燙金機改造分析

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本文作者：潘啟軍作者單位：韶關市光柵測量控制技術研究所

0引言

在中小城市中普遍使用的燙金機，功能相對簡單且使用率高，存在著較高的安全隱患。由于客戶對交貨工期的要求和印刷品的規格品種繁多，對燙金機的合壓速度和其他工藝提出了更高的要求。由于印刷品的季節性比較強，同一時期、印刷同一類產品數量很多，相應要較多的設備才能完成任務。如果一機能多用，就能顯著地提高設備的利用率，擴大產能。因此，筆者對燙金機的數控技術進行了改造。

1改造的實施方案

改造前，機器的性能如下：①采用腳踏開關控制離合，從而控制合壓；②當壓痕完成后，由人工計數；③電機轉速不能調整，合壓的速度無法改變，不能很好地滿足工作需求；④采用行程開關來保證安全，當手接觸行程開關時，由于慣性，手容易受傷，其安全保護機構不完善。整個操作過程中要求壓痕操作工全神貫注，手腦并用，勞動強度大；要想熟練使用，必須經長時間磨練，培訓費用高；手工操作，生產效率低。經過了解和協商，制定的改造方案如下：①將機器原控制部分全部拆除，采用單片機作為控制核心；②用變頻器控制電機轉速，以適應不同工藝要求及工人的操作；③完成設定數量后，自動停機；④增加計數功能，采用數碼管來顯示已經完成的數量，掉電不丟失數據；⑤增加紅外安全裝置，當非安全區內有物體時，自動停機；⑥增加走紙及加熱機構，實現燙金功能；⑦采用數字溫度傳感器進行精確溫度控制，提高燙金質量。采用此方案改造后的燙金機，實現了一機多用，提高了生產效率及成品率。

2控制系統的設計

2．1系統功能及實現原理

本系統以AT89S52為控制核心，通過光電開關來完成危險區間的位置檢測、計數等功能；通過DS18B20完成溫度信息的采集；通過按鍵來輸入系統參數及相關指令等。單片機根據采集到的信息及系統參數控制變頻器的啟動及停止，變頻器控制電機按設定的轉速轉動，通過離合裝置將動力傳遞給活動壓板，通過活動壓板的運動完成燙金工作。單片機發出的驅動信號通過光電耦合器傳遞給步進電機驅動器，控制步進電機轉動，帶動膠輥轉動，通過膠輥的摩擦力實現“金紙”的精確走紙，結合燙金工作過程完成燙金工作。控制剎車、離合線圈的通電與否，控制剎車、離合裝置的工作，從而控制活動壓板的運行。單片機讀取DS18B20測量到的溫度數據，并根據工藝參數，控制加熱板中加熱器件的工作，精確控制燙金溫度。當一次燙金工作完成后，計數器加1，并通過數碼管顯示已經完成或剩余的數量，在完成設定的工作后，自動停機。在燙金過程中，活動壓板經過非安全區時，紅外光電開關如果檢測到有物體阻擋，立即停機并報警，以保證工作人員及設備的安全。險情解除后，按啟動鍵，重新開始新的工作。控制系統原理方框圖如圖1所示。

2．2溫度測量與控制

溫度是最基本的環境參數，在溫度控制系統中，采用溫度傳感器進行溫度的測量。普遍的溫度測量方法是通過溫度敏感元件，將溫度值轉化為微弱的電信號，經放大、A／D轉換后轉化為計算機能識別的數字信號，再經計算機進行數據處理，最后得到實測溫度數據。這種模擬信號溫度測量方法在工程應用中很麻煩，尤其是在分布式多點測量、集中控制采集以及測量現場遠離集中控制中心的場合，需要很好地解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差和放大電路零點漂移誤差等技術問題。另外，一般監控現場的電磁環境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號傳輸容易受到干擾而產生測量誤差，測量精度低，系統穩定性不好。Dallas半導體公司的DS18B20是支持1－Wire（即單總線、一線總線）接口的數字化溫度傳感器。在其內部使用了在板（ON2BOARD）專利技術，全部傳感件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。它僅需要一條線（和地線）即可實現微處理器與DS1820的雙向通訊。與傳統的熱敏電阻相比，單總線數字式智能型傳感器技術徹底改變了以上傳統的溫度測量方法，直接將溫度物理量轉化為數字信號并以總線方法傳送到計算機進行數據處理。DS18B20測量溫度范圍為－55℃～＋125℃，精度為±2℃，在－10℃～＋85℃內精度為±0．5℃。改造后的燙金功能為平壓平式燙金工作方式，根據被燙印材質的不同，其工作溫度在100℃～120℃之間，DS18B20能滿足其要求。

2．3變頻器的應用

（1）原設備如果是一般的三相交流異步電動機，可更換為變頻器控制。根據變頻器的選擇原則，選擇變頻器的容量與原電機的容量相等即可，但考慮到電機有可能長時間在低速下運行，應適當增大變頻器的容量，以保證電機能更加良好地運行。（2）制動電阻R的選擇。變頻器在制動減速時，由于拖動系統的慣性，電動機處于發電狀態，機械能快速回饋到直流母線上，而變頻器會因母線電壓過高而危及系統安全。根據變頻器的容量，可用不同功率的制動單元（制動電阻）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）電動機旋轉方向的控制。電動機的旋轉方向只與變頻器的輸出相序有關，與進線電源的相序無關。因變頻器本身設計由外部信號控制端子，故控制接口簡單可靠。

3系統的散熱問題

變頻器、制動電阻、電機的發熱量都較大，需要正確安裝及采取必要的散熱措施。電氣柜上安裝2個125mm軸流風機，上面的向外抽氣，下面的向內吹氣。變頻器須垂直安裝并緊固在電氣柜內，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，制動電阻的兩側不應妨礙冷空氣的流通。變頻器、制動電阻最好安裝在兩個軸流風機之間。

4系統的抗干擾措施

燙金機工作于復雜的工業環境中，存在著各種各樣的干擾，干擾竄入系統的渠道主要有空間干擾、供電系統干擾和過程通道干擾。根據干擾竄入系統的渠道，本系統采取了如下抗干擾措施：①控制系統安裝在電柜（金屬箱），交流接觸器、繼電器等強電控制部分安裝在強電（箱）柜中，以減少空間對系統的干擾；②在電源進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干擾；③每個交流接觸器靠近線圈處并接RC吸收器；所有24V以下信號線全部用屏蔽電纜，并在系統側單端接地；系統與驅動器通過獨立地線接地；線纜按功能分開布線，以減少過程通道之間的干擾；④對印刷電路板采用抗干擾措施。這些抗干擾措施對整個系統的穩定可靠運行起著關鍵的作用。

5結束語

機器改造后，實現了一機多用，提高了生產效率，減輕了工人的勞動強度，提高了燙金的質量，為企業和社會創造了更多的價值和財富，并可為同類設備技術改進提供借鑒。