專利名稱：一種高速電控刀控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
"一種高速電控刀控制裝置"是一種折頁機(jī)的電控刀快速離合、制動(dòng)的控 制裝置，可廣泛應(yīng)用于高速折頁機(jī)電控刀的在線自動(dòng)控制，同時(shí)也適用于中低 速和準(zhǔn)高速折頁機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的機(jī)械刀式折頁機(jī)的折頁速度慢，靈活性較差，與之相比，電控刀式 折頁機(jī)具有更大的優(yōu)勢，該類折頁機(jī)的運(yùn)行速度大幅提高，高速情況下可達(dá)到
230米/分鐘， 一般采用電機(jī)或磁式控制，方式更加靈活多樣。折頁機(jī)的運(yùn)行 速度可定性的劃分為三個(gè)區(qū)域，0-140米/分鐘為中低速，140米-200米為準(zhǔn) 高速，200米/分鐘以上屬于高速，目前，國內(nèi)外進(jìn)折頁機(jī)的最高運(yùn)行速度為 230米/分鐘。采用PLC控制電控刀的離合與制動(dòng)是一種簡便的方式，但實(shí)驗(yàn) 表明，該方式僅適合于中低速折頁機(jī)，當(dāng)折頁速度高于140米/分鐘時(shí)，電控 刀的起停高度不再滿足要求，由此，為了滿足更高的折頁速度要求，需要開發(fā) 一種新式電控刀控制裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有PLC方式不能滿足準(zhǔn)高速和高速折頁機(jī) 速度要求的問題，提出了一種適合于低速至高速折頁機(jī)的通用電控刀控制裝 置，該裝置采用正負(fù)脈沖交替控制方式，可大幅提高電控刀的離合、制動(dòng)速度， 具有較好的實(shí)用性。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如圖1、圖2、圖3和圖4所示，系統(tǒng)包括光隔和 電平轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及輔助電路、串口通信電路、邏輯鎖電路和驅(qū)動(dòng)電路； 光隔和電平轉(zhuǎn)換電路將24V控制信號轉(zhuǎn)換為5V邏輯的數(shù)字信號，所述的控制 信號包括分別用于第一路電控刀、第二路電控刀、第三路電控刀制動(dòng)的三路位
置信號和分別用于三個(gè)電控刀離合的三路光電信號，還包括一路編碼盤同步脈
沖信號；單片機(jī)及輔助電路包括第一單片機(jī)U1、第二單片機(jī)U2、第三單片機(jī) U3，單片機(jī)U1、 U2和U3分別用于第一路電控刀、第二路電控刀、第三路電控 刀的快速離合、制動(dòng)控制，三個(gè)單片機(jī)U1、 U2和U3分別接受各自的外部撥 碼盤參數(shù)、監(jiān)控三態(tài)開關(guān)狀態(tài)，并通過中斷接收外部位置信號、光電信號和編 碼盤同步脈沖信號，對其分析后產(chǎn)生電控刀控制信號；串口通信電路包括符合 RS485標(biāo)準(zhǔn)的RS485通信電路和符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信電路，RS485通 信電路用于單片機(jī)Ul和PLC之間的通信，RS232通信電路用于單片機(jī)與單片 機(jī)之間的通信；邏輯鎖電路對單片機(jī)產(chǎn)生的3路正脈沖離合控制信號、3路負(fù) 脈沖離合控制信號、3路正脈沖制動(dòng)控制信號、3路負(fù)脈沖制動(dòng)控制信號進(jìn)行 邏輯重組，保證在同一時(shí)刻只有一路信號有效，驅(qū)動(dòng)電路包括六個(gè)橋式電路單 元，通過橋式電路產(chǎn)生正負(fù)脈沖，驅(qū)動(dòng)電控刀的線圈或電機(jī)動(dòng)作，控制電控刀 的制動(dòng)和離合。
所述的光隔和電平轉(zhuǎn)換電路包括光藕U8、 U9、 UIO、 U11和上拉排阻RP1、 RP2，輸入端工作電平24V，接收NPN型位置開關(guān)信號，輸出端使用5V邏輯電 平；位置信號與單片機(jī)的中斷管腳INT1相連、光電信號與單片機(jī)的中斷管腳 INT0相連、編碼盤脈沖信號與單片機(jī)的中斷管腳INT4相連；光電信號用于控 制電控刀的快速離合，具有最高中斷優(yōu)先級，位置信號用于控制電控刀的快速 制動(dòng)，編碼盤脈沖信號用于脈沖同步方式下的離合延遲時(shí)間計(jì)算。
所述的單片機(jī)及輔助電路包括單片機(jī)U1、 U2、 U3，撥碼盤B1、 B2、 B3， 單片機(jī)U1、 U2和U3分別用于第一路電控刀、第二路電控刀、第三路電控刀的 快速離合、制動(dòng)控制；單片機(jī)U1、 U2和U3的54-57腳用于程序燒錄；單片機(jī) Ul、 U2和U3的PA 口用于撥碼盤輸入狀態(tài)監(jiān)控，單片機(jī)將PA 口的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為 電控刀離合時(shí)的延遲時(shí)間，PD5和PD6用于連接外部三態(tài)開關(guān)Jl、 J2和J3， 選擇常車、點(diǎn)車和停車三種工作狀態(tài)；Ul、 U2和U3的INT0、 INT1、工NT4分
別用于光電信號、位置信號和編碼盤同步脈沖信號的中斷控制；PC0、 PC1和
PD7用于PLC控制、自控制和離合延遲方式的狀態(tài)監(jiān)控；Ul的PC2和PC3腳用 于串口通信中通信對象的選擇，U2、 U3的PC2和PC3腳未用；Ul、 U2和U3 的RXD1、 TXD1用于三個(gè)單片機(jī)之間的命令數(shù)據(jù)包離合、制動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)通信， Ul的RXD0、 TXD0用于單片機(jī)Ul和PLC之間的RS485通信；Ul、 U2和U3的 PB0、 PB1、 PB2、 PB3分別用于電控刀離合時(shí)的正脈沖控制、負(fù)脈沖消磁、制 動(dòng)時(shí)的正脈沖控制、制動(dòng)時(shí)的負(fù)脈沖消磁。
所述的串口通信電路中包括有RS485通信芯片U7、 RS232通信芯片U5和 U6、或門芯片U4; U7符合RS485標(biāo)準(zhǔn)，連接單片機(jī)Ul的串口 0和外部PLC, 單片機(jī)Ul將數(shù)據(jù)串行寫入U(xiǎn)7; U5和U6符合RS232標(biāo)準(zhǔn)，與U4進(jìn)行邏輯組合， 單片機(jī)Ul的PC2控制單片機(jī)Ul和U2之間的串口通信，單片機(jī)Ul的PC3控制 單片機(jī)U1和U3之間的串口通信，采用通信方式異步控制方式。
所述的邏輯鎖電路包括六路邏輯鎖電路單元，每一邏輯鎖單元中含輸入光 藕U12，輸出光藕U15、與非門U13和與門U14; U12的2、 4腳連接單片機(jī)的 電控刀離合控制端PB0、 PB1或制動(dòng)端PB2、 PB3， U12的輸出端通過U13和U14 與其輸入端進(jìn)行邏輯組合，保證在任何時(shí)刻只有一路導(dǎo)通或兩路均不導(dǎo)通;U15 的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。
所述的驅(qū)動(dòng)電路包括六路驅(qū)動(dòng)電路單元，呈橋路結(jié)構(gòu)，每路驅(qū)動(dòng)單元含 四個(gè)大功率三級管Ql、 Q2、 Q3、 Q4，四個(gè)回流二級管Dl、 D2、 D3、 D4; PI1 作為驅(qū)動(dòng)的正輸入端，與邏輯鎖電路中U15的7腳連接，PI2作為驅(qū)動(dòng)的負(fù)輸 入端，與邏輯鎖電路中U15的5腳連接，驅(qū)動(dòng)單元的0UT1和0UT2為驅(qū)動(dòng)電路 的正輸出端和負(fù)輸出端，與電控刀制動(dòng)器、離合器的正端、負(fù)端連接，正脈沖 驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器動(dòng)作，負(fù)脈沖用于消磁。
本實(shí)用新型同時(shí)控制1臺折頁機(jī)上的3把電控刀，通過撥碼盤設(shè)置電控刀 離合前的延遲時(shí)間、通過三態(tài)開關(guān)設(shè)置常車、點(diǎn)車、停車的工作狀態(tài)；單片機(jī) Ul、 U2、 U3接收到光電信號后，在編碼盤脈沖的控制下進(jìn)行延時(shí)，然后電控 刀離合，接收到位置信號后快速制動(dòng)。
本實(shí)用新型使用高性能的單片機(jī)作為控制單元，采用正負(fù)脈沖交替控制方 式，大幅縮短了離合器、制動(dòng)器的起停時(shí)間，離合器和制動(dòng)器的工作頻率提高。 該裝置可廣泛應(yīng)用于高速折頁機(jī)電控刀的離合、制動(dòng)快速控制，同時(shí)也兼容其 它速度的折頁機(jī)。
本實(shí)用新型帶有邏輯鎖電路，在同一時(shí)刻僅允許離合控制信號中的1路或 者制動(dòng)控制信號中的1路導(dǎo)通，避免了因故障影響兩路同時(shí)導(dǎo)通燒毀驅(qū)動(dòng)電路 的情況，具有較好的可靠性。


圖1本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)框圖2本實(shí)用新型電路原理圖3本實(shí)用新型隔和電平轉(zhuǎn)換電路原理圖;
圖4本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)電路單元原理圖5本實(shí)用新型邏輯鎖電路單元原理具體實(shí)施方式
結(jié)合圖l、圖2、圖3、圖4和圖5對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明 一種高速電控刀控制裝置，系統(tǒng)包括光隔及電平轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及輔助
電路、串口通信電路、邏輯鎖電路和驅(qū)動(dòng)電路。同時(shí)控制3把電控刀的快速制
動(dòng)和離合，通過撥碼盤設(shè)置電控刀離合前的延遲時(shí)間、通過三態(tài)開關(guān)設(shè)置常車、
點(diǎn)車和停車的工作狀態(tài)。
光隔及電平轉(zhuǎn)換電路中光藕U8、 U9、 U10和U11的型號為TLP521。 U8、
U9和U10的第1、 3、 8腳連接上拉電阻，第2、 4腳連接外部觸發(fā)信號；Ull
的第l腳連接上拉電阻，第2腳連接外部觸發(fā)信號；U8、 U9和U10的第5、 7 腳與地連接，第6、 8腳分別連接U1、 U2、 U3的INT1、 INTO; Ull的第3腳接 地，第4腳連接上拉電阻，還與U1、 U2和U3的INT4連接。
單片機(jī)及輔助電路中單片機(jī)U1、 U2、 U3的型號為ATmegal28。 Ul、 U2、 U3的54-57腳用于JTAG 口 Jl、 J2、 J3的連接，PAO-PA7連接外部8421碼格 式的撥碼盤，PD5和PD6連接外部的三態(tài)開關(guān);INTO、 INT1和INT4用作外部 中斷管腳；PCO、 PC1和PD7用于PLC控制、自控制和離合延遲方式的狀態(tài)監(jiān) 控，連接外部狀態(tài)開關(guān)；Ul的PC2腳連接或門芯片U4的2、 10腳，Ul的PC3 腳連接或門芯片U4的5、 12展P; U1的RXD1連接U5的T1IN、 T2IN腳，TXD1 連接U4的1、 4腳，RXDO、 TXDO分別連接U7的2、 3腳;U2的RXD1連接U6 的T1IN腳，TXD1連接U4的9腳;U3的RXD1連接U6的T2IN腳，TXD1連接 U4的13腳；Ul、 U2和U3的PBO用于電控刀離合時(shí)的正脈沖控制、PB1用于 負(fù)脈沖消磁、PB2用于制動(dòng)時(shí)的正脈沖控制、PB3用于制動(dòng)時(shí)的負(fù)脈沖消磁， 它們分別作為輸入端與相應(yīng)邏輯鎖電路單元的輸入端連接。
串口通信電路RS485通信芯片U7的型號為MAX488、 RS232通信芯片U5 和U6的型號為MAX232CPE、或門芯片U4的型號為74LS32。 U7符合RS485標(biāo) 準(zhǔn)，其輸出腳5-8與外部RS485端子連接；U4的3、 6、 8、 11腳作為輸出腳 與U5、 U6的R10UT、 R20UT腳連接。
邏輯鎖電路包括6路邏輯鎖電路單元，每一邏輯鎖單元中光藕U12和U15 的型號為TLP521，與非門芯片U13的型號為74LS00,與門芯片的型號為 74LS08。邏輯鎖電路的輸入端分別與U1、 U2、 U3的PB0-PB3連接，U21的2、 4腳連接單片機(jī)的電控刀離合控制管腳PBO、 PB1或制動(dòng)管腳PB2、 PB3， U12 的輸出端通過U13和U14與其輸入端進(jìn)行邏輯組合，U12的5、7腳與U13的1、 3腳、U14的l、 5腳連接，U13的第3腳與U14的2、 4腳連接，U14的3、 6 輸出腳與U15的1、 3腳連接；U15的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接。
驅(qū)動(dòng)電路包括6路驅(qū)動(dòng)單元，呈橋路結(jié)構(gòu)，每路驅(qū)動(dòng)單元含4個(gè)大功率三
級管、4個(gè)回流二級管，三極管的型號為TIP142， 二極管的型號為4007。 PI1 作為驅(qū)動(dòng)的正輸入端，與邏輯鎖電路中U15的7腳連接，并作為基極控制端與 三極管Ql、 Q4的1腳連接；PI2作為驅(qū)動(dòng)的負(fù)輸入端，與邏輯鎖電路中U15 的5腳連接，并作為基極控制端與三極管Q3、 Q2的1腳連接；二極管Dl、 D2、 D3、 D4分別連接三極管Q1、 Q2、 Q3、 Q4的發(fā)射極和集電極。
該裝置在工作過程中，通過撥碼盤設(shè)置電控刀離合前的延遲時(shí)間、通過三 態(tài)開關(guān)設(shè)置常車、點(diǎn)車、停車的工作狀態(tài)；單片機(jī)獲取參數(shù)后，等待光電信號 中斷，起動(dòng)離合器工作，根據(jù)位置信號起動(dòng)制動(dòng)器工作，通過邏輯鎖電路和驅(qū) 動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)離合器、制動(dòng)器線圈。該設(shè)備采用正負(fù)脈沖交替控制方式，使起動(dòng) 離合器、制動(dòng)器的時(shí)間縮短，離合器和制動(dòng)器的工作頻率大幅提高，可廣泛 應(yīng)用于高速折頁機(jī)電控刀的離合、制動(dòng)控制，同時(shí)也兼容其它速度的折頁機(jī)， 另外，邏輯鎖電路保證了該裝置在使用過程中具有很好的可靠性。
權(quán)利要求1、一種高速電控刀控制裝置，其特征在于包括光隔和電平轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及輔助電路、串口通信電路、邏輯鎖電路和驅(qū)動(dòng)電路；光隔和電平轉(zhuǎn)換電路將24V控制信號轉(zhuǎn)換為5V邏輯的數(shù)字信號，所述的控制信號包括分別用于第一路電控刀、第二路電控刀、第三路電控刀制動(dòng)的三路位置信號和分別用于三個(gè)電控刀離合的三路光電信號，還包括一路編碼盤同步脈沖信號；單片機(jī)及輔助電路包括第一單片機(jī)U1、第二單片機(jī)U2、第三單片機(jī)U3，單片機(jī)U1、U2和U3分別用于第一路電控刀、第二路電控刀、第三路電控刀的快速離合、制動(dòng)控制，三個(gè)單片機(jī)U1、U2和U3分別接受各自的外部撥碼盤參數(shù)、監(jiān)控三態(tài)開關(guān)狀態(tài)，并通過中斷接收外部位置信號、光電信號和編碼盤同步脈沖信號，產(chǎn)生電控刀控制信號；串口通信電路包括符合RS485標(biāo)準(zhǔn)的RS485通信電路和符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信電路，RS485通信電路用于單片機(jī)U1和PLC之間的通信，RS232通信電路用于單片機(jī)與單片機(jī)之間的通信；邏輯鎖電路對單片機(jī)產(chǎn)生的3路正脈沖離合控制信號、3路負(fù)脈沖離合控制信號、3路正脈沖制動(dòng)控制信號、3路負(fù)脈沖制動(dòng)控制信號進(jìn)行邏輯重組，保證在同一時(shí)刻只有一路信號有效，驅(qū)動(dòng)電路包括六個(gè)橋式電路單元，通過橋式電路產(chǎn)生正負(fù)脈沖，驅(qū)動(dòng)電控刀的線圈或電機(jī)動(dòng)作，控制電控刀的制動(dòng)和離合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電控刀控制裝置，其特征在于所述的光隔和電平轉(zhuǎn)換電路包括光藕U8、 U9、 UIO、 U11和上拉排阻RP1、 RP2，輸入 端工作電平24V，接收NPN型位置開關(guān)信號，輸出端使用5V邏輯電平；位置 信號與單片機(jī)的中斷管腳INT1相連、光電信號與單片機(jī)的中斷管腳INTO相 連、編碼盤脈沖信號與單片機(jī)的中斷管腳INT4相連；光電信號用于控制電控 刀的快速離合，具有最高中斷優(yōu)先級，位置信號用于控制電控刀的快速制動(dòng)， 編碼盤脈沖信號用于脈沖同步方式下的離合延遲時(shí)間計(jì)算。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電控刀控制裝置，其特征在于所述的單片機(jī)及輔助電路包括單片機(jī)U1、 U2、 U3，撥碼盤B1、 B2、 B3，單片機(jī)U1、 U2和U3分別用于第一路電控刀、第二路電控刀、第三路電控刀的快速離合、 制動(dòng)控制；單片機(jī)U1、 U2和U3的54-57腳用于程序燒錄；單片機(jī)U1、 U2和 U3的PA 口用于撥碼盤輸入狀態(tài)監(jiān)控，單片機(jī)將PA 口的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電控刀離 合時(shí)的延遲時(shí)間，PD5和PD6用于連接外部三態(tài)開關(guān)Jl、 J2和J3，選擇常車、 點(diǎn)車和停車三種工作狀態(tài)；Ul、 U2和U3的INT0、 INT1、 INT4分別用于光電 信號、位置信號和編碼盤同步脈沖信號的中斷控制；PCO、 PC1和PD7用于PLC 控制、自控制和離合延遲方式的狀態(tài)監(jiān)控；Ul的PC2和PC3腳用于串口通信 中通信對象的選擇，U2、 U3的PC2和PC3腳未用；Ul、 U2和U3的RXD1、 TXD1 用于三個(gè)單片機(jī)之間的命令數(shù)據(jù)包離合、制動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)通信，U1的RXD0、 TXDO用于單片機(jī)Ul和PLC之間的RS485通信；Ul、 TJ2和U3的PBO、 PB1、 PB2、 PB3分別用于電控刀離合時(shí)的正脈沖控制、負(fù)脈沖消磁、制動(dòng)時(shí)的正脈沖控制、 制動(dòng)時(shí)的負(fù)脈沖消磁。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高速電控刀控制裝置，其特征在于所述的串口通信電路中包括有RS485通信芯片U7、 RS232通信芯片U5和U6、或門芯 片U4; U7符合RS485標(biāo)準(zhǔn)，連接單片機(jī)Ul的串口 0和外部PLC，單片機(jī)Ul 將數(shù)據(jù)串行寫入U(xiǎn)7; U5和U6符合RS232標(biāo)準(zhǔn)，與U4進(jìn)行邏輯組合，單片機(jī) Ul的PC2控制單片機(jī)Ul和U2之間的串口通信，單片機(jī)Ul的PC3控制單片機(jī) U1和U3之間的串口通信，采用通信方式異步控制方式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速電控刀控制裝置，其特征在于所述的邏輯鎖電路包括六路邏輯鎖電路單元，每一邏輯鎖單元中含輸入光藕U12，輸 出光藕U15、與非門U13和與門U14; U12的2、 4腳連接單片機(jī)的電控刀離合 控制端PBO、 PB1或制動(dòng)端PB2、 PB3, U12的輸出端通過U13和U14與其輸入 端進(jìn)行邏輯組合，保證在任何時(shí)刻只有一路導(dǎo)通或兩路均不導(dǎo)通；U15的輸出 端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高速電控刀控制裝置，其特征在于所述的 驅(qū)動(dòng)電路包括六路驅(qū)動(dòng)電路單元，呈橋路結(jié)構(gòu)，每路驅(qū)動(dòng)單元含四個(gè)大功率三級管Q1、 Q2、 Q3、 Q4，四個(gè)回流二級管Dl、 D2、 D3、 D4; PI1作為驅(qū)動(dòng)的 正輸入端，與邏輯鎖電路中U15的7腳連接，PI2作為驅(qū)動(dòng)的負(fù)輸入端，與邏 輯鎖電路中U15的5腳連接，驅(qū)動(dòng)單元的0UT1和0UT2為驅(qū)動(dòng)電路的正輸出 端和負(fù)輸出端，與電控刀制動(dòng)器、離合器的正端、負(fù)端連接，正脈沖驅(qū)動(dòng)制 動(dòng)器動(dòng)作，負(fù)脈沖用于消磁。
專利摘要一種高速電控刀控制裝置，用于折頁機(jī)電控刀快速離合、制動(dòng)的控制。系統(tǒng)包括光隔及電平轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及輔助電路、串口通信電路、邏輯鎖電路和驅(qū)動(dòng)電路。光隔和電平轉(zhuǎn)換電路將24V控制信號轉(zhuǎn)換為5V邏輯的數(shù)字信號，由單片機(jī)進(jìn)行中斷，然后產(chǎn)生控制信號，通過邏輯鎖電路和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電控刀的離合器和制動(dòng)器工作。該設(shè)備采用正負(fù)脈沖交替控制方式，離合器和制動(dòng)器的工作頻率大幅提高，邏輯鎖電路保證了該裝置使用過程中的可靠性。該裝置可廣泛應(yīng)用于高速折頁機(jī)電控刀的在線自動(dòng)控制，同時(shí)兼容中低速和準(zhǔn)高速折頁機(jī)。
文檔編號B65H45/00GK201058775SQ20072016992
公開日2008年5月14日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者王躍宗 申請人:北京工業(yè)大學(xué)