五點式全自動捆鈔機的原理與實現(xiàn)

摘要：介紹了五點式全自動捆鈔機的原理與實現(xiàn)，并給出了相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖和部分軟件框圖以及各種非正常情況的處理方法。

捆鈔機是金融系統(tǒng)中的辦公用品，其功能是將現(xiàn)鈔打把?每百張紙幣為一把?、打捆?每十把為一捆?，以便進(jìn)行現(xiàn)鈔的清點、運輸和保存。國內(nèi)的捆鈔機主要分為三類。第一類是機械式的，即通過杠桿、螺旋或液壓機械按壓后由手工捆扎，因此工作人員勞動強度較大，且操作不規(guī)范。第二類是半自動的，即用電腦控制實現(xiàn)其中連續(xù)的一個或兩個動作，然后在工作人員配合下完成捆鈔。第三類捆鈔機是全自動的，由工作人員把捆扎的現(xiàn)金放在工作臺上，按下自動捆扎鍵后，自動捆鈔機將完成全部動作。采用全自動方式可以真正地把操作人員從重復(fù)的勞動中解放出來，同時大大提高效率。目前金融部門用的捆鈔機大部分是三點式的半自動捆鈔機，由于三點式捆鈔機會引起現(xiàn)鈔的丟張現(xiàn)象，因此金融部門要求捆鈔機能實現(xiàn)現(xiàn)金的五點捆扎?；谝陨显颍_發(fā)了五點式的全自動捆鈔機，在實際應(yīng)用中達(dá)到了良好的效果。

１ 五點式全自動捆抄機的工作原理

五點式全自動捆鈔機連續(xù)捆鈔的動作可以分為兩步：第一步把現(xiàn)鈔進(jìn)行橫向捆扎，第二步將現(xiàn)鈔進(jìn)行兩次縱向捆扎。具體實現(xiàn)過程如下：

（１）將現(xiàn)鈔放在工作臺上，按下自動捆扎鍵，壓幣電機開始動作，將現(xiàn)鈔壓緊。當(dāng)檢測到現(xiàn)鈔被壓緊時，壓幣電機停止工作。

（２）啟動進(jìn)帶電機，進(jìn)帶機構(gòu)開始進(jìn)帶，當(dāng)帶頭碰到帶道上的“進(jìn)帶到位”行程開關(guān)時，進(jìn)帶電機停止工作。同時，凸輪電機開始動作，將帶頭壓住。壓好帶頭后，凸輪電機停止轉(zhuǎn)動。

（３）進(jìn)帶電機反轉(zhuǎn)緊帶，將帶抽緊，當(dāng)檢測到帶被抽緊時，進(jìn)帶電機停止工作。同時，凸輪電機開始工作，帶動焊接頭將帶焊接好，焊完后凸輪電機又帶動切刀將帶切斷，當(dāng)檢測到凸輪電機達(dá)到初始位置時，凸輪電機停止工作。焊接點如圖１(ａ)中①所示。

（４）壓幣電機反轉(zhuǎn)，當(dāng)工作臺下降到一定程度時，壓幣電機停止轉(zhuǎn)動。同時，機械手電機帶動機械手左轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測到現(xiàn)鈔已被放置成縱向時，機械手電機停止工作。

（５）壓幣電機壓幣，然后進(jìn)行進(jìn)帶、壓帶、緊帶，凸輪電機和下焊點電機同時動作，將上下焊點進(jìn)行焊接。最后進(jìn)行切帶，完成第一個縱向的捆扎。上焊接點如圖１(ａ)中②所示，下焊接點如圖１(ｂ)中④所示。

    （６）機械手將現(xiàn)鈔旋轉(zhuǎn)１８０度后，進(jìn)行第二次縱向捆扎，第二次捆扎后的上焊點如圖１(ａ)中③所示，下焊接點如圖１(ｂ)中⑤所示。

圖１(ａ)為焊接完后的現(xiàn)鈔正面效果，圖１(ｂ)為焊接完后現(xiàn)鈔的反面效果圖，黑點表示焊接點。

橫向捆扎過程可用圖２來表示。其中，灰色部分為現(xiàn)鈔，細(xì)線為捆扎帶。

全自動捆鈔機的硬件控制電路主要包括顯示部分、鍵盤部分、電機驅(qū)動部分及各個電機的位置檢測四大部分。其硬件框圖如圖３所示。

電機的位置檢測包括：錢幣種類?５元、５０元、１００元等錢幣的尺寸不一?位置檢測；機械手位置檢測；壓幣電機位置檢測；下焊點位置檢測；凸輪電機位置檢測；進(jìn)帶電機位置檢測等。

電機包括：幣種位置電機、機械手驅(qū)動電機、壓幣電機、下焊點驅(qū)動電機、凸輪電機、進(jìn)帶電機等。

電機控制部分的電路如圖４所示。

當(dāng)Ｐ１．０為高電平時，Ｕ１截止，Ｋ１閉合，進(jìn)而Ｋ２閉合，電機轉(zhuǎn)動。而當(dāng)Ｐ１．０為低電平時，電機失電停轉(zhuǎn)。

在圖４的電路中采取以下幾點措施來增強抗干擾功能：

（１）控制回路和驅(qū)動部分不共地，控制回路采用信號地，驅(qū)動部分采用模擬地，應(yīng)用光電耦合器進(jìn)行隔離。而對于交流部分采用的是交流地，并且把交流部分放在控制板外部。

（２）在直流繼電器Ｋ１的線圈兩端并一個二極管，在交流繼電器Ｋ２的線圈兩端并一個阻容吸收回路，用來吸收線圈通斷電時產(chǎn)生的很高的反電勢，從而減小對單片機系統(tǒng)的干擾。

２ 自動捆鈔機的軟件實現(xiàn)

由于捆鈔機的工序是順序控制，因此對于實現(xiàn)捆鈔機動作的子程序可以獨立編制，然后根據(jù)工藝要求將各個部分串接起來。由于各個模塊的功能主要是對對應(yīng)的位置進(jìn)行精確定位，實現(xiàn)方法基本相同，因此本文只畫出進(jìn)帶電機進(jìn)帶的軟件框圖，如圖５所示。

對于一個系統(tǒng)來說，除了要實現(xiàn)正常的功能外，還要能檢測整個電路的工作情況是否正常。因此在軟件的開始部分是檢測設(shè)備能否正常工作。若機械部分不是在復(fù)位狀態(tài)，則要驅(qū)動相應(yīng)的電機使捆鈔機復(fù)位。在運行過程中要能檢測出各種非正常情況。下面列舉幾種非正常情況的處理方法。

（１）軟件首先應(yīng)該檢測出各個位置檢測傳感器是否正常。若作為位置檢測的傳感器開路或斷路，在單位時間內(nèi)無信號接收到，則停機并開始報警，從而提高了設(shè)備的可靠性。

（２）捆鈔機檢測到帶梢時，表示一盤帶子將用盡。這時自動把機器中的帶梢退出，然后報警，告訴用戶帶已用完，需要重新安裝一盤新的帶子。

（３）進(jìn)帶時，若由于帶子的缺陷使其卡在捆鈔機中，捆鈔機能檢測到帶子是有缺陷的。

作為金融器具，安全性也是一個重要指標(biāo)。因此要求捆鈔機能處理一些特殊的情況，如當(dāng)壓幣電機剛開始松幣時?壓幣電機的傳感器突然發(fā)生故障。若按正常處理各種異常情況的方法，則壓幣電機停機并報警。此時現(xiàn)金將被壓在設(shè)備中，等維修人員到現(xiàn)場處理，這可能有一兩天時間。但是把現(xiàn)金放在外部是金融部門不允許的。本捆鈔機處理該異常情況的方法是按住某一按鍵數(shù)秒鐘后，壓幣電機即松幣，直到該鍵放開。

另外在設(shè)計捆鈔機時，對于每一個單獨的動作，都可以通過面板上對應(yīng)的按鍵來完成。通過這種設(shè)計，使捆鈔機的維修變得簡單。

圖4 電機控制部分的電路圖

３ 提高電機控制精度的實現(xiàn)方法

由于單相異步機的價格很低，因此在本系統(tǒng)中全部采用單相異步電機。但從位置控制的角度講，單相異步?接上頁）

機很難精確定位（開環(huán)控制）。單相異步電機快速停車的實現(xiàn)原理如下：當(dāng)異步電機在正常工作狀態(tài)下時，異步電機兩相繞組上的相位相差９０°，因而在異步電機定子上產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場中的轉(zhuǎn)子切割磁力線而使電機旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在電機的兩相繞組上同時加同相電壓時，則在定子中產(chǎn)生一個靜止的磁勢，而此時電機的轉(zhuǎn)子由于電流的存在也產(chǎn)生一個磁勢。該磁勢隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。根據(jù)磁路最近原理可知，當(dāng)兩個磁勢產(chǎn)生的磁路最短時，磁路達(dá)到穩(wěn)定。因而當(dāng)電機定子的磁勢和轉(zhuǎn)子的磁勢重合時，磁路達(dá)到最短。這樣就使電機在最短的時間內(nèi)停止工作。其原理即電磁剎車的原理。硬件中沒有增加剎車部分，但其系統(tǒng)的性能卻得到很大的提高。使用該方法不但減少成本，而且增加了整個系統(tǒng)的可靠性。

４ 機械手功能的實現(xiàn)

由于在捆鈔機中，機械手需要完成的動作很簡單，只是把現(xiàn)鈔從橫向放置成縱向，然后再將現(xiàn)鈔從縱向放置成橫向，各個動作之間是９０度關(guān)系，因此機械手動作可以通過電機帶動機械手的凸輪結(jié)構(gòu)來完成。當(dāng)檢測部分檢測到凸輪機構(gòu)完成９０度旋轉(zhuǎn)后，電機停轉(zhuǎn)，完成捆鈔機機械手部分的動作。

五點式智能捆鈔機從硬件和軟件上采取了各種抗干擾措施，使該設(shè)備抗干擾能力增強，工作穩(wěn)定性提高，同時具備多種自診斷功能，如出現(xiàn)各種意外情況，也不會損壞現(xiàn)金。該設(shè)備在實際工作中性能可靠，是一款理想的金融器具。