基于PLC控制硬币分选计数包装机的设计

汪佳成，闫发，付龙泽，曹鹏瑶，祝铭力

（浙江水利水电学院，浙江杭州310018）

基于PLC控制硬币分选计数包装机的设计

汪佳成，闫发，付龙泽，曹鹏瑶，祝铭力

（浙江水利水电学院，浙江杭州310018）

为解决大批硬币清点问题，研发了硬币分选计数包装机，提升了硬币清点效率，降低了劳动强度。该硬币分选装置机械结构巧妙，稳定性好，制作成本低，对开发同类产品具有一定借鉴意义。

硬币包装机；结构设计；PLC；智能包装

随着无人售票、自动售货机的推广，硬币流通量大大增加，特别是公交公司、超市等每天要对大量硬币进行分类，工作量巨大。虽然市场上已经有各种硬币分类机，但由于价格昂贵，一次分离量少等原因，目前国内仍普遍采用人工处理的方式[1]。为解决这一现状研发了硬币分选包装一体机。

1 硬币分选包装机的结构设计

1.1硬币分选包装机功能规划[2]

研发的硬币分选包装机具有将硬币自动分类、计数、包装、假币识别四个基本功能，从而减少劳动力，提高生产效率。该装置工作过程如下：首先将大量需要分选和打包的硬币倒入漏斗，下部风车叶片的旋转使漏斗下方的硬币依次进入分币滑道，依靠硬币自身重力自动分选硬币，使硬币通过直径不同的分币孔掉进相应导币管（在假币检测装置中将假币吐出导币管不进行计数），并从相应导币管内由一曲柄滑块机构带动的推拉板依次推出进入计数通道。记数功能由计数通道末端的光电传感器实现，并由此实现硬币下落中止，通过电气控制模块控制其有序的打包流程。装置的三维造型如图1所示。

图1 硬币分选包装机三维图

1.2 硬币自动导入机构设计

硬币自动导入机构主要由料仓、储存柱、撑片、底片、电机、旋转风车、导向漏斗、分离板、输送槽等组成，料仓下方一体式设置有储存柱，储存柱上安装有撑片，储存柱下方设有底片，底片与储存柱之间留有空隙，旋转风车中部连接于电机，旋转风车端部置于底片与储存柱之间，且旋转风车与储存柱之间留有空隙，底片旁设置有导向漏斗，导向漏斗与分离板相接，具体的说导向漏斗内壁与分离板上的输送槽相接，且导向漏斗内壁沿输送槽方向倾斜向下[3]。硬币自动分选机构如图2所示。

图2 硬币自动分选机构

1.3 硬币自动分选机构设计

硬币自动分选机构主要由分离板、输送槽、选币凹槽一、落币口一、选币凹槽二、落币口二、落币口三、导管等组成，分离板呈方形，且表面开有向左下延伸的输送槽，输送槽上端开通，下端端部封闭，输送槽下端依次加工有宽度分别为20 mm的选币凹槽一与21 mm的选币凹槽二，选币凹槽一末端开通有宽度为20 mm的落币口一，选币凹槽二末端开通有宽度为21 mm的落币口二，选币凹槽一与选币凹槽二的一侧壁与输送槽一侧壁在同一平面上，输送槽末端开通有宽度为26 mm的落币口三，与选币口一、选币口二与选币口三下方均设置有对应设置的导管以便硬币自动分选。硬币分离板如图3所示。

图3 硬币分离板

1.4 硬币计数控制机构的设计

硬币计数控制机构主要由计数机构，包括分类板、导币管、计数滑道板、滑槽、电机、曲柄滑块机构、电磁推拉器、光电传感器等组成。分类板倾斜设置且其下方安装有若干导币管；导币管下方设有计数滑道板；计数滑道板上对应导币管相应设有若干滑槽，导币管下方的滑槽上开有圆孔；计数滑道板为倾斜设置且上端安装有电机；曲柄滑块机构包括带动片与推拉板，带动片连接电机；推拉板有若干个，且置于滑槽内，且在推拉板前端有开口设置的U形槽；圆孔下方安装有电磁推拉器，电磁推拉器上安装有电磁推杆，且电磁推杆与圆孔对应，在滑槽末端相接有导轨，在滑槽与导轨的相接处均安装有一光电传感器。通过广电传感器达到计数目的。硬币技术控制机构如图4所示。

图4 硬币计数控制机构

1.5 硬币打包机构设计

硬币打包机构主要由下底板、电磁推拉器一、电磁推拉器二、上底板、进币口、储桶管、打包桶、电磁推拉器三、电磁推拉器四、L型板、储盖桶，所述的下底板与上底板均呈L形，且相互平行，下底板上设有电磁推拉器一与电磁推拉器二，上底板在拐角出开有进币口，进币口旁设有储桶管，其安装于上底板，且储桶管在上底板处向下开通。储桶管内放置有若干打包桶，储桶管上安装有电磁推拉器三，上底板上还安装有电磁推拉器四，且电磁推拉器四端部安装L型板，L型板上方设有储盖桶，且储盖桶与L型板不连接。该机构具有结构简单，操作方便，硬币打包效率高，省时省力等特点[4]。硬币打包机构如图5所示。

图5 硬币打包机构

2 硬币分选包装机的电气控制设计

硬币分选包装机由24 V直流电源供电，主要电器包括电磁推拉器、光电传感器、计数显示器和计数控制器、继电器模块。要求实现如下逻辑控制：

在计数控制器计数到20的时候导币管下的10 mm行程电磁推拉器启动将导管内的硬币顶起，虽然由曲柄滑块机构带动的推拉板依旧在运动但是因为硬币被顶起从而无法继续出币，同时打包机构开始通电。打包机构通电1 s后控制电磁推拉器a动作一次，推送一打包盖就位此过程为2 s；打包机构通电4s后电磁推拉器b通电运动一次，将盖子压实，此过程为1 s；打包机构通电6 s后电磁推拉器c动作一次，将打包完毕的硬币桶推出，此过程为1s；打包机构通电8 s后电磁推拉器d运动一次，将空桶推入固定位子，此过程为1 s；9 s时间到，导管下的推拉杆退回，硬币下降遇到往复推拉板从而被带出。整个打包过程9 s如此循环即实现连续工作。

此部分逻辑控制主要通过PLC程序控制，PLC型号西门子S7-200，PLC梯形图如6所示。硬币分选包装机I/O地址分配表如表1所示。

图6 PLC梯形图

表1 硬币分选包装机I/O地址分配表

3 结束语

样机试制出来后通过一批不同面值的硬币进行了实验，硬币从漏斗进入后顺利的通过筛选滑道完成分类，进入计数机构中，通过计数滑道传感器检测到硬币信号完成计数工作，通过PLC控制完成硬币存储桶出盖、压盖、输送、推出空桶这一系列动作，完成打包工作。硬币分选包装机工作顺畅，智能化程度高，大大提升了硬币分选效率，降低了劳动强度与成本，因此，该硬币分选包装机具有一定市场推广价值。同时该硬币分选包装机申报并获批了2016年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目和2016年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划大学生科技成果推广项目。

[1]钟伟，张建国.基于PLC控制的全自动硬币包装线系统设计与实现[J]，制造业自动化，2011（6）：148-149.

[2]卢孔宝，虞玲玲，陆铭.一种硬币自动分选包装机[P].中国：201520609067.5，2015-12-30.

[3]卢孔宝，王博华，朱晔.一种硬币分类存储机构[P].中国：201520587235.5，2016-01-13.

[4]陈秀宁.机械设计课程设计[M].杭州：浙江大学出版社，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年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：201611481001）；浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划大学生科技成果推广项目（编号：2016R434012）

汪佳成（1995-），男，浙江杭州人，本科，主要从事机械创新设计研究。