自助油炸香蕉售货机设计与开发

董运瑞 胡满英 魏炎坤 冼栋梁

摘  要：随着人们生活节奏的加快，人们对于自助售货机的需求越来越大。与此同时，油炸香蕉作为一种人们所喜爱的食物，人们对于自助油炸香蕉售货机的需求越来越高。为了能够为人们提供便利，该文介绍了一种基于台达PLC控制的自动油炸香蕉售货机，通过介绍油炸香蕉售货机的研发背景、香蕉售货机结构设计、控制系统设计，系统地提出了一种自动油炸香蕉售货机开发方案，并通过实物搭建验证了方案的可行性。

关键词：PLC;驱动电机;油炸香蕉;售货机

中图分类号：TP273               文献标志码：A

随着自动售货机的流行，越来越多的人享受到了自动售货机带来的便利。各种各样的售货机被开发出来，也有越来越多的人投入自动售货机的开发工作中。目前，市场上存在的自动售货机大部分以售卖饮料、零食为主。因此，开发一款自动油炸香蕉售货机具有广阔的市场前景。

1 油炸香蕉售货机结构设计

1.1 整体结构

油炸香蕉售货机的结构总体分为2个部分，第1部分集香蕉入料、输送、切割、压榨、油炸功能于一体，占整机的80%。第2部分是控制元件安装区域，占整机空间的20%。实物结构如图1、图2所示。

1.2 香蕉输送机构设计

香蕉输送机构由一个传送带和一个电机组成。传送带上设置有隔板，香蕉放在输送带上。隔板的间距约是2.5倍的香蕉直径，留出足够的空间放置香蕉，同时可以预防出现弯曲的香蕉卡在隔板间的情况。隔板的高度约为1.5倍香蕉的直径。输送带的宽度选择要略大于香蕉的平均长度185 mm，因此选用210 mm宽的挡板输送带，根据机器大小选定输送带中心距为390 mm。控制电机每转动一次刚好可以出来一根香蕉，即电机每转一次输送带转过的距离等于2个隔板间的距离。

1.3 香蕉切段结构设计

香蕉切段结构由2个部分组成，分别是切段槽和切断刀。切断槽上方开口放入香蕉，切成段的香蕉从下方开口通过柔性管道送到下部的油锅中进行油炸。切段槽是由一根可食用级别的304不锈钢方管加工制成，方管与地面成一定角度倾斜安装在机器上。切断刀安装在距下方出口1/4长度处，切断刀安装在推拉式电磁推杆的推杆上。距切断刀上方100 mm处安装一个红外传感器，当传感器检测到有香蕉时，电磁推杆得电，推杆带动切断刀进行往复切断动作，将香蕉切成等长的香蕉段。

1.4 香蕉段放置结构设计

定位放置采用XYZ三轴组合形成的龙门式直线模组，该机构的稳定性和接近性好，直线模组采用丝杆传动，可传递较大扭矩。同时模仿工业三轴滑台的模式，将Z轴滑块与Y轴滑块用螺栓连接，实现整个Z轴的上下运动完成压模下压的动作。

2 油炸香蕉售货机的控制系统设计

系统中，电气控制主要部分包括台达PLC DVP48EH00T3、DVP04PT-H2模块、PT100、伺服电机系统、直流电机系统、电磁阀、传感器、安卓触摸屏等。系统设计思路如图2所示。控制流程图如图3所示，总的控制流程是系统初始化，由微信支付成功信号启动运行，检测香蕉到达位置后切断香蕉一次，滑台移位一次，重复4次直到香蕉切断完成并且滑台定位结束，紧接着等待油炸结束，压模挤压成型启动出货推杆。

2.1 香蕉分段控制的设计

红外传感器检测香蕉，电磁阀推动切刀将普通香蕉切成香蕉段，一般能分成4段。

2.2 炸篮定位控制的设计

PLC控制三轴滑台的直线运动模块对香蕉片进行定位放置，伺服驱动器和电机构成的伺服系统能够达到精确定位的要求。其中由X轴与Y轴完成定位动作，由Z轴完成压模动作。

2.3 PLC控制的设计

PLC运行给伺服驱动器发送高频脉冲和方向信号，通过调节伺服驱动器的电子齿轮比，能够精确地控制电机的转速和位置，从而实现滑块定位。台达PLC DVP48EH00T3具有4组高速脉冲输出，增加了多种运动控制指令，支持绝对定位、相对定位以及直线或圆弧插补运动控制功能。除此之外，还支持PLC-LINK、RS-485通信功能，无须额外的通信扩充模块。

2.4 PID油温控制的设计

现场制作油炸香蕉，需要对油温进行较好的控制。根据实际要求并结合台达PLC的功能，搭配DVP04PT-H2模块和PT100控制油温，其中主要是利用台达PLC的PID指令功能來实现油锅的温控。其中PID油温控制的关键在于对P、I、D等参数的整定。在整定PID控制器参数时，为了减少需要整定的参数，可以根据控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，先采用比例积分控制器，反复调节比例系数和积分时间，例如出现消除误差的速度较慢的情况时，可以适当减小积分时间，增强积分作用;如果超调量仍然较大，可以考虑加入微分控制器，微分时间从0逐渐增大，反复调节控制器的比例、积分和微分部分的参数。最后得出符合工程实际需要的目标整定参数，并通过PLC定时和复位指令的嵌套控制继电器，从而满足油温相对稳定的要求。

2.5 压模成型的设计

工艺上，在扭矩模式下控制伺服电机稳定输出50N·m，带动压模部件往下20 mm将香蕉段挤压成型。

2.6 自助售货支付的设计

考虑到实际生产需要，选择了安卓触摸屏进行人机交互。在安卓触摸屏上自主开发了微信支付平台，能够实现快速扫码支付;通过RS-485串口+Modbus通信协议与PLC进行通信，直接修改读取PLC相关寄存器的数据，从而达到对系统进行监控的效果。

3 结论

该项目搭建了一款自动化油炸香蕉售货机，采用PLC作为主控设备完成对香蕉的切段、定位、油炸、压模的操作流程，搭配安卓触摸屏构建微信支付平台并显示过程数据。

参考文献

[1]许传远，王东瑞，蔡宇，等.基于PLC的温度PID控制的研究与设计[J].山东工业技术，2019（25）：147.