机械双张自主升级超声波双张 控制系统

　　鉴于单张纸胶印机的输纸机为鱼鳞式连续下纸方式，超声波传感器正常工作时，始终处于单双张信号交替输出的状态，因此我们需要设计一个控制器，能区分正常运行时的双张信号和实际发生双张时的异常双张信号，并将此异常双张信号输出给胶印机，实现报警及停机功能。通常胶印机生产商在设计双张检测功能时，会在PLC控制程序内结合胶印机位置编码器角度判断该双张信号是否实际存在双张。递纸滚筒运行一圈，位置编码器也同步运行一圈，当递纸滚筒叼走前一张纸，使后一张纸在超声波传感器下形成单张信号时，记录位置编码器角度范围，胶印机PLC仅在该角度范围内判断，若此时有双张信号，即发出报警停机指令，实现双张检测控制功能。

　　由于早期单张纸胶印机均没有配置超声波双张检测功能，胶印机没有预留超声波检测的软硬件接口，更由于生产商技术保密性，根本不被允许修改其控制软件实现此功能。因此，设计一套独立的双张逻辑控制器，仅与胶印机进行简单的输入输出信号交互，即可完成双张检测报警，是该控制系统成功的关键。而重中之重又是如何在胶印机位置编码器特定角度范围内实现双张检测。经过多次分析论证，我们得出这样的结论：在递纸滚筒运转一圈(即前规动作一次)的周期内，只要超声波双张传感器单双张信号交替变化一次，就可判断为正常，反之如果超声波双张传感器在此周期内始终检测到双张信号，则判断为双张。在这里，我们巧妙地将特定角度范围内的检测，转化为计数器计数检测方式。具体检测方案如下。

　　采用计数器的计数值溢出报警功能。设定计数器从0开始计数，溢出值设定为2，将输纸机前规脉冲下降沿信号作为正向加计数信号，双张传感器的双张脉冲下降沿信号为负向减计数信号。正常情况下，前规脉冲下降沿信号进入计数器计数值加1，双张脉冲下降沿信号进入计数器计数值减1，计数值始终在1～0之间交替变化，计数器值不会溢出;而一旦输纸机出现双张异常下纸，双张脉冲信号在本周期内始终保持高电平，这就在计数器上缺失了一个减计数信号，随着下一个周期的前规脉冲下降沿信号进入，计数器值会跳变至2，计数器值溢出，输出报警停机信号。要实现以上功能，还需要考虑两个前提因素，一是需要设置计数器启动信号(本系统选用了印刷滚筒合压信号)，否则机器空转时，前规动作开始计数，造成双张误报警停机;二是计数器必须先接入前规脉冲信号，才能接入双张脉冲信号，否则第一次出现双张时，计数器值不会溢出，不能准确检出双张。各脉冲信号时序图分别如图3、图4所示。

　　为实现以上逻辑控制，我们选用了一款性能高、成本低的软硬件开源平台——Aduino。将Aduino UNO R3作为主控制板，接入超声波传感器双张脉冲信号和胶印机合压信号、前规脉冲信号，利用软件编程实现计数功能，在计数器值溢出时输出报警信号，并将该报警信号与胶印机原有机械双张报警信号并联接入胶印机PLC，实现双张报警停机。

　　1.硬件配置

　　由于Aduino UNO R3控制板输入输出信号为+5VDC，而胶印机通常信号均为+24VDC，两者之间的信号需要隔离转换才能使用。在这里，我们输入信号使用了一个四路高速光耦隔离板，输出采用一个5VDC继电器板实现信号转换。具体接线如图5所示。

　　2.软件编程

　　Aduino编程运用IDE软件集成开发环境，使用类似Processing的简单语言。程序代码编写完成后下载至控制板Aduino UNO R3，转换为微控制器能够理解的语言，执行相应指令，实现双张逻辑控制功能。程序流程如图6。

　　3.功能调试

　　按硬件接线图完成接线，并将程序代码编译下载至控制板后，即可开始双张逻辑控制器的软硬件调试工作。由于Arduino IDE软件具有串口监视器功能，且编程时已将各信号状态和计数器数值读取并显示在监视器窗口内。调试时，可分别检查确认合压、前规、双张信号输入是否正常，再模拟生产中各种可能出现的情况，输入各信号使计数器显示不同数值，确认报警输出功能可否实现。借助监视窗口可以直观判断信号的有无，并针对性排除相应故障。

　　经过反复软硬件修改调试，超声波双张控制系统研发取得了成功。目前该系统已在我公司双面单色单张纸胶印机上投入使用，有效避免了双张漏检带来的设备安全及空白张质量问题，取得了较好的经济效益。此外，由于该控制系统相对独立性，因此只要进行简单的信号交互即可方便地推广应用于任何单张纸胶印机。