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1、第期（ 总第 期） 年月 机 械 工 程 与 自 动 化 文章编号： （ ） 烫金机数控技术的改造和分析 潘启军 （ 韶关市光栅测量控制技术研究所，广东韶关 ） 摘要：论述了一种采用单片机作为控制核心、用数字温度传感器进行精确温度测量、用变频器控制电机转速的 低成本烫金机的多功能数控化改造的方法，以及在改造过程中要解决的问题和注意事项。通过对烫金机的技术 改造，增加了设备的安全性，实现了一机多用，提高了温度控制精度和生产效率，降低了操作者的劳动强度。 关键词：印刷设备；烫金机；单片机；温度传感器；变频器；数控技术 中图分类号： 文献标识码： 收稿日期： 作者简介：潘启军 （ ） ，男，广东韶关
2、人，工程师，高级技师，大专，主要从事光机电一体化、检测与控制方面研发工作。 引言 在中小城市中普遍使用的烫金机， 功能相对简单 且使用率高， 存在着较高的安全隐患。由于客户对交 货工期的要求和印刷品的规格品种繁多， 对烫金机的 合压速度和其他工艺提出了更高的要求。由于印刷品 的季节性比较强， 同一时期、 印刷同一类产品数量很 多， 相应要较多的设备才能完成任务。如果一机能多 用， 就能显著地提高设备的利用率， 扩大产能。因此， 笔者对烫金机的数控技术进行了改造。 改造的实施方案 改造前， 机器的性能如下：采用脚踏开关控制离 合， 从而控制合压；当压痕完成后， 由人工计数； 电 机转速不能调整，
3、 合压的速度无法改变， 不能很好地满 足工作需求；采用行程开关来保证安全， 当手接触行 程开关时， 由于惯性， 手容易受伤， 其安全保护机构不 完善。整个操作过程中要求压痕操作工全神贯注， 手 脑并用， 劳动强度大； 要想熟练使用， 必须经长时间磨 练， 培训费用高； 手工操作， 生产效率低。经过了解和 协商， 制定的改造方案如下：将机器原控制部分全部 拆除， 采用单片机作为控制核心；用变频器控制电机 转速， 以适应不同工艺要求及工人的操作；完成设定 数量后， 自动停机；增加计数功能， 采用数码管来显 示已经完成的数量， 掉电不丢失数据；增加红外安全 装置， 当非安全区内有物体时， 自动停机；
4、增加走纸 及加热机构， 实现烫金功能；采用数字温度传感器进 行精确温度控制， 提高烫金质量。采用此方案改造后 的烫金机， 实现了一机多用， 提高了生产效率及成品 率。 控制系统的设计 系统功能及实现原理 本系统以 为控制核心， 通过光电开关来 完成 危 险 区 间 的 位 置 检 测、计 数 等 功 能；通 过 完成温度信息的采集； 通过按键来输入系统 参数及相关指令等。单片机根据采集到的信息及系统 参数控制变频器的启动及停止， 变频器控制电机按设 定的转速转动， 通过离合装置将动力传递给活动压板， 通过活动压板的运动完成烫金工作。单片机发出的驱 动信号通过光电耦合器传递给步进电机驱动器， 控
5、制 步进电机转动， 带动胶辊转动， 通过胶辊的摩擦力实现 “ 金纸” 的精确走纸， 结合烫金工作过程完成烫金工作。 控制刹车、 离合线圈的通电与否， 控制刹车、 离合装置 的工 作， 从 而 控 制 活 动 压 板 的 运 行。单 片 机 读 取 测量到的温度数据， 并根据工艺参数， 控制 加热板中加热器件的工作， 精确控制烫金温度。当一 次烫金工作完成后， 计数器加， 并通过数码管显示已 经完成或剩余的数量， 在完成设定的工作后， 自动停 机。在烫金过程中， 活动压板经过非安全区时， 红外光 电开关如果检测到有物体阻挡， 立即停机并报警， 以保 证工作人员及设备的安全。险情解除后， 按启动键
6、， 重 新开始新的工作。控制系统原理方框图如图所示。 温度测量与控制 温度是最基本的环境参数， 在温度控制系统中， 采 用温度传感器进行温度的测量。 普遍的温度测量方法是通过温度敏感元件， 将温 度值转化为微弱的电信号， 经放大、 转换后转化 为计算机能识别的数字信号， 再经计算机进行数据处 理， 最后得到实测温度数据。这种模拟信号温度测量 方法在工程应用中很麻烦， 尤其是在分布式多点测量、 集中控制采集以及测量现场远离集中控制中心的场 合， 需要很好地解决引线误差补偿问题、 多点测量切换 误差和放大电路零点漂移误差等技术问题。另外， 一 般监控现场的电磁环境都非常恶劣， 各种干扰信号较 强，
7、 模拟温度信号传输容易受到干扰而产生测量误差， 测量精度低， 系统稳定性不好。 图 控制系统原理方框图 半导体公司的 是支持 （ 即单总线、 一线总线） 接口的数字化温度传感器。在 其内部使用了在板（ ） 专利技术 ， 全部传 感件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路 内。它仅需要一条线（ 和地线） 即可实现微处理器与 的双向通讯。与传统的热敏电阻相比， 单总线 数字式智能型传感器技术彻底改变了以上传统的温度 测量方法， 直接将温度物理量转化为数字信号并以总 线方法传送到计算机进行数据处理。 测量 温度范围为 ， 精度为 ， 在 内精度为 。改造后的烫金 功能为平压平式烫金工作方式， 根据
8、被烫印材质的不 同， 其工作温度在 之间， 能 满足其要求。 变频器的应用 （ ）原设备如果是一般的三相交流异步电动机， 可更换为变频器控制。根据变频器的选择原则， 选择 变频器的容量与原电机的容量相等即可， 但考虑到电 机有可能长时间在低速下运行， 应适当增大变频器的 容量， 以保证电机能更加良好地运行。 （ ）制动电阻的选择。变频器在制动减速时， 由于拖动系统的惯性， 电动机处于发电状态， 机械能快 速回馈到直流母线上， 而变频器会因母线电压过高而 危及系统安全。根据变频器的容量， 可用不同功率的 制动单元（ 制动电阻） 将该回馈能量迅速消耗掉， 保持 直流母线电压在某一安全范围以下。 （
9、 ）电动机旋转方向的控制。电动机的旋转方向 只与变频器的输出相序有关， 与进线电源的相序无关。 因变频器本身设计由外部信号控制端子， 故控制接口 简单可靠。 系统的散热问题 变频器、 制动电阻、 电机的发热量都较大， 需要正 确安装及采取必要的散热措施。电气柜上安装个 轴流风机， 上面的向外抽气， 下面的向内吹 气。变频器须垂直安装并紧固在电气柜内， 其上部、 下 部必须留有至少 的间隙， 左部、 右部必须留有 至少 的间隙。制动电阻须垂直安装并紧固在 隔热的面板上， 其上部、 下部必须留有至少 的 间隙， 制动电阻的两侧不应妨碍冷空气的流通。变频 器、 制动电阻最好安装在两个轴流风机之间。
10、系统的抗干扰措施 烫金机工作于复杂的工业环境中， 存在着各种各 样的干扰， 干扰窜入系统的渠道主要有空间干扰、 供电 系统干扰和过程通道干扰。根据干扰窜入系统的渠 道， 本系统采取了如下抗干扰措施：控制系统安装在 电柜（ 金属箱） ， 交流接触器、 继电器等强电控制部分安 装在强电（ 箱） 柜中， 以减少空间对系统的干扰；在电 源进线上并接浪涌吸收器， 可以吸收冲击电流； 采用隔 离变压器和低通滤波器， 滤除电源杂波以减少供电系 统干扰；每个交流接触器靠近线圈处并接 吸收 器； 所有 以下信号线全部用屏蔽电缆， 并在系统 侧单端接地； 系统与驱动器通过独立地线接地； 线缆按 功能分开布线， 以减少过程通道之间的干扰；对印刷 电路板采用抗干扰措施。这些抗干扰措施对整个系统 的稳定可靠运行起着关键的作用。 结束语 机器改造后， 实现了一机多用， 提高了生产效率， 减轻了工人的劳动强度， 提高了烫金的质量， 为企业和 社会创造了更多的价值和财富， 并可为同类设备技术 改进提供借鉴。 参考文献： 胡汉才单片机原理及其接口技术第版北京： 清 华大学出版社， 付家才， 杨庆江， 赵金宪单片机控制工程实践技术 北京： 化学工业出版社， （ ， ， ） ： ， ， ， ， ： ； ； ； ； ； 年第期潘启军： 烫金机数控技术的改造和分析