一种新型断条光电自停装置的设计

发布时间：2020-06-30 21:47:08 阅读：次来源：点火器厂家

0 引言并条机断条自停装置(简称自停装置)的可靠性直接影响并条机的产条质量，堵条、罗拉缠绕和积花(通称为堵条)则会影响生产效率，甚至会损坏设备。因此对并条断条、堵条的快速、准确检测具有实际意义。早期的自停装置为机械接触式，因可靠性差、与棉条接触和设备运行速度的提高等因素而逐步被淘汰，高架并条机已不采用，现在广泛应用的是光电对射式自停装置。并条机断条自停装置一般不具有堵条自停功能，存在易损坏、智能化程度低和调试应用不便的缺点，检测单元的位置和角度稍有变化即会影响检测的可靠性，造成漏检和误停车。随着变频器应用的增多，抗干扰能力弱的缺点也显现出来。光电自停装置的工作原理与对射式光电接近传感器的原理基本相同，一般采用红外发射二极管发射某一频率的红外光，用光敏器件接收透射光并转换为电信号，含有光路状态信息的信号由放大器放大并经检波，确定是否有物体经过光路。为提高可靠性，接收器件常用滤光封装滤除自然光，避免光电转换器件饱和；采用特定频率的红外调制光，抑制环境突变光干扰。随着技术的进步，集成化、智能化的光电传感器也不断出现。但并条机应用的各种光电自停装置一般不具有智能化检测特点，集成化程度较低，光电转换器大多采用光敏二极管或光敏三极管分离元件构成，接收器件仅完成光电信号转换功能，信号放大和检波需设计外围电路支持，因此接收器件的性能是光电自停装置电路设计的技术关键。为此，基于集成化IRM设计了一种新型智能化自停装置，统一了并条机前后光电路设计，在FA302，FA306等型号的并条机上应用证明，其检测可靠，避免了设备误停。1 自停装置系统构成1．1 系统构成与设计特点如图1所示，新型光电自停装置由四路对射式光电断条检测单元、两通道对射式光电堵条检测单元和自停控制器构成。控制器具有双控功能，断条自停和堵条自停分别输出，与检测单元采用三总线连接，为检测单元提供电源和接收停车信号。检测单元由红外线发射器和接收器组成，前后光电检测单元的电路原理相同，因安装方式不同其外观尺寸有差别。发射器工作状态受接收器控制，二者通过光路构成一个闭环检测系统。为防止光路间相互干扰，发射与接收器均安装光学透镜系统，使发射光到达接收器的光斑直径约为20 cm，因此，接收器具有较大的接收和调整范围。

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断条检测单元具有自动复位功能，检测到断条后输出停车信号1 s即自动复位，当接收器持续接收不到光信号时间超过5 s，则发出故障指示，提醒维护。堵条检测单元检测到堵条故障，则持续输出停车信号，防止启动设备造成设备故障，堵条故障被排除后方能自动停止输出停车信号。考虑电缆连接的可靠性与方便性，发射器和接收器采用电话水晶头连接器与总线连接，安装、更换方便。1．2 检测单元构成框图参见图2，发射与接收单元虽是分体结构，但电路设计为一整体系统。主要由微处理器电路、动态光强控制电路、红外发射电路、IRM接收电路及输出电路构成，由控制器提供工作电源。微处理器作为智能控制单元，与动态光强控制电路、发射电路、IRM接收电路，通过光路构成一闭环控制系统，使发射与接收具有智能化检测的特点。停车信号通过输出电路送到自停控制器，控制设备停车。

考虑到应用环境存在飞花、落尘和设备震动等因素，提出一种以微处理器为核心的检测方案，采用在遥控领域应用广泛的IRM作为检测器件，简化电路设计，提高稳定性；应用调制红外光发射，排除环境光干扰；以发射、接收检测反馈应答工作模式，提高检测可靠性；利用智能化的可变光强发射技术，抑制因透镜面落尘、发射器与接收器位置变化造成的误检测。应用证明在透镜稍有落尘的情况下，检测可靠。

2 自停装置的电路设计与原理2．1 IRM简介与传输特性 IRM-3638型红外遥控接收模组，将光探测器、前置放大器、检波电路集成封装在一起，以实现信号的接收、放大与检波。无外围元件，输出与TTL和CMOS兼容，可直接与微处理器接口。具有可靠性高、抗干扰能力强、功耗低(2 mA@5 V)、灵敏度高的优点。 IRM适宜对波长为940 nm、调制频率为38 kHz红外脉冲信号的接收。当信号强度达到IRM的接收要求时，只需接收6个脉冲就能可靠触发输出低电平信号，如图3所示。若IRM连续接收38 kHz的红外脉冲信号，将持续输出低电平；IRM接收不到符合要求的红外信号时将输出高电平。因此若物体经过或遮挡接收光路，IRM接收的将不是连续脉冲光或接收不到脉冲光，光电自停装置的接收器正是利用了IRM这一检波传输特性，微处理器通过检测IRM的输出状态，可获取光路的被遮挡的信息，并且自停装置省掉了放大器和检波电路设计，提高了系统稳定性。

2．2 动态光强控制红外发射电路红外线发射采用了动态可变光强设计，见图4。L1为红外发射二极管，T1，T2为PNP型三极管。当T2截止时，L1的限流电阻为R1+R2；T2饱和导通时短路R2，L1的限流电阻为R1，因此通过控制T2的导通状态可控制通过L1的工作电流大小，实现光强控制。微控器通过T1以频率为38 kHz、占空比为1／2的脉冲驱动红外发射管L1产生脉冲红外光。系统上电时微处理器控制T2截止，以小光强进行接收检测，若能够正常接收，系统将维持小光强发射进入工作状态，以提高发射器寿命。若不能正常接收，T2将导通提高发射光强，这时若能正常接收，系统将以较大光强进入工作状态，同时系统发出提示清洁透镜或调整接收器位置的信号。若仍不能正常接收，则自动关闭接收器输出，维持其他单元系统工作，并发出故障提示信号。这种设计方法，使发射与接收具有反馈应答特征，红外发射光强度得到动态控制，使接收器自动适用接收状态的变化，有利于提高检测可靠性。

2．3 自停装置单元电路原理电路的信号处理和控制核心采用了Microchip Technology Inc．生产的PIC12C508A微处理器。它基于COMS设计，采用RISC结构，片内程序存储器EPROM和数据存储器RAM，并集成了上电复位电路(POR)、时钟振荡器(INTRC)、看门狗定时器(WDT)等功能单元。具有小型化封装(8-Lead SIOC)、低功耗(2 mA@4 MHz)、高性价比的优点，为接收器的小型化设计提供了方便。自停装置的电路设计充分利用了其内建功能，提高了集成度，降低了系统成本。电路原理如图5所示，图中电阻R1，R2，R3，R4，红外发射二极管L1、三极管T1，T2构成发射电路，由U1的GP4，GP5口输出控制信号驱动。IRM3638、电阻R5、电容C2构成红外接收电路，R5与C1的作用是与发射电路的电源隔离，防止信号串扰，稳定IRM的供电。电阻R6。、三极管T3构成输出电路，为使各单元的输出能够采用线“或”式向自停控制器输送停车信号，采用集电极开路(OC)输出。L2为共阳极红绿双色LED，与R7，R8构成状态指示电路，由U1的GP0，GP1口驱动。正常接收时显示绿色；提醒清洁时显示橙色；输出停车信号时显示红色；接收故障时为橙色闪烁，可根据显示状态了解接收器工作情况。