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本文作者：潘啟軍作者單位：韶關(guān)市光柵測(cè)量控制技術(shù)研究所

0引言

在中小城市中普遍使用的燙金機(jī)，功能相對(duì)簡單且使用率高，存在著較高的安全隱患。由于客戶對(duì)交貨工期的要求和印刷品的規(guī)格品種繁多，對(duì)燙金機(jī)的合壓速度和其他工藝提出了更高的要求。由于印刷品的季節(jié)性比較強(qiáng)，同一時(shí)期、印刷同一類產(chǎn)品數(shù)量很多，相應(yīng)要較多的設(shè)備才能完成任務(wù)。如果一機(jī)能多用，就能顯著地提高設(shè)備的利用率，擴(kuò)大產(chǎn)能。因此，筆者對(duì)燙金機(jī)的數(shù)控技術(shù)進(jìn)行了改造。

1改造的實(shí)施方案

改造前，機(jī)器的性能如下：①采用腳踏開關(guān)控制離合，從而控制合壓；②當(dāng)壓痕完成后，由人工計(jì)數(shù)；③電機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)整，合壓的速度無法改變，不能很好地滿足工作需求；④采用行程開關(guān)來保證安全，當(dāng)手接觸行程開關(guān)時(shí)，由于慣性，手容易受傷，其安全保護(hù)機(jī)構(gòu)不完善。整個(gè)操作過程中要求壓痕操作工全神貫注，手腦并用，勞動(dòng)強(qiáng)度大；要想熟練使用，必須經(jīng)長時(shí)間磨練，培訓(xùn)費(fèi)用高；手工操作，生產(chǎn)效率低。經(jīng)過了解和協(xié)商，制定的改造方案如下：①將機(jī)器原控制部分全部拆除，采用單片機(jī)作為控制核心；②用變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同工藝要求及工人的操作；③完成設(shè)定數(shù)量后，自動(dòng)停機(jī)；④增加計(jì)數(shù)功能，采用數(shù)碼管來顯示已經(jīng)完成的數(shù)量，掉電不丟失數(shù)據(jù)；⑤增加紅外安全裝置，當(dāng)非安全區(qū)內(nèi)有物體時(shí)，自動(dòng)停機(jī)；⑥增加走紙及加熱機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)燙金功能；⑦采用數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行精確溫度控制，提高燙金質(zhì)量。采用此方案改造后的燙金機(jī)，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，提高了生產(chǎn)效率及成品率。

2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)原理

本系統(tǒng)以AT89S52為控制核心，通過光電開關(guān)來完成危險(xiǎn)區(qū)間的位置檢測(cè)、計(jì)數(shù)等功能；通過DS18B20完成溫度信息的采集；通過按鍵來輸入系統(tǒng)參數(shù)及相關(guān)指令等。單片機(jī)根據(jù)采集到的信息及系統(tǒng)參數(shù)控制變頻器的啟動(dòng)及停止，變頻器控制電機(jī)按設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過離合裝置將動(dòng)力傳遞給活動(dòng)壓板，通過活動(dòng)壓板的運(yùn)動(dòng)完成燙金工作。單片機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過光電耦合器傳遞給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)，通過膠輥的摩擦力實(shí)現(xiàn)“金紙”的精確走紙，結(jié)合燙金工作過程完成燙金工作?？刂苿x車、離合線圈的通電與否，控制剎車、離合裝置的工作，從而控制活動(dòng)壓板的運(yùn)行。單片機(jī)讀取DS18B20測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)工藝參數(shù)，控制加熱板中加熱器件的工作，精確控制燙金溫度。當(dāng)一次燙金工作完成后，計(jì)數(shù)器加1，并通過數(shù)碼管顯示已經(jīng)完成或剩余的數(shù)量，在完成設(shè)定的工作后，自動(dòng)停機(jī)。在燙金過程中，活動(dòng)壓板經(jīng)過非安全區(qū)時(shí)，紅外光電開關(guān)如果檢測(cè)到有物體阻擋，立即停機(jī)并報(bào)警，以保證工作人員及設(shè)備的安全。險(xiǎn)情解除后，按啟動(dòng)鍵，重新開始新的工作?？刂葡到y(tǒng)原理方框圖如圖1所示。

2．2溫度測(cè)量與控制

溫度是最基本的環(huán)境參數(shù)，在溫度控制系統(tǒng)中，采用溫度傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量。普遍的溫度測(cè)量方法是通過溫度敏感元件，將溫度值轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，經(jīng)放大、A／D轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后得到實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)。這種模擬信號(hào)溫度測(cè)量方法在工程應(yīng)用中很麻煩，尤其是在分布式多點(diǎn)測(cè)量、集中控制采集以及測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)離集中控制中心的場(chǎng)合，需要很好地解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差和放大電路零點(diǎn)漂移誤差等技術(shù)問題。另外，一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)傳輸容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，測(cè)量精度低，系統(tǒng)穩(wěn)定性不好。Dallas半導(dǎo)體公司的DS18B20是支持1－Wire（即單總線、一線總線）接口的數(shù)字化溫度傳感器。在其內(nèi)部使用了在板（ON2BOARD）專利技術(shù)，全部傳感件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。它僅需要一條線（和地線）即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，單總線數(shù)字式智能型傳感器技術(shù)徹底改變了以上傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法，直接將溫度物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并以總線方法傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。DS18B20測(cè)量溫度范圍為－55℃～＋125℃，精度為±2℃，在－10℃～＋85℃內(nèi)精度為±0．5℃。改造后的燙金功能為平壓平式燙金工作方式，根據(jù)被燙印材質(zhì)的不同，其工作溫度在100℃～120℃之間，DS18B20能滿足其要求。

2．3變頻器的應(yīng)用

（1）原設(shè)備如果是一般的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，可更換為變頻器控制。根據(jù)變頻器的選擇原則，選擇變頻器的容量與原電機(jī)的容量相等即可，但考慮到電機(jī)有可能長時(shí)間在低速下運(yùn)行，應(yīng)適當(dāng)增大變頻器的容量，以保證電機(jī)能更加良好地運(yùn)行。（2）制動(dòng)電阻R的選擇。變頻器在制動(dòng)減速時(shí)，由于拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，機(jī)械能快速回饋到直流母線上，而變頻器會(huì)因母線電壓過高而危及系統(tǒng)安全。根據(jù)變頻器的容量，可用不同功率的制動(dòng)單元（制動(dòng)電阻）將該回饋能量迅速消耗掉，保持直流母線電壓在某一安全范圍以下。（3）電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的控制。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向只與變頻器的輸出相序有關(guān)，與進(jìn)線電源的相序無關(guān)。因變頻器本身設(shè)計(jì)由外部信號(hào)控制端子，故控制接口簡單可靠。

3系統(tǒng)的散熱問題

變頻器、制動(dòng)電阻、電機(jī)的發(fā)熱量都較大，需要正確安裝及采取必要的散熱措施。電氣柜上安裝2個(gè)125mm軸流風(fēng)機(jī)，上面的向外抽氣，下面的向內(nèi)吹氣。變頻器須垂直安裝并緊固在電氣柜內(nèi)，其上部、下部必須留有至少100mm的間隙，左部、右部必須留有至少50mm的間隙。制動(dòng)電阻須垂直安裝并緊固在隔熱的面板上，其上部、下部必須留有至少100mm的間隙，制動(dòng)電阻的兩側(cè)不應(yīng)妨礙冷空氣的流通。變頻器、制動(dòng)電阻最好安裝在兩個(gè)軸流風(fēng)機(jī)之間。

4系統(tǒng)的抗干擾措施

燙金機(jī)工作于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，存在著各種各樣的干擾，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有空間干擾、供電系統(tǒng)干擾和過程通道干擾。根據(jù)干擾竄入系統(tǒng)的渠道，本系統(tǒng)采取了如下抗干擾措施：①控制系統(tǒng)安裝在電柜（金屬箱），交流接觸器、繼電器等強(qiáng)電控制部分安裝在強(qiáng)電（箱）柜中，以減少空間對(duì)系統(tǒng)的干擾；②在電源進(jìn)線上并接浪涌吸收器，可以吸收沖擊電流；采用隔離變壓器和低通濾波器，濾除電源雜波以減少供電系統(tǒng)干擾；③每個(gè)交流接觸器靠近線圈處并接RC吸收器；所有24V以下信號(hào)線全部用屏蔽電纜，并在系統(tǒng)側(cè)單端接地；系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器通過獨(dú)立地線接地；線纜按功能分開布線，以減少過程通道之間的干擾；④對(duì)印刷電路板采用抗干擾措施。這些抗干擾措施對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵的作用。

5結(jié)束語

機(jī)器改造后，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了燙金的質(zhì)量，為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造了更多的價(jià)值和財(cái)富，并可為同類設(shè)備技術(shù)改進(jìn)提供借鑒。