基于PLC的硬币分拣控制系统设计

陈晓红+徐艺

摘要：为解决数量较大的硬币自动分拣，降低分拣劳动强度和增加分拣准确率，设计了一个基于PLC的硬币分拣控制系统。系统由机械分拣部分，电气控制部分和触摸屏组成，能够实现对5角和1元硬币进行分拣、计数、监控功能。使用红外线反射传感器对硬币进行检测，PLC对系统进行控制，触摸屏监视系统工作状态并显示硬币数量。该系统最终实现了对硬币的成功分拣和计数，达到了预定目标。

关键词：硬币分拣；红外线传感器；PLC；触摸屏

中图分类号：TP273文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.003

0引言

硬币广泛使用于公共交通、商品零售（自动/人工）等服务领域。由于硬币体积小、不易损坏、便于保存和收纳的特点，人民群众乐于使用硬币乘坐公共交通和購买小额商品；商家在人工或自动找补时，同样也首选硬币。大量的使用硬币会带来令商家和银行头疼的问题——清点硬币。目前市面上已经存在大量硬币清点设备，如日本GLORY公司WR-400C型硬币点算包装机，LAUREL公司LAC-16、劳雷尔LPS-25等包括硬币分拣和包装的大型一体式处理设备[1]。国内温州星耀电子有限公司生产的YT-518硬币清分机，每分钟可以清点1500枚硬币[2]。

本文在充分考虑已有硬币分拣机机械结构和控制方案后，提出一种成本较低的基于PLC的硬币分拣控制系统；希望在能够满足基本分拣功能的同时，实现清点数量、过程监控和数据保存功能；在满足基本功能的同时兼顾成本。

1机械结构选择

项目重点在于控制系统的设计，机械结构选择目前已有成熟类型，如隔板式、差孔筛选式、振动式等，它们共同的特点是利用5角与1元硬币大小不同进行分拣。除此之外，还可利用硬币颜色和材质不同进行分拣，但所需传感器成本较高，安装和维护难度较大。

隔板式结构是目前低成本硬币分拣设备使用较多的机械结构方案如图1所示。图1由两部分构成：电机及传动带、分拣轨道。硬币由前侧放入传送带，电机正转带动传送带运行，并将待分拣硬币送至分拣轨道前端[3]。

分拣轨道向下倾斜一定角度，由活动挂扣与传送带侧板连接，并可手动调整倾斜角度，使得硬币可以顺畅下滑。分拣轨道表面根据5角、1元硬币大小挖孔，小孔在前，大孔在后，便于硬币分类。孔下连接两条与硬币规格相符的下滑轨道，引导分拣后的硬币滑向分类存储箱。

2控制系统设计

2.1传感器方案选择

本方案传感器主要用于对分拣以后的硬币进行计数。传感器的选择需要考虑轨道材质透明度，安装与维护是否方便，控制成本，抵抗环境因素干扰的问题。光纤传感器、磁性传感器、红外线传感器在实际生产中大量的被应用于需要对器件进行计数的场合。

光纤传感器结构紧凑、灵敏度高、检测频率高、灰度可调，但成本较高。目前市面上国产光纤头配套转换器价格在150元左右，进口产品价格是国产价格的3～5倍左右。磁性传感器主要用于被测物体带有磁性的场合，硬币本身不带磁性，所以无法检测。红外线反射式或对射式传感器成本较低，安装方便，且监测距离可调，但要求被测物体不透明。

综合上述常用传感器的优缺点，并结合轨道透明度状况，项目使用红外线反射式传感器对分拣后硬币进行计数（24 V、100 mA、NPN型）。传感器安装于透明滑轨底部，当硬币落入滑轨后经过传感器，由控制器采集传感器型号进行计数。

2.2控制方案确定

控制系统选用S7-200系列224CN AC/DC/RLY型号PLC，配合基本按钮、指示灯、继电器和硬币检测红外线传感器对系统进行控制；采用触摸屏对硬币数量和工作过程进行监视。电气原理图及输入/输出分配情况如图2所示。

3程序设计

3.1PLC程序设计

程序设计主要考虑系统启动/停止，基本计数功能，工作状态指示，上位机监视/控制功能等。计数功能为核心功能，梯形图如图3所示。图3中Q0.0线圈为系统功能启动线圈，I0.3为传感器输入信号，为实现准确计数采用获取信号上升沿指令进行串联，最终实现计数功能。复位信号来自于复位按钮I0.1，触摸屏复位信号M2.3，以及初始化复位信号SM0.1。

3.2触摸屏监控界面

项目采用北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套触摸屏。该产品主要用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制[4]。根据硬币分拣控制系统的监控要求，设计的触摸屏窗口。窗口需具备系统启动/停止功能，硬币数量显示功能，数量上限报警/复位功能，工作状态指示功能。触摸屏控件分布如图4所示。

4结语

根据电路原理图进行系统电气装配。装配过程中注意电气元件数量、型号、规格，检查电气元件质量。电气元件的安装方法按照器件的使用说明要求，做到安装牢固，不松动。接线时选择最短路线进行接线，走线时每根导线都要拉直，多余部分弯成弧形置于走线槽内，不可乱作一团。

电气装配完成后启动系统进行测试，分别测试按钮启动/停止，触摸屏监视/控制功能。经过测试，系统能够达到硬币分拣控制功能，并输出显示硬币数量。

参考文献：

[1]宋艳丽.简单硬币分离装置的设计[J]. 现代制造技术与装备，2016（7）.

[2]宋祥德.硬币清分计数拣伪一体机的研究与设计[D]. 西安：陕西科技大学.2011.

[3]王晓梅.滑块式分拣机道岔执行机构的设计[J].机床与液压，2012（16）：47.

[4]侯荣国，许云理，冯延森，等. 基于MCGS组态软件的自动化立体仓库控制系统的开发[J].机械设计与制造，2012（1）：77.

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