霍爾式膠印機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)計(jì)

引 言
實(shí)現(xiàn)膠印機(jī)印刷工藝過(guò)程的程序控制系統(tǒng)(PLC)需用多個(gè)傳感器對(duì)紙張位置、旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè),傳感器數(shù)量的增多給安裝、調(diào)試和使用造成諸多不便，使設(shè)備的可靠性降低，電氣控制系統(tǒng)的成本增加。分析膠印機(jī)的功能和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，膠印機(jī)的合壓、打碼、撥碼、噴粉和雙回轉(zhuǎn)功能屬順序控制，可通過(guò)檢測(cè)收紙輥的旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)程序控制。考慮到膠印機(jī)存在油、墨、水和落塵污染，又屬連續(xù)運(yùn)行的苛刻應(yīng)用環(huán)境，磁敏型傳感器較為適合，但對(duì)控制工位相對(duì)少的膠印機(jī)來(lái)說(shuō)，選用磁旋轉(zhuǎn)編碼器又顯得價(jià)格昂貴。因此，基于開(kāi)關(guān)型霍爾電路設(shè)計(jì)了霍爾式膠印機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱霍爾旋轉(zhuǎn)編碼器)，使傳感器的安裝、調(diào)試、布線簡(jiǎn)化，節(jié)省了PLC的輸入接口資源，在膠印機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了成功。

1 霍爾旋轉(zhuǎn)編碼器原理框圖
霍爾旋轉(zhuǎn)編碼器主要由旋轉(zhuǎn)磁鐵組合、取樣電路和信號(hào)處理電路等部分組成，如圖1所示。其中，旋轉(zhuǎn)磁鐵組合安裝在膠印機(jī)收紙輥上，霍爾旋轉(zhuǎn)編碼器電路部分固定在機(jī)體上，敏感面對(duì)準(zhǔn)磁極，兩者間距小于5 mm，對(duì)收紙輥的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行取樣。因磁極的位置是確定的，所以取樣信號(hào)是絕對(duì)位置量。如果取樣電路具有識(shí)別印刷工藝起點(diǎn)和位置順序控制點(diǎn)的能力，那么印刷的過(guò)程就能通過(guò)一個(gè)傳感器的多點(diǎn)取樣，實(shí)現(xiàn)程序控制。取樣的基礎(chǔ)是基于霍爾電路A3144，顯然單一霍爾芯片不能實(shí)現(xiàn)包括起始點(diǎn)和順序點(diǎn)的取樣，需要對(duì)取樣電路進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以滿上述要求。取樣電路獲取的位置信號(hào)送信號(hào)處理電路，經(jīng)軟件系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷處理，確認(rèn)后輸出編碼信息。

2 取樣電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 雙霍爾取樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理
根據(jù)開(kāi)關(guān)型霍爾電路原理，霍爾芯片只對(duì)一個(gè)方向的磁場(chǎng)有效，這就是說(shuō)霍爾芯片的一個(gè)感應(yīng)面為磁體的s極敏感，那么另一面一定是N極敏感，假設(shè)這兩面分別叫S面和N面。將兩個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾芯片A和B的相同敏感面(例如N面)相對(duì)，A在前，B在后疊放，組成一雙霍爾取樣電路AB。芯片A的輸出定義為Va，芯片B的輸出定義為Vb，顯然對(duì)來(lái)自同一方向的磁體，芯片A對(duì)S極敏感，芯片B對(duì)N極敏感，即S極觸發(fā)雙霍爾AB，則Va輸出，N極觸發(fā)AB，則Vb輸出，參見(jiàn)圖2。這種設(shè)計(jì)使取樣芯片組對(duì)兩個(gè)磁場(chǎng)方向都敏感，因芯片獨(dú)立輸出，具有識(shí)別磁極的能力。由于磁體組的S極、N極有位置間隔，所以Va,Vb信號(hào)在時(shí)間上不重疊。當(dāng)S，N1，N2， N3，N4旋轉(zhuǎn)一周順序觸發(fā)AB時(shí)，芯片A將輸出一個(gè)脈沖，稱之為“起始點(diǎn)”或零信號(hào)；芯片B將輸出四個(gè)脈沖，稱之為“順序點(diǎn)”信號(hào)?；谶@種思想設(shè)計(jì)取樣電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)旋轉(zhuǎn)磁體組各磁極的識(shí)別功能，尤其關(guān)鍵的是能確定印刷過(guò)程的起始點(diǎn)。