啟動/停止，基本計數(shù)功能，工作狀態(tài)指示，上位機監(jiān)視/控制功能等。計數(shù)功能為核心功能，梯形圖如圖3所示。圖3中Q0.0線圈為系統(tǒng)功能啟動線圈，I0.3為傳感器輸入信號，為實現(xiàn)準(zhǔn)確計數(shù)采用獲取信號上升沿指令進(jìn)行串聯(lián)，最終實現(xiàn)計數(shù)功能。復(fù)位信號來自于復(fù)位按鈕I0.1，觸摸屏復(fù)位信號M2.3，以及初始化復(fù)位信號SM0.1。

3.2觸摸屏監(jiān)控界面

項目采用北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套觸摸屏。該產(chǎn)品主要用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制[4]。根據(jù)硬幣分揀控制系統(tǒng)的監(jiān)控要求，設(shè)計的觸摸屏窗口。窗口需具備系統(tǒng)啟動/停止功能，硬幣數(shù)量顯示功能，數(shù)量上限報警/復(fù)位功能，工作狀態(tài)指示功能。觸摸屏控件分布如圖4所示。

4結(jié)語

根據(jù)電路原理圖進(jìn)行系統(tǒng)電氣裝配。裝配過程中注意電氣元件數(shù)量、型號、規(guī)格，檢查電氣元件質(zhì)量。電氣元件的安裝方法按照器件的使用說明要求，做到安裝牢固，不松動。接線時選擇最短路線進(jìn)行接線，走線時每根導(dǎo)線都要拉直，多余部分彎成弧形置于走線槽內(nèi)，不可亂作一團。

電氣裝配完成后啟動系統(tǒng)進(jìn)行測試，分別測試按鈕啟動/停止，觸摸屏監(jiān)視/控制功能。經(jīng)過測試，系統(tǒng)能夠達(dá)到硬幣分揀控制功能，并輸出顯示硬幣數(shù)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋艷麗.簡單硬幣分離裝置的設(shè)計[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（7）.

[2]宋祥德.硬幣清分計數(shù)揀偽一體機的研究與設(shè)計[D]. 西安：陜西科技大學(xué).2011.

[3]王曉梅.滑塊式分揀機道岔執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計[J].機床與液壓，2012（16）：47.

[4]侯榮國，許云理，馮延森，等. 基于MCGS組態(tài)軟件的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].機械設(shè)計與制造，2012（1）：77.

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