基于PC+運動控制板卡的銀行自動蓋章機設計

單根立，朱合新(河北科技大學 機械工程學院，河北 石家莊　050018)

0　引　言

在銀行等現(xiàn)代服務業(yè)中，經常需要對各種各樣的單據進行蓋章，且蓋章工作量非常巨大[1]。而傳統(tǒng)的手工蓋章有蓋章速度慢、蓋章位置不精確、人工勞動強度大等缺點，難以滿足現(xiàn)代辦公自動化的需求[2]。雖然市場上有通用蓋章機銷售， 但難以滿足企業(yè)一些特定的業(yè)務要求。 為了滿足銀行等企業(yè)的特定業(yè)務需求,蓋章機自動化的實現(xiàn)具有很大的經濟價值和實用價值[3]。

針對傳統(tǒng)蓋章機的機械機構布局不合理、蓋章位置不精確的缺點與手動蓋章的現(xiàn)狀，重點設計了銀行自動蓋章機的機械結構和電控系統(tǒng)。銀行自動蓋章機主要由機械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、檢測機構等組成。本系統(tǒng)目的是將章自動蓋在如圖1所示票據的指定位置。目前，國內銀行多數(shù)采用人工蓋章這種單一方式，大大限制了辦公效率的提高[4]。

1　機械結構及工作原理

1.1　機械結構

蓋章機主要由打印機、步進電機、同步帶、導軌、滑塊、絲桿螺母、電動推桿、彈簧、章印、票據等組成，具體機械結構如圖1所示。

圖1　自動蓋章機機械結構圖

1.2　工作原理

銀行自動蓋章機具體工作原理如下：

(1)一上電，系統(tǒng)重新校正各部分的定位，控制系統(tǒng)發(fā)出初始化信號，控制電動推桿與章印到達初始零位行程位置[5]。

(2)票據到位過程：工作人員在電腦屏幕上通過點擊打印命令，來驅動打印機打印出所需蓋章的票據，打印出的票據會沿著下滑板落到限位臺上，由票據紙光電傳感器檢測票據是否到位。

圖2　取印泥過程

(3)沾取印泥過程:檢測到票據到位后，蓋章電動推桿得電向下伸出，通過彈簧帶動章印向下運動來沾取印泥，由電動推桿自身帶有的伸出到位傳感器檢測推桿伸出是否到位。伸出到位后蓋章電動推桿反向得電帶動章印向上收縮回到原位，由蓋章電動推桿自身帶有的縮回到位傳感器檢測推桿縮回是否到位，完成章印取印泥過程。具體取印泥過程如圖2所示

(4)章印向前移動過程：檢測到取完印泥后，1號步進電機正轉得電，通過同步帶1、同步帶2滑塊光桿傳動機構帶動章印向前運動，其中同步帶2與滑塊固定連接在一起，通過輸給1號步進電機脈沖數(shù)和脈沖頻率控制章印的前進距離和速度[6]。具體章印向前過程如圖3所示。

圖3　章印向前移動過程圖

(5)章印向右移動過程：檢測到章印向前移動到位后，2號步進電機正轉得電，通過同步帶3、絲桿螺母傳動機構帶動章印向右運動，通過輸給2號步進電機脈沖數(shù)和脈沖頻率控制章印的左右距離和速度。運動向右過程如圖4所示。

圖4　章印向右移動過程

(6)向下蓋章過程：檢測到章印向前、向右到位后，蓋章電動推桿正向得電，推桿通過彈簧帶動章印向下伸出完成票據指定位置的蓋章。

(7)復位過程：完成向下蓋章后，蓋章電動推桿反向得電縮回到位。1號步進電機反轉得電，章印向后移動到零位，通過1號零位行程傳感器檢測是否到位。檢測到位后，2號步進電機反轉得電，向左回到零位，由2號零位行程傳感器檢測是否到位。

(8)取票據過程：檢測到蓋章完成和手以后，開關票據門電動推桿正向伸出得電，打開票據門，完成取票據過程。

2　電路控制系統(tǒng)設計

2.1　控制系統(tǒng)總體方案

圖5　人機交互界面圖

銀行自動蓋章機是機、電一體化的全自動設備，由控制系統(tǒng)協(xié)調各部分工作[7]。蓋章機包括一個人機交互系統(tǒng)和一個以PC+運動控制板卡為核心的控制系統(tǒng)[8]。人機交互系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間通過USB串口通信，人機交互系統(tǒng)完成自動蓋章自動/手動控制、實時顯示蓋章機的工作狀態(tài)信息及完成一些初始化參數(shù)的設置[9]。方便了操作人員對設備的實時監(jiān)控及操作，人機對話將十分直觀[10]。人機交互界面圖如圖5所示

通過對銀行自動蓋章機工作原理的分析[11]。設計了基于PC+運動控制板卡電路控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由通用PC機、運動控制板卡、固態(tài)繼電器、電動推桿、步進電機驅動器、步進電機、傳感器、蓋章傳動機構等組成，其中通用PC機向運動控制板卡發(fā)送各種運動控制命令，通過步進電機驅動器驅動1號、2號步進電機的正反轉來控制章印的前后、左右運動；通過固態(tài)繼電器驅動電動推桿伸出與縮回來控制章印的上下運動，通過傳感器將檢測到的章印位置反饋到運動控制板卡。另外，為實現(xiàn)快速平穩(wěn)控制步進電機啟停，設計出電機的控制步驟及相關算法，以便于對電機升降速度的控制[12]。 其控制回路如圖6所示。

圖6　自動蓋章機控制回路圖

2.2　運動控制板卡系統(tǒng)的設計

運動控制板卡通過控制固態(tài)繼電器的得電實現(xiàn)電動推桿的伸出、縮回；通過控制步進電機驅動器來實現(xiàn)步進電機的正反轉[13]。該系統(tǒng)的核心是采用PC+運動控制板卡的處理模式，其中運動控制板卡的輸入點有8個，輸出點有5個。輸入點中有利用光電傳感器檢測票據是否到位、電動推桿伸出縮回是否到位、手是否移開，利用零位行程開關檢測1號2號步進電機是否復位。并且設置了急停和復位鍵，當有特殊情況發(fā)生及機器出現(xiàn)錯時可以停止動作操作待問題解決后繼續(xù)工作或還原初始狀態(tài)[14]。運動控制板卡的I/O地址分配如表1所示。

表1　運動控制板卡 I/O地址分配

運動控制板卡接線圖如圖7所示。

圖7　運動控制板卡接線

2.3　運動控制板卡控制流程

根據設備需要實現(xiàn)的順序動作，繪制了程序控制流程圖，方便了Visual Studio控制程序的編寫，具體控制動作順序如圖8所示。

圖8　程序控制流程

3　結束語

通過機械、電路、控制系統(tǒng)的綜合設計，自動蓋章機可以廣泛應用于銀行等蓋章部門。與市場通用蓋章機相比，基于PC+運動控制板卡控制的自動蓋章機機械結構布局緊湊合理，蓋章位置控制精確，更適用于銀行等企業(yè)。相對傳統(tǒng)的手動蓋章，不僅可以代替重復枯燥的蓋章工作，而且蓋章位置更精確，效率更高。簡潔的人機交互界面對操作要求很低，綜上所述該機型可以為企業(yè)節(jié)約成本，提高企業(yè)競爭力，有廣闊的市場應用前景，實物圖如圖9所示。

圖9　自動蓋章機實物

參考文獻：

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