一種新型斷條光電自停裝置的設計
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并條機斷條自停裝置(簡稱自停裝置)的可靠性直接影響并條機的產(chǎn)條質量，堵條、羅拉纏繞和積花(通稱為堵條)則會影響生產(chǎn)效率，甚至會損壞設備。因此對并條斷條、堵條的快速、準確檢測具有實際意義。早期的自停裝置為機械接觸式，因可靠性差、與棉條接觸和設備運行速度的提高等因素而逐步被淘汰，高架并條機已不采用，現(xiàn)在廣泛應用的是光電對射式自停裝置。并條機斷條自停裝置一般不具有堵條自停功能，存在易損壞、智能化程度低和調試應用不便的缺點，檢測單元的位置和角度稍有變化即會影響檢測的可靠性，造成漏檢和誤停車。隨著變頻器應用的增多，抗干擾能力弱的缺點也顯現(xiàn)出來。
光電自停裝置的工作原理與對射式光電接近傳感器的原理基本相同，一般采用紅外發(fā)射二極管發(fā)射某一頻率的紅外光，用光敏器件接收透射光并轉換為電信號，含有光路狀態(tài)信息的信號由放大器放大并經(jīng)檢波，確定是否有物體經(jīng)過光路。為提高可靠性，接收器件常用濾光封裝濾除自然光，避免光電轉換器件飽和；采用特定頻率的紅外調制光，抑制環(huán)境突變光干擾。隨著技術的進步，集成化、智能化的光電傳感器也不斷出現(xiàn)。但并條機應用的各種光電自停裝置一般不具有智能化檢測特點，集成化程度較低，光電轉換器大多采用光敏二極管或光敏三極管分離元件構成，接收器件僅完成光電信號轉換功能，信號放大和檢波需設計外圍電路支持，因此接收器件的性能是光電自停裝置電路設計的技術關鍵。為此，基于集成化IRM設計了一種新型智能化自停裝置，統(tǒng)一了并條機前后光電路設計，在FA302，F(xiàn)A306等型號的并條機上應用證明，其檢測可靠，避免了設備誤停。
1 自停裝置系統(tǒng)構成
1．1 系統(tǒng)構成與設計特點
如圖1所示，新型光電自停裝置由四路對射式光電斷條檢測單元、兩通道對射式光電堵條檢測單元和自?？刂破鳂嫵?。控制器具有雙控功能，斷條自停和堵條自停分別輸出，與檢測單元采用三總線連接，為檢測單元提供電源和接收停車信號。檢測單元由紅外線發(fā)射器和接收器組成，前后光電檢測單元的電路原理相同，因安裝方式不同其外觀尺寸有差別。發(fā)射器工作狀態(tài)受接收器控制，二者通過光路構成一個閉環(huán)檢測系統(tǒng)。為防止光路間相互干擾，發(fā)射與接收器均安裝光學透鏡系統(tǒng)，使發(fā)射光到達接收器的光斑直徑約為20 cm，因此，接收器具有較大的接收和調整范圍。
斷條檢測單元具有自動復位功能，檢測到斷條后輸出停車信號1 s即自動復位，當接收器持續(xù)接收不到光信號時間超過5 s，則發(fā)出故障指示，提醒維護。堵條檢測單元檢測到堵條故障，則持續(xù)輸出停車信號，防止啟動設備造成設備故障，堵條故障被排除后方能自動停止輸出停車信號?？紤]電纜連接的可靠性與方便性，發(fā)射器和接收器采用電話水晶頭連接器與總線連接，安裝、更換方便。
1．2 檢測單元構成框圖
參見圖2，發(fā)射與接收單元雖是分體結構，但電路設計為一整體系統(tǒng)。主要由微處理器電路、動態(tài)光強控制電路、紅外發(fā)射電路、IRM接收電路及輸出電路構成，由控制器提供工作電源。微處理器作為智能控制單元，與動態(tài)光強控制電路、發(fā)射電路、IRM接收電路，通過光路構成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，使發(fā)射與接收具有智能化檢測的特點。停車信號通過輸出電路送到自?？刂破?，控制設備停車。
考慮到應用環(huán)境存在飛花、落塵和設備震動等因素，提出一種以微處理器為核心的檢測方案，采用在遙控領域應用廣泛的IRM作為檢測器件，簡化電路設計，提高穩(wěn)定性；應用調制紅外光發(fā)射，排除環(huán)境光干擾；以發(fā)射、接收檢測反饋應答工作模式，提高檢測可靠性；利用智能化的可變光強發(fā)射技術，抑制因透鏡面落塵、發(fā)射器與接收器位置變化造成的誤檢測。應用證明在透鏡稍有落塵的情況下，檢測可靠。
2 自停裝置的電路設計與原理
2．1 IRM簡介與傳輸特性
IRM-3638型紅外遙控接收模組，將光探測器、前置放大器、檢波電路集成封裝在一起，以實現(xiàn)信號的接收、放大與檢波。無外圍元件，輸出與TTL和CMOS兼容，可直接與微處理器接口。具有可靠性高、抗干擾能力強、功耗低(2 mA@5 V)、靈敏度高的優(yōu)點。
IRM適宜對波長為940 nm、調制頻率為38 kHz紅外脈沖信號的接收。當信號強度達到IRM的接收要求時，只需接收6個脈沖就能可靠觸發(fā)輸出低電平信號，如圖3所示。若IRM連續(xù)接收38 kHz的紅外脈沖信號，將持續(xù)輸出低電平；IRM接收不到符合要求的紅外信號時將輸出高電平。因此若物體經(jīng)過或遮擋接收光路，IRM接收的將不是連續(xù)脈沖光或接收不到脈沖光，光電自停裝置的接收器正是利用了IRM這一檢波傳輸特性，微處理器通過檢測IRM的輸出狀態(tài)，可獲取光路的被遮擋的信息，并且自停裝置省掉了放大器和檢波電路設計，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2．2 動態(tài)光強控制紅外發(fā)射電路
紅外線發(fā)射采用了動態(tài)可變光強設計，見圖4。L1為紅外發(fā)射二極管，T1，T2為PNP型三極管。當T2截止時，L1的限流電阻為R1+R2；T2飽和導通時短路R2，L1的限流電阻為R1，因此通過控制T2的導通狀態(tài)可控制通過L1的工作電流大小，實現(xiàn)光強控制。微控器通過T1以頻率為38 kHz、占空比為1／2的脈沖驅動紅外發(fā)射管L1產(chǎn)生脈沖紅外光。系統(tǒng)上電時微處理器控制T2截止，以小光強進行接收檢測，若能夠正常接收，系統(tǒng)將維持小光強發(fā)射進入工作狀態(tài)，以提高發(fā)射器壽命。若不能正常接收，T2將導通提高發(fā)射光強，這時若能正常接收，系統(tǒng)將以較大光強進入工作狀態(tài)，同時系統(tǒng)發(fā)出提示清潔透鏡或調整接收器位置的信號。若仍不能正常接收，則自動關閉接收器輸出，維持其他單元系統(tǒng)工作，并發(fā)出故障提示信號。這種設計方法，使發(fā)射與接收具有反饋應答特征，紅外發(fā)射光強度得到動態(tài)控制，使接收器自動適用接收狀態(tài)的變化，有利于提高檢測可靠性。
2．3 自停裝置單元電路原理
電路的信號處理和控制核心采用了Microchip Technology Inc．生產(chǎn)的PIC12C508A微處理器。它基于COMS設計，采用RISC結構，片內程序存儲器EPROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM，并集成了上電復位電路(POR)、時鐘振蕩器(INTRC)、看門狗定時器(WDT)等功能單元。具有小型化封裝(8-Lead SIOC)、低功耗(2 mA@4 MHz)、高性價比的優(yōu)點，為接收器的小型化設計提供了方便。自停裝置的電路設計充分利用了其內建功能，提高了集成度，降低了系統(tǒng)成本。
電路原理如圖5所示，圖中電阻R1，R2，R3，R4，紅外發(fā)射二極管L1、三極管T1，T2構成發(fā)射電路，由U1的GP4，GP5口輸出控制信號驅動。IRM3638、電阻R5、電容C2構成紅外接收電路，R5與C1的作用是與發(fā)射電路的電源隔離，防止信號串擾，穩(wěn)定IRM的供電。電阻R6。、三極管T3構成輸出電路，為使各單元的輸出能夠采用線“或”式向自?？刂破鬏斔屯＼囆盘?，采用集電極開路(OC)輸出。L2為共陽極紅綠雙色LED，與R7，R8構成狀態(tài)指示電路，由U1的GP0，GP1口驅動。正常接收時顯示綠色；提醒清潔時顯示橙色；輸出停車信號時顯示紅色；接收故障時為橙色閃爍，可根據(jù)顯示狀態(tài)了解接收器工作情況。
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