基于PLC的智能餐桌控制系統設計

李銀露，劉浩，陶銀浩

(南京機電職業技術學院，江蘇 南京 211306)

0 引言

在經濟飛速發展和科技不斷進步的時代，人民生活質量不斷提高，對餐飲的需求也越來越高。現在飲食行業都開始向智能化靠攏，不少商家開始使用智能餐桌，而其也慢慢走進了人們的家居中。現在人們對菜品的美味固然很看重，但就餐過程中的體驗也越來越受到人們的關注[1]。為此設計一款基于PLC控制的多功能智能餐桌。

1 系統需求分析

1.1 基本思路

針對目前市場上的餐桌功能單一而傳統，設計了這款智能旋轉多功能餐桌。采用機械手加旋轉桌面的形式，配合傳送帶完成全智能化就餐。整個系統主要包括四大部分：第一部分為帶有可加熱功能的旋轉餐桌，實現餐桌自動旋轉和菜肴保溫；第二部分為關節式機械手，機械手可在平面區域內完成傳菜功能；第三部分是傳送帶，實現菜品傳輸；第四部分是觸摸屏，實現人機交互。

1.2 技術說明

1)全自動旋轉餐桌改變了傳統餐桌手動控制玻璃旋轉臺旋轉的方式，突破傳統設計思路，采用圓桌與機械臂相結合的控制方式，更體現了當今社會的智能化主題。

2)通常就餐時酒水在桌子一邊，其他人在平分和添加酒水時會出現“夠不著”的情況，這樣不但缺乏禮貌，而且極易引發尷尬。為了解決這個問題，本文設計了自助添酒(同時包括倒水倒飲料)的功能，轉盤上設有多個多種杯槽，只要顧客將自己的杯子放入特定的杯槽中，機械臂上的傳感器識別到杯子后就會向其加入指定的酒水或飲料，完全由機械手臂端茶倒水、操縱方便、安全可靠。

3)傳統的餐桌很容易因顧客就餐時間長或環境溫度低造成飯菜變涼現象，使人極為掃興。所以本文設計的餐桌的轉盤底部還安裝了加熱系統，實現了自動保溫的功能，使就餐更舒適安心。

4)為了減少人力，提高上菜效率，避免服務員上菜時菜品灑出造成燙傷等意外情況，本文通過傳送帶實現了自動傳菜的功能，既避免意外發生又讓人感到科技感十足[2]。

5)此外還增加了多關節機械手，實現了飯菜從傳送帶到餐桌的搬運功能。

2 系統組成及結構設計

PLC控制的自動智能餐桌由旋轉部分、機械手、溫控部分、氣泵、水泵、傳送帶等六部分組成。智能餐桌的結構示意圖如圖1所示。

1)桌面分為固定桌面與旋轉桌面

旋轉桌面劃分兩大區域、3個半徑：兩大區域分別是常溫區域與加熱區域；3個半徑是3種不同飲料的放置范圍。3種飲料以雪碧、可樂、芬達為例。

2)溫控部分

由加熱絲、繼電器組成。加熱絲盤繞在桌面的加熱區域，由銅片覆蓋在加熱絲上面。加熱絲由PLC通過繼電器控制加熱。

3)機械手

機械手安裝在機臺突出的平臺上，步進電機安裝在底座，可以帶動整個機械手360°旋轉；大臂與小臂也是通過步進電機帶動，進行插補運動，快速、高效地運動到指定位置。

4)傳送帶

傳送帶由皮帶、連軸器、步進電機等三部分組成。傳送帶靠近餐桌的一端安裝光電傳感器，光電傳感器用來檢測餐盤位置及向機械手傳遞取餐盤信號。當有餐盤到位信號時，傳送帶停止運轉；無餐盤到位信號時，傳送帶繼續運轉。

5)系統控制柜包括：PLC、伺服驅動器、伺服電機、步進驅動器、步進電機、水泵[3]。控制系統結構示意圖如圖2所示。

圖2 控制系統結構框圖

3 硬件電路設計

該系統硬件主要由DVP28SV211T PLC、ASD-A0421-AB伺服驅動器、ECMA-C30604PS伺服電機、水泵、機械手、加熱絲、傳送帶及光電傳感器組成[4]。臺達PLC用來控制圓盤的轉動，光電傳感器用來觸發機械手使機械手將酒水添加到合適的杯中，最終完成自助添加酒水的任務。電磁導熱板給飯菜加溫使其始終保持40 ℃的合適溫度。

3.1 I/O分配

根據控制要求分配系統所需要的輸入與輸出。I/O分配如表1所示。

表1 I/O分配表

3.2 I/O接線圖

根據PLC主機輸入輸出分配，繪制PLC外部接線圖如圖3所示[5]。

根據PLC擴展輸入輸出分配，繪制PLC外部接線圖如圖4所示。

圖4 外部接線圖(擴展)

4 程序設計

首先按下啟動開關，系統啟動，轉盤旋轉，旋轉餐桌采用伺服驅動器進行驅動，利用齒輪減速器進行減速。然后調整機械手和旋轉餐桌進行原點回歸，觸摸屏上的按鈕分別控制各個軸的點動，機械手的精確定位，由3個步進電機控制，減速器進行減速。所有準備工作完成之后，開始用餐。廚房做好的飯菜會通過傳送帶運輸到餐桌旁，傳感器檢測到餐盤后，PLC控制機械手移動到指定位置，控制氣爪的伸縮將餐盤牢牢夾住并傳送到餐桌上，用餐過程中想倒酒水飲料，只需將杯子放到指定的槽中，當傳感器檢測到杯子后，在PLC的控制下機械手會根據需要給客戶添加不同的酒水。就餐時需要保溫的飯菜可以放在加熱區進行保溫。自動智能餐桌的流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

5 人機交互界面

本文采用臺達DOP-BO7SS411觸摸屏，全過程皆可通過觸摸屏進行監控和手動調節。這里主要對點動畫面和主畫面進行說明[6]。點動畫面設置了桌面旋轉順時針和逆時針按鈕，機械手大臂點動正反向兩個按鈕，機械手小臂點動正反向兩個按鈕，實現對機械手的手動控制。主畫面分為兩大區域，操作面板和狀態顯示。操作面板上設有啟動按鈕、停止按鈕控制設備的啟停，傳送帶運行按鈕控制傳送帶的運行，加熱按鈕實現保溫功能。狀態顯示部分設置有加熱的顯示指示燈，報警指示燈，餐桌旋轉指示燈、傳菜指示燈以及雪碧、可樂、芬達3種類型的飲料指示燈。觸摸屏畫面如圖6所示。

1—機械手大臂點動；2—機械手小臂點動；3—頁面跳轉按鈕；4—桌面旋轉；5—按鍵(進入下一頁面)；6—操作面板；7—狀態顯示；8—運行狀態。

6 結語

根據設計制作試驗樣機并試運行后發現，此餐桌控制系統性能穩定，操作簡單，參數設定方便快捷，所有控制均可通過觸摸屏由軟件實現，能夠滿足控制要求，可實現餐桌的多功能化和智能化，為人們提供更為舒適的就餐體驗。樣機實物圖如圖7所示。后期還可添加自助點餐、清洗餐具，在觸摸屏中加入點菜智能語音等功能，使就餐更加舒適安心。

圖7 樣機實物