基于PLC控制硬幣分選計數包裝機的設計

汪佳成，閆發，付龍澤，曹鵬瑤，祝銘力

（浙江水利水電學院，浙江杭州310018）

基于PLC控制硬幣分選計數包裝機的設計

汪佳成，閆發，付龍澤，曹鵬瑤，祝銘力

（浙江水利水電學院，浙江杭州310018）

為解決大批硬幣清點問題，研發了硬幣分選計數包裝機，提升了硬幣清點效率，降低了勞動強度。該硬幣分選裝置機械結構巧妙，穩定性好，制作成本低，對開發同類產品具有一定借鑒意義。

硬幣包裝機；結構設計；PLC；智能包裝

隨著無人售票、自動售貨機的推廣，硬幣流通量大大增加，特別是公交公司、超市等每天要對大量硬幣進行分類，工作量巨大。雖然市場上已經有各種硬幣分類機，但由于價格昂貴，一次分離量少等原因，目前國內仍普遍采用人工處理的方式[1]。為解決這一現狀研發了硬幣分選包裝一體機。

1 硬幣分選包裝機的結構設計

1.1硬幣分選包裝機功能規劃[2]

研發的硬幣分選包裝機具有將硬幣自動分類、計數、包裝、假幣識別四個基本功能，從而減少勞動力，提高生產效率。該裝置工作過程如下：首先將大量需要分選和打包的硬幣倒入漏斗，下部風車葉片的旋轉使漏斗下方的硬幣依次進入分幣滑道，依靠硬幣自身重力自動分選硬幣，使硬幣通過直徑不同的分幣孔掉進相應導幣管（在假幣檢測裝置中將假幣吐出導幣管不進行計數），并從相應導幣管內由一曲柄滑塊機構帶動的推拉板依次推出進入計數通道。記數功能由計數通道末端的光電傳感器實現，并由此實現硬幣下落中止，通過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 硬幣分選包裝機三維圖

1.2 硬幣自動導入機構設計

硬幣自動導入機構主要由料倉、儲存柱、撐片、底片、電機、旋轉風車、導向漏斗、分離板、輸送槽等組成，料倉下方一體式設置有儲存柱，儲存柱上安裝有撐片，儲存柱下方設有底片，底片與儲存柱之間留有空隙，旋轉風車中部連接于電機，旋轉風車端部置于底片與儲存柱之間，且旋轉風車與儲存柱之間留有空隙，底片旁設置有導向漏斗，導向漏斗與分離板相接，具體的說導向漏斗內壁與分離板上的輸送槽相接，且導向漏斗內壁沿輸送槽方向傾斜向下[3]。硬幣自動分選機構如圖2所示。

圖2 硬幣自動分選機構

1.3 硬幣自動分選機構設計

硬幣自動分選機構主要由分離板、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、導管等組成，分離板呈方形，且表面開有向左下延伸的輸送槽，輸送槽上端開通，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，選幣凹槽一末端開通有寬度為20 mm的落幣口一，選幣凹槽二末端開通有寬度為21 mm的落幣口二，選幣凹槽一與選幣凹槽二的一側壁與輸送槽一側壁在同一平面上，輸送槽末端開通有寬度為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置有對應設置的導管以便硬幣自動分選。硬幣分離板如圖3所示。

圖3 硬幣分離板

1.4 硬幣計數控制機構的設計

硬幣計數控制機構主要由計數機構，包括分類板、導幣管、計數滑道板、滑槽、電機、曲柄滑塊機構、電磁推拉器、光電傳感器等組成。分類板傾斜設置且其下方安裝有若干導幣管；導幣管下方設有計數滑道板；計數滑道板上對應導幣管相應設有若干滑槽，導幣管下方的滑槽上開有圓孔；計數滑道板為傾斜設置且上端安裝有電機；曲柄滑塊機構包括帶動片與推拉板，帶動片連接電機；推拉板有若干個，且置于滑槽內，且在推拉板前端有開口設置的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應，在滑槽末端相接有導軌，在滑槽與導軌的相接處均安裝有一光電傳感器。通過廣電傳感器達到計數目的。硬幣技術控制機構如圖4所示。

圖4 硬幣計數控制機構

1.5 硬幣打包機構設計

硬幣打包機構主要由下底板、電磁推拉器一、電磁推拉器二、上底板、進幣口、儲桶管、打包桶、電磁推拉器三、電磁推拉器四、L型板、儲蓋桶，所述的下底板與上底板均呈L形，且相互平行，下底板上設有電磁推拉器一與電磁推拉器二，上底板在拐角出開有進幣口，進幣口旁設有儲桶管，其安裝于上底板，且儲桶管在上底板處向下開通。儲桶管內放置有若干打包桶，儲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型板上方設有儲蓋桶，且儲蓋桶與L型板不連接。該機構具有結構簡單，操作方便，硬幣打包效率高，省時省力等特點[4]。硬幣打包機構如圖5所示。

圖5 硬幣打包機構

2 硬幣分選包裝機的電氣控制設計

硬幣分選包裝機由24 V直流電源供電，主要電器包括電磁推拉器、光電傳感器、計數顯示器和計數控制器、繼電器模塊。要求實現如下邏輯控制：

在計數控制器計數到20的時候導幣管下的10 mm行程電磁推拉器啟動將導管內的硬幣頂起，雖然由曲柄滑塊機構帶動的推拉板依舊在運動但是因為硬幣被頂起從而無法繼續出幣，同時打包機構開始通電。打包機構通電1 s后控制電磁推拉器a動作一次，推送一打包蓋就位此過程為2 s；打包機構通電4s后電磁推拉器b通電運動一次，將蓋子壓實，此過程為1 s；打包機構通電6 s后電磁推拉器c動作一次，將打包完畢的硬幣桶推出，此過程為1s；打包機構通電8 s后電磁推拉器d運動一次，將空桶推入固定位子，此過程為1 s；9 s時間到，導管下的推拉桿退回，硬幣下降遇到往復推拉板從而被帶出。整個打包過程9 s如此循環即實現連續工作。

此部分邏輯控制主要通過PLC程序控制，PLC型號西門子S7-200，PLC梯形圖如6所示。硬幣分選包裝機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I/O地址分配表

3 結束語

樣機試制出來后通過一批不同面值的硬幣進行了實驗，硬幣從漏斗進入后順利的通過篩選滑道完成分類，進入計數機構中，通過計數滑道傳感器檢測到硬幣信號完成計數工作，通過PLC控制完成硬幣存儲桶出蓋、壓蓋、輸送、推出空桶這一系列動作，完成打包工作。硬幣分選包裝機工作順暢，智能化程度高，大大提升了硬幣分選效率，降低了勞動強度與成本，因此，該硬幣分選包裝機具有一定市場推廣價值。同時該硬幣分選包裝機申報并獲批了2016年地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目和2016年浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃大學生科技成果推廣項目。

[1]鐘偉，張建國.基于PLC控制的全自動硬幣包裝線系統設計與實現[J]，制造業自動化，2011（6）：148-149.

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

[3]盧孔寶，王博華，朱曄.一種硬幣分類存儲機構[P].中國：201520587235.5，2016-01-13.

[4]陳秀寧.機械設計課程設計[M].杭州：浙江大學出版社，2006.

Design of Coin Sorting and Counting Packaging Machine Based on PLC

WANG Jia-cheng，YAN Fa，FU 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年地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201611481001）；浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃大學生科技成果推廣項目（編號：2016R434012）

汪佳成（1995-），男，浙江杭州人，本科，主要從事機械創新設計研究。