全自動(dòng)蓋章機(jī)電氣元件設(shè)計(jì)

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1、全自動(dòng)蓋章機(jī)電氣元件設(shè)計(jì) 摘要：全自動(dòng)蓋章機(jī)在自動(dòng)化辦公領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，其主要工作原理是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)及工作流程來控制電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)完成蓋章動(dòng)作。所以，本文對(duì)蓋章機(jī)中用到的電動(dòng)機(jī)、傳感器以及人機(jī)交互界面進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)蓋章;電動(dòng)機(jī);傳感器;人機(jī)交互 中圖分類號(hào)：TH69文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168〔2021〕03-0057-03 DesignofElectricalComponentsofAutomaticSealingMachine LIUHuanhuan 〔ZhonghuanInformationCollege，TianjinU

2、niversityofTechnology，Tianjin300380〕 Abstract：Therearemoreandmoreapplicationsofautomaticstampingmachinesinthefieldofautomatedoffice，itsmainworkingprincipleistocontrolthemotoraccordingtotheon-sitesensorsignalandworkflow，andthendrivethemechanicalexecutionstructuretocompletethestampingaction.Therefore

3、，thispaperselectedanddesignedthemotors，sensorsandhuman-computerinteractioninterfaceusedinthestampingmachine. Keywords：automaticseal;motor;sensor;human-computerinteraction 全自動(dòng)蓋章機(jī)能夠極大地提高蓋章的自動(dòng)化水平，提升工作效率，其自動(dòng)運(yùn)行主要取決于人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)、各部位傳感器的設(shè)計(jì)以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇[1-2]。 1人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì) 人機(jī)交互界面是用戶控制和使用設(shè)備的操作面板，也是設(shè)備展示當(dāng)前信息的屏幕，系

4、統(tǒng)運(yùn)行的主令信號(hào)〔復(fù)位、啟動(dòng)、停止等〕以及手動(dòng)調(diào)整信號(hào)可以通過觸摸屏人機(jī)界面發(fā)出。同時(shí)，人機(jī)界面也顯示系統(tǒng)運(yùn)行的各種狀態(tài)信息。本設(shè)計(jì)采用的觸摸屏是一種感應(yīng)式液晶顯示器，可接收觸點(diǎn)等輸入信號(hào)。當(dāng)觸摸屏上的觸摸按鈕被觸動(dòng)時(shí)，觸摸反響系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先編程的程序運(yùn)行不同的連接裝置來代替機(jī)械開關(guān)板，而動(dòng)態(tài)圖像通過液晶顯示器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。觸摸屏作為一種新型的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，它是最簡(jiǎn)單、舒適、自然的人機(jī)交互方式，有著全新的多媒體視角，是一種極具吸引力的新型多媒體交互設(shè)備。觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，自出現(xiàn)以來就產(chǎn)生了很大的影響。它簡(jiǎn)單易用，功能強(qiáng)大，穩(wěn)定性好，非常適合用于工業(yè)環(huán)境，也非常適合用于日常生活，

5、應(yīng)用十分廣泛。 本設(shè)計(jì)選擇威綸通TK6100iv5觸摸屏作為全自動(dòng)蓋章機(jī)的人機(jī)界面。TK6100iv5是一款以低功耗CPU為核心〔主頻400MHz〕的高性能嵌入式一體化工控機(jī)。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用10英寸高亮度TFT液晶顯示屏〔分辨率800480〕，運(yùn)用四線模擬電阻式觸摸面板，內(nèi)存為128MB，其配合EB8000V2.0.0及以上版本軟件使用。在本設(shè)計(jì)中，觸摸屏與PLC的通信采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，首先進(jìn)入一個(gè)歡迎界面，其中設(shè)置了蓋章機(jī)使用者的用戶名和密碼管理，觸摸屏的歡迎界面設(shè)計(jì)如圖1所示。在用戶名和密碼正確的情況下，系統(tǒng)進(jìn)入使用界面，用戶需要輸入蓋章的位置和蓋章紙張的數(shù)量，同時(shí)蓋章機(jī)顯示當(dāng)前的工作狀

6、態(tài)以及已經(jīng)完成蓋章的數(shù)量，觸摸屏的界面設(shè)計(jì)如圖2所示。 使用時(shí)，可以選擇文本框直接輸入蓋章位置，也可以將待蓋章文件放在蓋章位置檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)，然后系統(tǒng)自動(dòng)輸入蓋章位置，如圖3所示。蓋章位置檢測(cè)臺(tái)由一組拉線式位移傳感器組成，橫向和縱向各布置一個(gè)傳感器。其中，橫向傳感器與縱向傳感器的拉線固定在一起，并可以沿縱向軌道滑動(dòng)，文件放在蓋章位置檢測(cè)臺(tái)以后，可以拉動(dòng)橫向、縱向傳感器的拉線端，定位蓋章位置，同時(shí)蓋章位置可被自動(dòng)填入控制系統(tǒng)。 2傳感器的設(shè)計(jì) 傳感器是一種能夠檢測(cè)被測(cè)信息的裝置，能將采集的信息按一定規(guī)那么轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需要的信息輸出，用來滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制

7、等一系列的要求[3-4]。 首先，進(jìn)紙?zhí)幏胖脗鞲衅?，按下蓋章機(jī)啟動(dòng)按鈕后，通過觸摸屏選擇蓋章位置，兩個(gè)伺服電機(jī)在橫縱兩個(gè)方向接連進(jìn)行定位后，如果傳感器1檢測(cè)到紙張，那么搓紙輪運(yùn)行，將被測(cè)紙張?jiān)诩埗牙锎瓿?，搓進(jìn)搓紙輪與皮帶輪的交接處。根據(jù)需要，本設(shè)計(jì)選擇歐姆龍E3FA-DN122M圓柱形光電傳感器【5】。 然后，在皮帶輪與搓紙輪的交接處〔即進(jìn)紙局部〕放置傳感器2，當(dāng)紙張被搓紙輪搓到與皮帶輪的交接處，被傳感器2檢測(cè)時(shí)，搓紙輪停止運(yùn)行，皮帶輪開始進(jìn)行短距離運(yùn)行，將證件送入皮帶輪上。這里同樣選擇歐姆龍E3FA-DN122M圓柱形光電傳感器。 當(dāng)皮帶輪將紙張送到蓋章區(qū)域〔即皮帶輪上方的中心位置〕

8、，傳感器3檢測(cè)到紙張時(shí)，皮帶輪停止。當(dāng)單次蓋章完成時(shí)，傳感器再次檢測(cè)到紙張，皮帶輪運(yùn)行，將紙張從皮帶輪中心區(qū)域經(jīng)出紙口送出蓋章機(jī)。根據(jù)需求，本設(shè)計(jì)同樣選擇歐姆龍E3FA-DN122M圓柱形光電傳感器。 已經(jīng)蓋完章的紙張被皮帶輪送到出紙口處，被傳感器4檢測(cè)。PLC程序會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于檢測(cè)蓋章次數(shù)，在到達(dá)觸摸屏選擇的蓋章次數(shù)時(shí)，伺服電機(jī)復(fù)位回零，假設(shè)次數(shù)缺乏，那么繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)紙蓋章的循環(huán)。這里依然選擇歐姆龍E3FA-DN122M圓柱形光電傳感器。 本設(shè)計(jì)采用的光電傳感器均為漫反射式光電傳感器，開關(guān)的探測(cè)頭上裝有光束發(fā)射器和光束接收器，但漫反射光開關(guān)前沒有反射器，正常情況下光束發(fā)射器發(fā)出的光

9、束接收器找不到。當(dāng)檢測(cè)對(duì)象通過時(shí)，它阻擋光并反射回局部光，然后光接收器接收光信號(hào)并輸出開關(guān)信號(hào)[6-7]。 在次數(shù)到達(dá)觸摸屏設(shè)定數(shù)量或按下停止按鈕時(shí)，兩個(gè)伺服電機(jī)都需要回零，這時(shí)需要添加兩個(gè)伺服回原點(diǎn)接近開關(guān)來分別輔助兩個(gè)伺服電機(jī)回零。兩個(gè)伺服電機(jī)回零需要選擇電容傳感器，而電容傳感器又有三種，即極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型。本設(shè)計(jì)選擇極距變化型電容傳感器來測(cè)量位移，使用CJM30-10A2-S電容式接近開關(guān)。另外，為了使伺服電機(jī)在運(yùn)行時(shí)不超出運(yùn)動(dòng)范圍，還需要在遠(yuǎn)離原點(diǎn)一側(cè)加上兩個(gè)電容傳感器，作為越程保護(hù)傳感器。此處電容傳感器需要配合蓋章機(jī)構(gòu)上面的一個(gè)金屬片來檢測(cè)蓋章機(jī)構(gòu)當(dāng)前的位置。

10、此外，蓋章機(jī)構(gòu)上升和下降時(shí)也需要進(jìn)行限位，本設(shè)計(jì)采用NPN型霍爾傳感器BHY-P7T1，在上升和下降位置各布置一個(gè)霍爾傳感器，然后在蓋章機(jī)構(gòu)末端布置一塊磁鐵，工作中用霍爾傳感器來檢測(cè)磁鐵的位置，進(jìn)而推斷出機(jī)構(gòu)所在位置。傳感器選擇匯總?cè)绫?所示。 3電動(dòng)機(jī)的選型設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。在自動(dòng)化設(shè)備中，其主要任務(wù)是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，作為各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源。在全自動(dòng)蓋章機(jī)完成蓋章的過程中，要對(duì)蓋章機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行精確定位，其往返于蓋章位置與沾墨位置之間，此外需要對(duì)蓋章文件進(jìn)行傳送。所以，人們需要根據(jù)全自動(dòng)蓋章機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)功能的需求，對(duì)不同位置所需電機(jī)進(jìn)行選型。 全自動(dòng)蓋

11、章機(jī)需要實(shí)現(xiàn)蓋章機(jī)構(gòu)在橫向和縱向的定位，其中，橫向定位選擇西門子1FL6〔LI〕低慣量型永磁同步伺服電機(jī)，首先在觸摸屏界面上設(shè)置輸入框，待輸入蓋章橫向位置數(shù)據(jù)后，橫向定位電機(jī)將根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)使蓋章機(jī)構(gòu)在橫向上到達(dá)位置，精確定位。伺服電機(jī)具有轉(zhuǎn)速精度較高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、位置精度高的特點(diǎn)，非常適合完成定位工作。本設(shè)計(jì)選用西門子1FL6〔LI〕低慣量型永磁同步伺服電機(jī)，主要原因有三點(diǎn)。一是它適用于動(dòng)態(tài)響應(yīng)高的地方，在本設(shè)計(jì)中，適合完成蓋章機(jī)構(gòu)定位。二是它的體積較小，蓋章機(jī)這種適用于各種辦公地點(diǎn)的機(jī)器本身占用的空間往往需要小一點(diǎn)，所以蓋章機(jī)體積往往不應(yīng)該太大，另外，電機(jī)太大會(huì)導(dǎo)致蓋章機(jī)內(nèi)部各方向、各自由

12、度上的機(jī)械結(jié)構(gòu)沖突。三是此伺服電機(jī)采用自然冷卻，環(huán)境不會(huì)對(duì)自身散熱有太大的影響。 本著安裝和使用方便、調(diào)試方便、功能參數(shù)一致的原那么，蓋章機(jī)構(gòu)的縱向定位也選用西門子1FL6〔LI〕低慣量型永磁同步伺服電機(jī)，縱向定位電機(jī)使用的功能與橫向定位電機(jī)類似，區(qū)別只是定位方向。也就是說，在觸摸屏界面縱向位置輸入框中設(shè)定數(shù)據(jù)，縱向電機(jī)可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)使蓋章機(jī)構(gòu)在縱向上到達(dá)位置，精確定位。 蓋章機(jī)構(gòu)在平面內(nèi)的定位是由PLC程序根據(jù)觸摸屏的輸入數(shù)據(jù)，控制橫向定位電機(jī)和縱向定位電機(jī)的組合來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)位置進(jìn)行精確定位是保證蓋章機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要步驟之一。 搓紙輪處需要連接一臺(tái)搓紙輪電機(jī)，搓紙輪的主要作用就是

13、將紙張從紙堆中搓離，完成分頁，然后送入蓋章機(jī)構(gòu)中與皮帶輪起點(diǎn)的交接處。本設(shè)計(jì)選用545DC12V直流電機(jī)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，體積小，效率高，在蓋章機(jī)里適合給搓紙輪提供動(dòng)力。 蓋章機(jī)工作期間需要運(yùn)送蓋章文件，此時(shí)需要給進(jìn)紙、出紙的皮帶輪連接一個(gè)皮帶輪電機(jī)。皮帶輪的主要作用就是將搓紙輪送入機(jī)器的紙張送到蓋章位置，并將完成蓋章的紙張送到出紙口。因?yàn)榇昙堓喓推л喸诠δ苌舷喾?，所需力矩較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)選用545DC12V直流電機(jī)為皮帶輪提供動(dòng)力。 最后需要給蓋章機(jī)構(gòu)的蓋章工作配置一個(gè)蓋章電機(jī)，蓋章電機(jī)的控制要比搓紙輪電機(jī)和皮帶輪電機(jī)復(fù)雜一些，因?yàn)樯w章過程中，蓋章電機(jī)要

14、配合機(jī)械機(jī)構(gòu)。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，印章向下到達(dá)需要蓋章的紙張位置進(jìn)行蓋章，完成后，蓋章電機(jī)兩根線反接，蓋章電機(jī)反轉(zhuǎn)，印章向上運(yùn)動(dòng)蘸取印泥，以此來實(shí)現(xiàn)電機(jī)中的重要步驟——蓋章和蘸取印泥。其中，蓋章和蘸取印泥時(shí)最好有制動(dòng)來保持蓋章狀態(tài)。因此，蓋章電機(jī)同樣選擇545DC12V直流電機(jī)，同時(shí)需要配置電機(jī)的制動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)選型匯總?cè)绫?所示。 4結(jié)論 全自動(dòng)蓋章機(jī)使用者通過人機(jī)交互界面設(shè)置了需求信息，控制器讀取觸摸屏信號(hào)，進(jìn)而通過采用各種傳感器的信號(hào)來控制電動(dòng)機(jī)，保障全自動(dòng)蓋章機(jī)的正常工作。本文選取了適宜的電氣元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，未來將進(jìn)一步制作樣機(jī)，驗(yàn)證選擇的正確性。 參考文獻(xiàn)： 【1】高艷芳，豆賀，溫曉鑫，

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