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控制硬幣分選計數(shù)包裝機的設(shè)計

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問題，研發(fā)了硬幣分選計數(shù)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(jié)構(gòu)巧妙，穩(wěn)定性好，制作成本低，對開發(fā)同類產(chǎn)品具有一定借鑒意義。

硬幣包裝機；結(jié)構(gòu)設(shè)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(jīng)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(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。

1 硬幣分選包裝機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1硬幣分選包裝機功能規(guī)劃[2]

研發(fā)的硬幣分選包裝機具有將硬幣自動分類、計數(shù)、包裝、假幣識別四個基本功能，從而減少勞動力，提高生產(chǎn)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(fēng)車葉片的旋轉(zhuǎn)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(yīng)導(dǎo)幣管（在假幣檢測裝置中將假幣吐出導(dǎo)幣管不進行計數(shù)），并從相應(yīng)導(dǎo)幣管內(nèi)由一曲柄滑塊機構(gòu)帶動的推拉板依次推出進入計數(shù)通道。記數(shù)功能由計數(shù)通道末端的光電傳感器實現(xiàn)，并由此實現(xiàn)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(dǎo)入機構(gòu)設(shè)計

硬幣自動導(dǎo)入機構(gòu)主要由料倉、儲存柱、撐片、底片、電機、旋轉(zhuǎn)風(fēng)車、導(dǎo)向漏斗、分離板、輸送槽等組成，料倉下方一體式設(shè)置有儲存柱，儲存柱上安裝有撐片，儲存柱下方設(shè)有底片，底片與儲存柱之間留有空隙，旋轉(zhuǎn)風(fēng)車中部連接于電機，旋轉(zhuǎn)風(fēng)車端部置于底片與儲存柱之間，且旋轉(zhuǎn)風(fēng)車與儲存柱之間留有空隙，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]。硬幣自動分選機構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬幣自動分選機構(gòu)

1.3 硬幣自動分選機構(gòu)設(shè)計

硬幣自動分選機構(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(cè)壁與輸送槽一側(cè)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(shè)置有對應(yīng)設(shè)置的導(dǎo)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(shù)控制機構(gòu)的設(shè)計

硬幣計數(shù)控制機構(gòu)主要由計數(shù)機構(gòu)，包括分類板、導(dǎo)幣管、計數(shù)滑道板、滑槽、電機、曲柄滑塊機構(gòu)、電磁推拉器、光電傳感器等組成。分類板傾斜設(shè)置且其下方安裝有若干導(dǎo)幣管；導(dǎo)幣管下方設(shè)有計數(shù)滑道板；計數(shù)滑道板上對應(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有圓孔；計數(shù)滑道板為傾斜設(shè)置且上端安裝有電機；曲柄滑塊機構(gòu)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(nèi)，且在推拉板前端有開口設(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。通過廣電傳感器達到計數(shù)目的。硬幣技術(shù)控制機構(gòu)如圖4所示。

圖4 硬幣計數(shù)控制機構(gòu)

1.5 硬幣打包機構(gòu)設(shè)計

硬幣打包機構(gòu)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(shè)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(shè)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(nèi)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(shè)有儲蓋桶，且儲蓋桶與L型板不連接。該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)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(gòu)如圖5所示。

圖5 硬幣打包機構(gòu)

2 硬幣分選包裝機的電氣控制設(shè)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(shù)顯示器和計數(shù)控制器、繼電器模塊。要求實現(xiàn)如下邏輯控制：

在計數(shù)控制器計數(shù)到20的時候?qū)殴芟碌?0 mm行程電磁推拉器啟動將導(dǎo)管內(nèi)的硬幣頂起，雖然由曲柄滑塊機構(gòu)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(xù)出幣，同時打包機構(gòu)開始通電。打包機構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(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。整個打包過程9 s如此循環(huán)即實現(xiàn)連續(xù)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(jié)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(shù)機構(gòu)中，通過計數(shù)滑道傳感器檢測到硬幣信號完成計數(shù)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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目和2016年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃暨新苗人才計劃大學(xué)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(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]，制造業(yè)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(gòu)[P].中國：201520587235.5，2016-01-13.

[4]陳秀寧.機械設(shè)計課程設(shè)計[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年地方高校國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：201611481001）；浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃暨新苗人才計劃大學(xué)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(chuàng)新設(shè)計研究。