一种基于PLC控制的酒店自动传菜机的结构设计与控制

刘风;卜祥安

【摘 要】为了改变酒店传统的人工传菜方式,提出了一种自动传菜机的结构设计方案,井进行了各零部件的三维造型和装配,提出了简单可行的PLC控制方式,卫生、节能、高技,易于安装和操作,为餐饮行业进一步提高自动化程度提供了新思路. 【期刊名称】《机电产品开发与创新》 【年(卷),期】2011(024)005 【总页数】3页(P62-)

【关键词】自动传菜机;结构设计;三维建模;PLC控制 【作 者】刘风;卜祥安

【作者单位】德州科技职业学院,山东德州251200;德州科技职业学院,山东德州251200

【正文语种】中 文 【中图分类】TP27

目前，在各类酒店里，要把厨师做好的菜送到不同的楼层，主要依靠传菜电梯，而且其应用相对来讲已经较为普遍。但是，在同一楼层中，要把一道道美味佳肴送到客人的餐桌上，仍然是依靠服务员往来穿梭于各个餐桌之间，这种传菜方式不但增加了从厨房到餐桌之间的环节，增加了菜品污染的机会，而且效率相对较低；另外，由于服务员的存在，还会使酒店的空间显得更加拥挤；更为重要的是，支付服务员的工资也是酒店一笔不小的支出。

相对而言，对于能够把菜品直接送到客人餐桌上的自动传菜机，却很少有人研究，相关的文献资料也并不多见。对此，本文提出了一种基于PLC控制的自动传菜机方案，并利用大型三维软件Pro/E进行了结构设计造型，最后把实体模型导入到3DMAX中进行了动画仿真演示。该方案制作简单，只需在现有酒店的基础上，稍加改装，就能实现，能够节省成本，提高效率和卫生标准。

该系统在结构上借鉴了传送带和乘客电梯的控制原理，总体结构方案如图1所示，在系统中，通过在酒店的天花板上安装一条封闭式的循环轨道，菜盘采用一种专门设计的机械手抓持，机械手臂上部的滚轮与轨道的滑槽配合，悬挂在轨道体下面，并能沿轨道移动[1]。厨师把菜做好后，通过按压控制面板上与目标餐桌相对应的数字按钮，机械手就可以在PLC控制下，按一定的速度移动到指定餐桌的正上方，然后，机械手的升降机构开始动作，菜品下降到餐桌上，机械手完成松开动作后，再上升到原位置，等待下一个指令。

需要注意的是，图1中为便于观察和说明，没有对天花板进行造型，而只是做出了传菜轨道，在餐桌设置上也只是以5个席位为例。在实际应用中，可以根据酒店的实际面积和餐桌数量，设置相应的轨道和送菜目标位置，在轨道上也可以设置多个菜盘抓取机械手，每个机械手的距离与实际桌位的距离相同，这样轨道在每次运行过程中，实现给多个餐桌送菜的目的。

本自动传菜机在结构设计上涉及较多的细节，本文仅针对其中的两个关健部位加以说明，一是抓取菜盘的机械手的结构；二是机械手臂与天花板上的滑槽处的联接部位。

抓取菜盘机械手如图2所示，主要有抓取手指、松开或夹紧控制杆、升降杆以及联接销钉等组成，其中抓取手指与升降杆用圆柱销连接，在松开夹紧控制杆上的滑槽处也用圆柱销连接，这样三个构件之间利用滑槽的作用，实际上形成了一个四杆机构。当升降杆处于目标位置时，松开夹紧控制杆向上移动，手指收紧，抓取菜盘；

当松开夹紧控制杆向下移动，手指松开，放下菜盘。

如上面所述，传菜机的轨道是安装在餐厅的天花板上，其结构设计与安装方法如图3所示 （图示轨道只做出了一个截面）。轨道按照餐桌的布局，做成相应的形状，用螺栓固定。轨道与升降杆之间依靠升降杆上的两个滚轮实现相对滚动。在轨道上与两个滚轮接触处可以嵌入导电电线，两个滚轮上装有触头，分别作为正负极，为升降杆上安装的电机输入电源。

各部位的造型完成后，进行装配，并在3DMAX软件中进行运动演示[2]。 自动传菜机的控制部分采用PLC控制，控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC单元构成，PLC用来完成对传菜机曳引电机及升降的起动、加减速、停止、运行方向、桌号显示、安全保护等指令信号进行管理和控制功能。 变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成。三相电源 R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测传菜机的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部给定速度相比较，从而调节变频器输出频率及电压，使传菜机的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节传菜机速度的目的[3]。

输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由指令控制、桌号选择、升降杆升降、上下强迫换速开关等单元构成。

目标桌号指令单元，用来对各桌号的指令信号进行登记、记忆和消除；保证传菜机在各桌位停靠时准确；上下限强迫换速开关，用于保护传菜机的运行安全；桌号及方向指示单元，包括上下行方向指示灯、桌号指示灯等，目前的方向及数字指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式。

具体设计与载客电梯的控制方式基本相似，其不同之处是电梯尚有内部请求呼叫和外部呼叫之分，需设置多处控制面板，而自动传菜机只需要有一处控制面板，置于

厨房出口处即可。针对餐桌数量，在控制面板上设置相应的数字，送菜时只需要按相应送菜目标餐桌所代表的数字，PLC控制器即可发出指令，把菜送到相应的目标餐桌上。现以7个餐桌位为例，加上厨房位置，共8个控制位置，给出了送菜机械手的I/O接线如图4所示。

（1）送菜机械手开始应能停留在任意一个到位开关的位置上。

（2）假设厨房位置为4号位置，现送菜机械手暂停于m号餐桌位 （SQm为ON）处，这时厨房 （4号工作台）呼叫，即SBn为ON，当m>n时，送菜机械手下行，直至SQ4动作，到位停车。即送菜机械手所停位置SQ的编号大于呼叫按扭SB的编号时，送菜机械手往左行运行至呼叫位置后停止。 （3）当m<4时，送菜机械手上行，直至SQ4动作，到位停车。 （4）当m=4，即小车所停位置等于呼叫号时，送菜机械手原位不动。 （5）小车运行时呼叫无效。

（6）具有上行、下行指示，原点不动指示[4]。其具体程序设计如图5所示。 另外，还有升降控制单元，用于控制升降杆的上升和下降，在自动定向完成或平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成升降动作[5]，具体接线和程序图（略）。 本文提出了一种酒店专用自动传菜机的结构设计方案和三维模型，并给出了可行的控制方式，简单、卫生、高效、成本低，可望能使餐饮业的传菜方式有一个较大的转变。首先，中国是餐饮大国，从事传菜生工作的人口在餐饮业从业人员中占有不小的比例。自动传菜机的设计和应用，能把这些从业人员解脱出来。其次，因自动传菜机在安装后能使用多年，这对于餐饮业商家来说，也能节省一笔不菲的开支。从经济效益上来说，具有很好的开发、研究价值。

在技术上，还可以把上述自动传菜机与现行的传菜电梯结合起，当传菜电梯达到指定楼层并停靠后，该楼层的传菜机械手通过机械实现不同楼层之间的自动传菜功能，

使餐饮行业在自动化方面迈上一个新的台阶。

【相关文献】

[1]二代龙震工作室.Pro/Mechanism Wildfire 3.0/4.0机构/运动分析[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]黄心渊.3DS Max三维动画教程[M].北京：人民邮电出版社,2008. [3]程周.电气控制与PLC原理及应用[M].电子工业出版社，2009. [4]郭艳萍.电气控制与PLC应用[M].北京：人民邮电出版社,2010.

[5]董增文.机械电子工程基于通用变频器的电梯PLC控制系统的设计[D].江西南昌：南昌大学，2007.