自助油炸香蕉售貨機設(shè)計與開發(fā)

董運瑞 胡滿英 魏炎坤 冼棟梁

摘 ?要：隨著人們生活節(jié)奏的加快，人們對于自助售貨機的需求越來越大。與此同時，油炸香蕉作為一種人們所喜愛的食物，人們對于自助油炸香蕉售貨機的需求越來越高。為了能夠為人們提供便利，該文介紹了一種基于臺達PLC控制的自動油炸香蕉售貨機，通過介紹油炸香蕉售貨機的研發(fā)背景、香蕉售貨機結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)地提出了一種自動油炸香蕉售貨機開發(fā)方案，并通過實物搭建驗證了方案的可行性。

關(guān)鍵詞：PLC;驅(qū)動電機;油炸香蕉;售貨機

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

隨著自動售貨機的流行，越來越多的人享受到了自動售貨機帶來的便利。各種各樣的售貨機被開發(fā)出來，也有越來越多的人投入自動售貨機的開發(fā)工作中。目前，市場上存在的自動售貨機大部分以售賣飲料、零食為主。因此，開發(fā)一款自動油炸香蕉售貨機具有廣闊的市場前景。

1 油炸香蕉售貨機結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 整體結(jié)構(gòu)

油炸香蕉售貨機的結(jié)構(gòu)總體分為2個部分，第1部分集香蕉入料、輸送、切割、壓榨、油炸功能于一體，占整機的80%。第2部分是控制元件安裝區(qū)域，占整機空間的20%。實物結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

1.2 香蕉輸送機構(gòu)設(shè)計

香蕉輸送機構(gòu)由一個傳送帶和一個電機組成。傳送帶上設(shè)置有隔板，香蕉放在輸送帶上。隔板的間距約是2.5倍的香蕉直徑，留出足夠的空間放置香蕉，同時可以預防出現(xiàn)彎曲的香蕉卡在隔板間的情況。隔板的高度約為1.5倍香蕉的直徑。輸送帶的寬度選擇要略大于香蕉的平均長度185 mm，因此選用210 mm寬的擋板輸送帶，根據(jù)機器大小選定輸送帶中心距為390 mm。控制電機每轉(zhuǎn)動一次剛好可以出來一根香蕉，即電機每轉(zhuǎn)一次輸送帶轉(zhuǎn)過的距離等于2個隔板間的距離。

1.3 香蕉切段結(jié)構(gòu)設(shè)計

香蕉切段結(jié)構(gòu)由2個部分組成，分別是切段槽和切斷刀。切斷槽上方開口放入香蕉，切成段的香蕉從下方開口通過柔性管道送到下部的油鍋中進行油炸。切段槽是由一根可食用級別的304不銹鋼方管加工制成，方管與地面成一定角度傾斜安裝在機器上。切斷刀安裝在距下方出口1/4長度處，切斷刀安裝在推拉式電磁推桿的推桿上。距切斷刀上方100 mm處安裝一個紅外傳感器，當傳感器檢測到有香蕉時，電磁推桿得電，推桿帶動切斷刀進行往復切斷動作，將香蕉切成等長的香蕉段。

1.4 香蕉段放置結(jié)構(gòu)設(shè)計

定位放置采用XYZ三軸組合形成的龍門式直線模組，該機構(gòu)的穩(wěn)定性和接近性好，直線模組采用絲桿傳動，可傳遞較大扭矩。同時模仿工業(yè)三軸滑臺的模式，將Z軸滑塊與Y軸滑塊用螺栓連接，實現(xiàn)整個Z軸的上下運動完成壓模下壓的動作。

2 油炸香蕉售貨機的控制系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)中，電氣控制主要部分包括臺達PLC DVP48EH00T3、DVP04PT-H2模塊、PT100、伺服電機系統(tǒng)、直流電機系統(tǒng)、電磁閥、傳感器、安卓觸摸屏等。系統(tǒng)設(shè)計思路如圖2所示?？刂屏鞒虉D如圖3所示，總的控制流程是系統(tǒng)初始化，由微信支付成功信號啟動運行，檢測香蕉到達位置后切斷香蕉一次，滑臺移位一次，重復4次直到香蕉切斷完成并且滑臺定位結(jié)束，緊接著等待油炸結(jié)束，壓模擠壓成型啟動出貨推桿。

2.1 香蕉分段控制的設(shè)計

紅外傳感器檢測香蕉，電磁閥推動切刀將普通香蕉切成香蕉段，一般能分成4段。

2.2 炸籃定位控制的設(shè)計

PLC控制三軸滑臺的直線運動模塊對香蕉片進行定位放置，伺服驅(qū)動器和電機構(gòu)成的伺服系統(tǒng)能夠達到精確定位的要求。其中由X軸與Y軸完成定位動作，由Z軸完成壓模動作。

2.3 PLC控制的設(shè)計

PLC運行給伺服驅(qū)動器發(fā)送高頻脈沖和方向信號，通過調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器的電子齒輪比，能夠精確地控制電機的轉(zhuǎn)速和位置，從而實現(xiàn)滑塊定位。臺達PLC DVP48EH00T3具有4組高速脈沖輸出，增加了多種運動控制指令，支持絕對定位、相對定位以及直線或圓弧插補運動控制功能。除此之外，還支持PLC-LINK、RS-485通信功能，無須額外的通信擴充模塊。

2.4 PID油溫控制的設(shè)計

現(xiàn)場制作油炸香蕉，需要對油溫進行較好的控制。根據(jù)實際要求并結(jié)合臺達PLC的功能，搭配DVP04PT-H2模塊和PT100控制油溫，其中主要是利用臺達PLC的PID指令功能來實現(xiàn)油鍋的溫控。其中PID油溫控制的關(guān)鍵在于對P、I、D等參數(shù)的整定。在整定PID控制器參數(shù)時，為了減少需要整定的參數(shù)，可以根據(jù)控制器的參數(shù)與系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能之間的定性關(guān)系，先采用比例積分控制器，反復調(diào)節(jié)比例系數(shù)和積分時間，例如出現(xiàn)消除誤差的速度較慢的情況時，可以適當減小積分時間，增強積分作用;如果超調(diào)量仍然較大，可以考慮加入微分控制器，微分時間從0逐漸增大，反復調(diào)節(jié)控制器的比例、積分和微分部分的參數(shù)。最后得出符合工程實際需要的目標整定參數(shù)，并通過PLC定時和復位指令的嵌套控制繼電器，從而滿足油溫相對穩(wěn)定的要求。

2.5 壓模成型的設(shè)計

工藝上，在扭矩模式下控制伺服電機穩(wěn)定輸出50N·m，帶動壓模部件往下20 mm將香蕉段擠壓成型。

2.6 自助售貨支付的設(shè)計

考慮到實際生產(chǎn)需要，選擇了安卓觸摸屏進行人機交互。在安卓觸摸屏上自主開發(fā)了微信支付平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)快速掃碼支付;通過RS-485串口+Modbus通信協(xié)議與PLC進行通信，直接修改讀取PLC相關(guān)寄存器的數(shù)據(jù)，從而達到對系統(tǒng)進行監(jiān)控的效果。

3 結(jié)論

該項目搭建了一款自動化油炸香蕉售貨機，采用PLC作為主控設(shè)備完成對香蕉的切段、定位、油炸、壓模的操作流程，搭配安卓觸摸屏構(gòu)建微信支付平臺并顯示過程數(shù)據(jù)。

參考文獻

[1]許傳遠，王東瑞，蔡宇，等.基于PLC的溫度PID控制的研究與設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（25）：147.