（机械工程专业论文）mk—92型三极管自动油墨打印机电器控制系统的研发.pdf

摘要 m k 一9 2 型三极管自动油墨打印机是针对t 0 9 2 封装外形的三极管打印型号的专用打 印机。该打印机在保证打印质量的前提下，打印速度可达到每小时打印1 0 0 0 0 只以上，价 格却比同样打印速度的进口打印机低的多。 本文对该打印机的电器控制系统的研发过程进行了详细论述。该打印机的电器控制系 统主要分为三个部分即圆形振动上料盘振动控制电路、直线振动送料器振动控制电路、转 动打印机构驱动电机控制电路。这三个部分均采用可控硅进行控制，可控硅的触发采用 k c 0 5 集成电路移相触发。为了使这三个部分正常工作，另外设计了主电源部分和特殊控制 电路。主电源部分用来产生整台设备所需要的各种工作电源。特殊控制电路用来对打印过 程中的一些特殊要求进行控制，使打印机工作在最佳状态。 本课题的研究有很好的市场前景，该打印机研制成功后，已在市场上售出5 0 多台，平 均每台售价6 万余元，共创收入3 0 0 多万元，刨利润1 0 0 多万元。这5 0 多台设备经过多家 用户的使用，都得到了用户的好评。 关键词：打印机控制系统可控硅 k c 0 5 移相触发 a b s t r a c t m o d e lm k 一9 2t r i o d ea u t o m a t i ci n kp r i n t e ri sas p e c i a lp r i n t e ru s e dt op r i n t t h em o d e ln u m b e ro ft 0 9 2p a c k a g et r i o d e o nt h ep r e r e q u i s i t e o fg u a r a n t e e l n g p r i n t i n gq u a l i t y ，t h ep r i n t i n gs p e e dm a yr e a c ha b o v e1 0 ，0 0 0p c sp e rh o u r ，b u tt h e d r i c eo ft h i sp r i n t e ra c t u a l l yi sm u c hl o w e rt h a nt h ep r i c eo ft h es i m i l a rp r i n t i n g s p e e di m p o r tp r i n t e r i nt h i sa r t i c l e ，t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h ec o n t r o ls y s t e m o fe l e c t r i c a le q u i p m e n to ft h i sp r i n t e rh a sc a r r i e do u td e t a i l e dd i s c u s s i o n t h e c o n t r o ls y s t e mo fe l e c t r i c a le q u i p m e n td i v i d e si n t o3p a r t s v i b r a t i n gc o n t r o l c i r c u i to fc i r c u l a rv i b r a t i n gf e e d i n gt r a y ，v i b r a t i n gc o n t r o lc i r c u i to fs t r a i g h t 1 i n ev i b r a t i n gf e e d e ra n dm o t o r d r i v e nc o n t r o lc i r c u i to ft u r np r i n t i n gm e c h a n i s m t h e s et h r e ep a r t su s et h es i l i c o n c o n t r o l l e dr e c t i f i e rt oc a r r yo nt h ec o n t r o l ， t h et r i g g e ro fs i l i c o n c o n t r o l l e dr e c t i f i e ra d o p tp h a s e s h i f t i n gt r i g g e ro fk c 0 5 i n t e g r a t e dc i r c u i t a d d i t i o n a l l y ，m a i np o w e rs u p p l ya n ds p e c i a lc o n t r o lc i r c u i t h a v eb e e nd e s i g n e dt om a k et h e s e3p a r t sw o r k i n gn o r m a l l y t h em a i np o w e rs u p p l y i su s e dt og e n e r a t et h ev a r i o u sw o r k i n gc u r r e n tn e e d e db ye q u i p m e n t s p e c i a lc o n t r o l c i r c u i ti su s e dt oc o n t r o ls o m es p e c i a lr e q u i r e m e n t si nt h ep r o c e s so fp r i n t i n g a n dm a k et h ep r i n t e rw o r k i n gi nb e s tc o n d i t i o n t h er e s e a r c ho ft h et a s ki sf u l lo fb r i g h tm a r k e tp r o s p e c t s ，t h ep r i n t e rh a s b e e ns o l df o rm o r et h a nf i f t ys e t sa f t e ri tr e s e a r c h e da n dp r o d u c e d t h ea v e r a g e p r i c ei sm o r et h a ns i x t yt h o u s a n d sa n dt h ei n c o m e si sm o r et h a nt h r e em i l l i o n sy u a n ， t og e tp r i f i t sm o r et h a no n em i l l i o n t h e s ee q u i p m e n t sw i np r a i s e sa f t e rt h e ya r e u s e db yc u s t o m e r s k e y w o r d s ：p r i n t e r ，c o n t r o ls y s t e m ，s i l i c o nc o n t r o l l e dr e c t i f i e r ，k c 0 5 ， p h a s e s h i f t i n gt r i g g e r 4 刖蟊 t 0 9 2 封装外形的三极管在家电行业、通讯行业、工业控制等领域被大量使用。随着家 电行业、通讯行业、工业控制的迅速发展，国内对t 0 9 2 封装外形的n p n 、p n p 型三极管的 需求量也迅速增加，为了满足市场需求，t 0 9 2 封装外形的三极管的生产厂家的产量将大大 的增加，生产厂家将扩大整个生产线的规模，才能满足生产的需要。给已封装并测试分选 好的t 0 9 2 封装外形的三极管打印上型号是整个生产中的一道工序，要提高整个产量也必须 提高打印速度，这样才能满足国内市场的需求，但同时由于t 0 9 2 封装外形的三极管生产厂 家很多，竞争很激烈，这就要求在扩大生产规模的同时还必须降低成本，生产厂家才有利 润，才能在竞争中获胜：在这种情况下国内多家半导体器件生产厂同我们联系，希望我们 能研制出专供t 0 9 2 封装外形的分立三极管打印油墨印章的速度较快的价格低廉的专用打 印机。这表明我们研发和制造出这样的打印机将有很好的市场前景。该打印机的研发分为 机械部分和电器控制系统两个部分进行。本课题是针对该打印机的电器控制系统进行研发 和制造。 第一章绪论 1 1m k 一9 2 型三极管自动油墨打印机简介 m k 9 2 型三极管自动油墨打印机是专门给t 0 9 2 封装外形的塑封分立三极管打印油墨 印章，以标识该三极管型号的专用设备。是一种打印速度较快的、价格低廉的、专用打印 机。该打印机主要由以下几个部分组成，见下图： 1 、机架：用来承放整个设备。这个部分主要是用一些槽钢、角钢焊接成支架，上面固定 一块经过镀镍处理的2 0 r a m 厚的钢板，在钢板上面安放打印机的其它部分。 2 、圆形振动上料盘：这个部分主要是用来承放未打印的管子，在上料盘内有一个螺旋上 升的送料导轨，在这个导轨上有一个可以悬挂t 0 9 2 封装外形三极管的 台阶，由于t 0 9 2 封装外形三极管正面和反面悬挂处的尺寸不同，这个 台阶的宽度是按照正面的尺寸设计加工的，三极管在振动和运动过程 中正向的管子容易挂住，反向的管子则不易挂住而被振动脱落，掉入 圆形振动上料盘。通过圆周振动使未打印的管子振动分散开并且通过 圆周运动沿螺旋上升的送料导轨运动到上料盘的顶部，这时有一部分 反向的管子已被振动排除，正向的管子基本保留在导轨上。在上料盘 的顶部有一个排出反向管子的机构，正向管子可顺利通过，由输出口 进入后面的直线振动送料器；百分子九十九以上的反向管子在这里被 排出并回到圆形振动上料盘内，重新重复上面的过程，直到它成为正 向管子并输出。 3 、直线振动送料器：这个部分主要是通过直线振动将从圆形振动上料盘输出口输出的正 向待打印的管子按照直线运动轨迹送入打印机构。这是一个过渡过程， 使正向待打印的管子按照顺序进入打印机构。这时还有极个别反向管 子有可能到达这里，如果反向管子进入打印机构，对打印机构的机械 损伤是很严重的，并且会影响到打印质量，所以要杜绝反向管子进入 打印机构。还是利用t 0 9 2 封装外形三极管正面和反面的尺寸不同，在 进入打印机构时，有一个反向检测装置，当它检测到有反向管子时， 这个装置动作，引起一个微动开关动作，切断打印机构电机的电源， 打印机构停止工作，由操作人员排除反向管子后，打印机再继续工作。 4 、转动打印机构：这个部分主要是将从直线振动送料器送入的正向待打印的管子进行定位， 然后用转动的方式将三极管的型号印在打印面上，并且使打印好的管子 落入承料盒，结束打印工作。这个部分由一个直流电机提供动力，经过 一个减速箱减速后，通过齿轮传动将转动力矩传递给各个转动部分，转 动部分包括油墨搅拌、印章转印、滚动打印等。由于t 0 9 2 封装外形三 极管的打印面的尺寸为4 x 4 5 姗2 ，所以对转动打印机构的结构设计、 零件加工、装配精度要求较高，在打印瞬间必须对三极管和印章定位准 确，否则将影响打印效果和重复性。 以上4 个部分是该打印机的机械部分，下面是该打印机的电器控制部分。 5 、电器控制部分：该打印机的电器控制系统主要分为5 个部分进行设计制造，这5 个部 分是： 主电源部分：用来产生整台设备所需要的各种工作电源。 圆形振动上料盘振动控制电路：用来控制圆形振动上料盘振动的强弱、振动的开启 和停止。 直线振动送料器振动控制电路：用来控制直线振动送料器振动的强弱、振动的开启 和停止。 转动打印机构驱动电机控制电路：用来控制电机的转速、电机的启动和停止。 特殊控制电路：用来对打印过程中的一些特殊要求进行控制，使打印机工作在最佳 状态。 电器控制主要是采用三块k c 0 5 集成电路输出三个移相触发脉冲，分别控制三个可控 硅，由三个可控硅分别控制圆形振盘的振动线圈、直线振动器的振动线圈和转动打印机构 的直流电机。通过调节k c 0 5 的比较电平来移动触发脉冲的相位，控制可控硅的导通角，从 而控制圆形振盘的振动大小、直线振动器的振动大小和转动打印机构直流电机的转速。该 机各部分调整好后，在保证打印质量的前提下，打印速度可达1 0 0 0 0 只4 , 时以上。本文主 要是对该打印机的电器控制系统的研发过程进行了详细论述。 1 2m l ( _ _ 9 2 型三极管自动油墨打印机电器控制系统研发的目的和意义 国内一些半导体厂家以往使用的为t 0 9 2 封装外形的三极管打印油墨印章的专用打印 机是翻转式直接按压型打印机。这种打印机由于是翻转式的间歇打印，因此打印速度较慢， 效率很低，每小时约打印2 0 0 0 至3 0 0 0 只管子。 由于t 0 9 2 封装外形的n p n 、p n p 型三极管用途极为广泛，被大量的用于国内各个领域， 随着家电行业、通讯行业、工业控制的迅速发展，国内对t 0 9 2 封装外形的n p n 、p n p 型三 极管的需求量也迅速增加，因此要求t 0 9 2 封装外形的三极管的生产厂家的产量大大增加， 生产厂家必须将整个生产线的规模扩大，才能满足市场的需求。给已封装并测试分选好的 t 0 9 2 封装外形的三极管打印上型号是整个生产中的一道工序，要提高整个产量也就必须提 高打印速度，这样才能满足国内市场的需求。再加上激烈的市场竞争，生产厂家必须在提 高产量的同时又要降低生产成本，才能有利可图，有利于市场竞争。国外生产的打印机虽 然打印的速度快、质量好，但价格昂贵，大大增加了生产厂家的成本，降低了生产利润， 不利于市场竞争。 我们研制的m k 9 2 型三极管自动油墨打印机，采用转动接触的方式进行打印，要在保 证打印质量的基础上，打印速度达到每小时打印1 0 0 0 0 只以上。由于打印方式从翻转式的 间歇打印变为转动接触式的打印，这就要求电器控制系统也要发生改变，我们研制的电器 控制系统在每小时打印1 0 0 0 0 只以上这个打印速度时，要求它必须工作可靠，达到预期的 控制效果。 由于我们研制的m k 一9 2 型三极管自动油墨打印机打印的质量好，打印速度是以往翻转 式直接按压型打印机速度的三倍以上，而价格比国外生产的打印机便宜很多，所以能给生 产厂家带来较大的利润，有利于市场竞争，故应用前景很好。 在这种打印机的基础上将被打印三极管的运动轨迹上相应部分的机械结构加以调整后 即可用作其它类似于t 0 9 2 封装外形的晶极管的油墨印章打印，而且该打印机的电器控制原 理可用于其它设备的电器控制中，具有推广应用的价值。 第二章电器控制系统总体设计方案 2 1 电器控制系统总体结构 m k 9 2 型三极管自动油墨打印机电器控制系统主要分为5 个部分即：主电源部分、 圆形振动上料盘振动控制电路、直线振动送料器振动控制电路、转动打印机构驱动电机控 制电路、特殊控制电路。下面图2 - 1 是总体结构框图： 图2 1 2 2 主要器件的选择 在设计一个电器控制系统时，当确定了整个系统的功能后，首先面临的就是器件的选 型。器件的选型应遵循两个原则：首先是器件的性能要满足整个系统的要求：其次是在满足 性能的基础上要尽可能的降低成本。考虑成本时不能单纯考虑器件的价格，还要考虑印制 板的加工成本、器件的装配成本以及整个产品的维护成本。 2 2 1 整机的设计要求 该打印机设计要求是：打印速度达到每小时打印1 0 0 0 0 只以上时，控制系统应工作正常、 转动打印机构的刹车时间小于1 s 、转动打印机构的抗干扰能力强，不能有误动作、圆形振 动上料盘的振动与停止要根据直线振动送料器中待打印管的多少来自动控制。 2 2 2 器件选择 由于圆形振动上料盘和直线振动送料器工作在振动状态，它们的e 型铁芯的激磁线圈须 采用半波整流间歇触发激磁方式，因此它们的振动控制元件我们分别选用的是i o a i o o o v 和5 a i o o o v 的单向可控硅( 直线振动送料器的功率较小，故选用5 a i o o o v 的单向可控硅) 。 打印机构驱动电机选用的是型号为s 一5 6 9 的直流电机，功率1 6 0 w 、额定流2 2 a 、转速3 3 0 0 转分钟。这种电机的工作电源是直流l l o v ，它的调速控制元件选用的是i o a i o o o v 的单向 可控硅。可控硅的触发方式有很多，在这里我们选用k c 0 5 集成电路，它是可控硅触发电路 中的一种，通过调节k c 0 5 的移相控制电压来控制k c 0 5 输出脉冲的相位，由该脉冲来控制可 控硅的导通角，从而控制转动打印机构的电机转速、圆形振动上料盘和直线振动送料器的 振动大小。 3 1 主电源电路设计 第三章电路设计 3 1 1 主电源电路的组成 主电源电路的功能是根据电器控制系统各个元器件所需要的工作电压，将市电经过主 变压器分几个绕组降压后，再根据不同的需要进行整流、滤波，得到不同的直流工作电压， 供整个电器控制系统使用。下面是主电源电路图3 1 。 ，o u 【 3 0 v 5 ，。j d b 3 w 4 1 0 1 图3 一1 呵。嘲厂lii； 3 1 2 主电源电路的原理 市电经过主变压器分5 个绕组降压，分别得到交流2 0 v 、3 0 v 、1 1 0 v 和两组1 2 v 。f 4 是该打印机的总保险，k 4 是该打印机的总开关，a 、b 分别接到直线振动送料器和控制圆 形振动上料盘的主回路。 交流2 0 v 经过4 只1 n 4 0 0 4 塑封二极管全桥整流，再由c w 7 8 1 5 稳压后，得到很稳定 的直流1 5 v 电压，是整个控制系统使用的直流电源，其中的电容器起到滤波的作用。虚线 框内是电机控制部分，在后面转动控制电路设计中，再加以介绍。两组交流1 2 v 分别经过 4 只1 n 4 0 0 4 塑封二极管全桥整流后，为控制可控硅提供触发直流电源，为了减少对电机的 影响，其中控制电机的可控硅单独使用一组直流电源，控制直线振动送料器和控制圆形振 动上料盘的可控硅共同使用组直流电源，其中的电容器起到滤波的作用；交流1 1 0 v 经 过4 只5 a 8 0 0 v 塑封二极管全桥整流后，给转动打印机构的直流电机提供直流电源；交流 3 0 v 直接给k c 0 5 的1 5 脚和1 6 脚提供检测同步电压。 3 2 直线振动送料器振动控制电路设计 3 2 1 振动送料原理简介 振动送料分为直线振动送料和圆形振动送料两种方式，其工作原理基本相同，现以直 线振动送料方式为例来加以简单的介绍。 通常认为振动是有害的，因而要通过隔振或主动控制予以消除，事实上，振动也有其 有利的一面，利用振动原理可以实现一般机械所难以达到的功能，振动送料即是其中一例， 振动送料机械节能，工作效率高，结构简单，而且输送量均匀。这在某些场合下是极为重 要的，并且因为采用了振动原理，其结构简单，又因采用电磁激振，还便于自动控制。 设机器是水平安装的，激振器的设计按半波可控硅整流激励方式，则电磁力中的一 次谐波力为激振力，其频率为f ，= 5 0 h z ，物料与机体间的摩擦系数按偏大的方面取，f o 取 0 9 0 ，摩擦角uo = a r c t g f o = 4 2 。，下面给出了直线振动送料运动学工艺参数的计算公式， 物料在机器中直线滑行，按动力学定律得物料的抛掷指数d d = 缈2 a s i n d g c o s a o 其中( ) 与 分别为机体的振动频率和振幅，6 是振动方向角，g = 9 8 m s 2 ，口。是机器 安装角，此处口。= 0 。取d 1 ，物料呈抛掷状态。如果振动弹 片分为两组，安装在一条直线上，则成为直线振动，如下图： 。= = 二l 一 直线振动送料机构 如果振动弹片分为四组，按圆周方向等分排列安装，则成为圆周振动送料。本文后面 涉及的圆形振动上料盘就是运用了这个原理。 3 2 2 可控硅原理简介 由于在该打印机中主要控制器件是单向可控硅，因此，这里简单的介绍一下可控硅的 原理。 3 2 2 1 可控硅的组成和主要参数 可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个p n 结的四层结构的大功率半导体 器件，一般由两晶闸管反向连接而成。它的功能不仅是整流，还可以用作无触点开关的快 速接通或切断；实现将直流电变成交流电的逆变；将一种频率的交流电变成另一种频率的 交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等 优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、 军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。目前可控硅在自动控制、机电应用、 工业电气及家电等方面都有广泛的应用。 可控硅从外形上区分主要有螺旋式、平板式和平底式三种。螺旋式应用较多。 可控硅有三个极一一阳极( a ) 、阴极( c ) 和控制极( g ) ，管芯是p 型导体和n 型导体交迭组成 的四层结构，共有三个p n 结，与只有一个p n 结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控 硅的四层结构和控制极的引入，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控 硅应用时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。目前 已能制造出电流容量达几百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5 安培以下的可控硅 叫小功率可控硅，5 0 安培以上的可控硅叫大功率可控硅。 阳极 u f 7二) 1 b 栅极 n 阴极 我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只n p n 型号晶体管，而二、三、 四层组成另一只p n p 型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。可画出上面的等效电 路图。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压e ，又在控制极g 和阴极c 之间( 相当b g 2 的 基一射间) 输入一个正的触发信号，b g 2 将产生基极电流i b 2 ，经放大，b g 2 将有一个放大 了b2 倍的集电极电流i c 2 。因为b g 2 集电极与b g l 基极相连，i c 2 又是b g l 的基极电流 i b l 。b g l 又把i b l ( i b 2 ) 放大了b1 的集电极电流i c l 送回b g 2 的基极放大。如此循环放 大，直到b g l 、b g 2 完全导通。事实上这一过程是“一触即发”的，对可控硅来说，触发信 号加到控制极，可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。 可控硅一经触发导通后，由于循环反馈的原因，流入b g 2 基极的电流已不只是初始的 i b 2 ，而是经过b g l 、b g 2 放大后的电流( b1 丰b2 i b 2 ) ，这一电流远大于i b 2 ，足以保持 b g 2 的持续导通。此时触发信号即使消失，可控硅仍保持导通状态，只有断开电源e 或降 低e 的输出电压，使b g l 、b g 2 的集电极电流小于维持导通的最小值时，可控硅方可关断。 当然，如果e 极性反按，b g l 、b g 2 受到反向电压作用将处于截止状态。这时，即使输入触 发信号，可控硅也不能工作。反过来，e 接成正向，而触发信号是负的，可控硅也不能导 通。另外，如果不加触发信号，而正向阳极电压大到超过一定值时，可控硅也会导通，但 已属于非正常工作情况了。 可控硅这种通过触发信号( 小触发电流) 来控制导通( 可控硅中通过大电流) 的可控特 性，正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定 的条件才能转化，此条件见表l 表1 可控硅导通和关断条件 状态条件说明 1 、阳极电位高于是阴极电位 从关断到导通 两者缺一不可 2 、控制极有足够的正向电压和电流 1 、阳极电位高于阴极电位 维持导通两者缺一不可 2 、阳极电流大于维持电流 1 、阳极电位低于阴极电位 从导通到关断任一条件即可 2 、阳极电流小于维持电流 可控硅在实际应用中电路花样最多的是其栅极触发回路，概括起来有直流触发电路， 交流触发电路，相位触发电路等等。 可控硅主要参数有： l 、额定通态平均电流 在一定条件下，阳极一阴极间可以连续通过的5 0 赫兹正弦半波电流的平均值。 2 、正向阻断峰值电压 在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时，可以重复加在可控 硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数 值。 3 、反向阻断峰值电压 当可控硅加反向电压，处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电 压。使用时，不能超过手册给出的这个参数值。 4 、控制极触发电流 在规定的环境温度下，阳极阴极间加一定电压，使可控硅从关断状态转为导通状态 所需要的最小控制极电流和电压。 5 、维持电流 在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。 3 2 2 2 单相半波可控硅整流电路的原理 下图是接电阻性负载的单相可控硅半波整流电路。v 是单相可控硅，r l 为负载电阻。 1 6 v r l u 2 ，彳一 ，1 ，、一 u 乙t j k j 钐劢 = _ 、，孑歹入 + 一h 、一一7 wju 。j i r一、 ，i 丁一、ok 么丝拓u ：j t t 1 7 若可控硅触发端不加触发电压，无论u 2 是正半周还是负半周，可控硅均不导通，负载 r l 上没有电压和电流。若在u 2 是正半周时，于t l 时给可控硅触发端加上触发脉冲u g ， 这时可控硅导通，负载r l 上得到电压，如果忽略可控硅正向压降，u 2 全加到r l 上。 当u 2 是负半周时，单相可控硅承受反向电压，处于阻断状态，负载r l 上电压和电流 为零，这时可控硅承受反向电压最大值为2u 2 。 在第2 个正半周内，再在相应的t 2 时刻给可控硅触发端加上触发脉冲，可控硅再次 触发导通。这样触发脉冲周期性地重复加在可控硅触发端上，负载r l 上就可以得到单向脉 冲的直流电压。 若改变触发脉冲的输入时刻，负载r l 上得到的电压波形就随着改变，这样就控制了负 载r l 上输出电压的大小。 图中a 为控制角，0 为导通角。改变触发脉冲的输入时刻，也就是改变了可控硅的导 通角。 由振动送料原理可知，激振器的设计是按半波可控硅整流激励方式设计的，单相可控 硅半波整流电路，可以在负载上得到可控制的单向脉冲直流电压，这就正好满足了振动送 料的需要。在实际使用中，要根据不同的负载选择不同参数的单相可控硅。 3 2 3 直线振动送料器主控制电路 3 2 3 1 直线振动送料器主控制电路的组成 下面图3 2 是直线振动送料器主控制电路。 f 3 k 3 b 图3 - 2 3 2 3 2 直线振动送料器主控制电路的原理 市电交流2 2 0 v 经过保险丝f 3 和开关k 3 施加到直线振动送料器的e 型铁芯的激磁线 圈上，通过控制可控硅s c r 3 的通断来控制激磁线圈上电源的通断，r 5 7 和c 3 1 组成浪涌峰 值吸收回路。当我们在s c r 3 的控制极施加触发脉冲后，s c r 3 导通。由于s c r 3 是单向可控 硅，具有半波整流的特性，因此e 型铁芯的激磁线圈可获得半波整流间歇触发激磁电流， 直线振动送料器按5 0 h z 的频率进行振动。 3 2 4 直线振动送料器可控硅触发控制电路 3 2 4 1 直线振动送料器可控硅触发控制电路的组成 下面图3 3 是直线振动送料器可控硅触发控制电路。 v c c r 1 1 5 v 图3 3 3 2 4 2 直线振动送料器可控硅触发控制电路的原理 该控制电路的关键元器件是k c 0 5 集成电路。k c 0 5 集成电路是可控硅移相触发器中 的一种，它具有锯齿波线性好，移相范围宽，控制方式简单，易于集中控制，输出电流大， 有失效保护、价格便宜等优点。 k c 0 5 的1 5 脚和1 6 脚用来检测同步电压，在c 8 上得到锯齿波，锯齿波的下降斜率由 5 脚外接电阻r 1 7 的阻值大小来决定，这里采用3 9 k ，移相控制电压由6 脚外接电位器v r 2 调节，锯齿波与6 脚输入的移相控制电压在k c 0 5 内部进行比较放大，经r t 5 、c 7 微分， 由k c 0 5 内部功率放大后，从8 脚输出可移相触发脉冲，脉宽由r 1 5 、c 7 的参数决定，这 里采用3 0 k 和0 1u 。2 脚与1 2 脚相连是为了保证移相控制电压与锯齿波失交时，可控硅 仍保持全导通。8 脚输出的可移相触发脉冲经d 7 作用于b g 2 的基极，经过b g 2 放大后用 来控制g 2 的发射管，g 2 是一体化的光耦，可移相触发脉冲经g 2 耦合，再经过b g 7 进行 功率放大后，经过r 2 3 输出。由r 2 3 输出的可移相触发脉冲经过连接导线作用于主控制电 路中s c r 3 的控制极。在该电路图中，r 1 6 是k c 0 5 内部功率放大三极管的集电极限流电阻； r 2 0 和c 1 1 组成浪涌峰值吸收回路；c 1 0 用来进行滤波，起到一定的防干扰作用；光耦g 2 用来将可控硅触发电路与控制电路进行隔离，使控制电路更加安全。用示波器测k c 0 5 相 关的点波形如下： 图3 - 4 当锯齿波下降斜率一定时，输出触发脉冲的相位随着移相控制电压的高低而变化。随 着触发脉冲相位的变化，可控硅s c r 3 的导通兔也发生变化。因此，可以通过调节电位器 v r 2 的大小，来控制可控硅s c r 3 导通角的变化，从而控制直线振动送料器的e 型铁芯的 激磁线圈上电功率的变化。当激磁线圈上电功率增大时，振动加强，当激磁线圈上电功率 减小时，振动减弱；当振动加强时，三极管的运动速度加快，当振动减弱时，三极管的运 动速度减慢。 现在分析一下直线振动送料器可控硅触发控制电路的工作原理和调整方法。当控速电 位器v r 2 关到底时，移相控制电压为0 v ，锯齿波最底点为2 2 v 。此时这两个波形没有相 交点，所以无触发脉冲输出，可控硅s c r 3 不导通，直线振动送料器没有振动；调节v r 2 使移相控制电压上升与锯齿波最低点刚好相交时，产生的触发脉冲使可控硅s c r 3 导通，但 导通角很小，直线振动送料器有微弱的振动；调节v r 2 使移相控制电压继续上升，触发脉 冲的相位不断向前移动，可控硅s c r 3 导通的导通角不断增大，直线振动送料器的振动就不 断加强：当移相控制电压超过锯齿波后，由于k c 0 5 的2 脚与1 2 脚是相连的，也就保证了 当移相控制电压与锯齿波失交时，可控硅仍保持全导通。 根据实际需要，如果要减小移相控制电压与锯齿波最低点的差值，可以在控速电位器 v r 2 的下端串联一个适当的电阻，来提高移相控制电压的初始值；通过调整电阻r 1 7 的阻 值，可以调整锯齿波的下降斜率，也就是可以调整当移控制相电压上升值相同时，触发脉 冲相位移动的多少，即通过电阻r 1 7 的阻值来调整控速电位器v r 2 调节直线振动送料器 振动强弱的细微度。 3 3 圆形振动上料盘振动控制电路设计 3 3 1 圆形振动上料盘主控制电路 3 3 1 1 圆形振动上料盘主控制电路的组成 下面图3 - 5 是圆形振动上料盘主控制电路。 图3 5 3 3 1 2 圆形振动上料盘主控制电路的原理 市电交流2 2 0 v 经过保险丝f 2 和开关k 2 施加到圆形振动上料盘的e 型铁芯的激磁线圈 上，通过控制可控硅s c r 2 的通断来控制激磁线n _ k 电源的通断，r 5 6 和c 3 0 组成浪涌峰值 吸收回路。当我们在s c r 2 的控制极施加触发脉冲后，s c r 2 导通。由于s c r 2 是单向可控硅， 具有半波整流的特性，因此e 型铁芯的激磁线圈可获得半波整流间歇触发激磁电流，圆形 振动上料盘按5 0 h z 的频率进行振动。 3 3 2 圆形振动上料盘可控硅触发控制电路及光电控制电路 3 3 2 1 圆形振动上料盘可控硅触发控制电路及光电控制电路的组成 下面图3 - 6 是圆形振动上料盘可控硅触发控制电路及光电控制电路。 2 1 圃 c o l c b 3 3 2 2 圆形振动上料盘可控硅触发控制电路及光电控制电路的原理 该控制电路的可移相触发脉冲还是由一块k c 0 5 集成电路产生，它的工作原理和控制 过程同直线振动送料器可控硅触发控制电路是一样的，这里不再论述。但它产生的可移相 触发脉冲没有直接控制光耦g 3 的发射管，而是要经过一个与非门后再去控制光耦g 3 的发 射管，最后触发s c r 2 ，圆形振动上料盘振动。但是，可移相触发脉冲能否通过与非门去 控制光耦g 3 的发射管，这要看与非门是处于开启状态还是关闭状态。下面重点介绍一下 圆形振动上料盘光电控制电路的原理： 为什么要对圆形振动上料盘另外进行一路控制呢? 因为该打印机设计的打印速度是 每小时打印1 0 0 0 0 只以上，如果要保证这个打印速度，那么圆形振动上料盘的出料速度就 必须大于这个速度，在这种情况下，直线振动送料器中就会逐渐排满待打印的三极管。t 0 9 2 封装外形的三极管是塑封三极管，塑封体是很硬的，当直线振动送料器中排满了待打印的 三极管后，由于直线振动送料器和圆形振动上料盘的振动不一至，这时就会通过塑封体发 生碰撞，影响打印机正常工作，并且产生刺耳的碰撞噪声，污染环境；同时，由于直线振 动送料器、圆形振动上料盘和三极管的塑封体之间的碰撞，会使三极管的管腿因挤压、碰 撞而变形，影响三极管的质量。因此，当直线振动送料器中排满了待打印的三极管后，就 要使圆形振动上料盘停止振动；经过一段时间打印后，当直线振动送料器中空出地方后， 又要使圆形振动上料盘继续振动出料。基于上述原因，我们需要根据直线振动送料器中待 打印三极管的多少来控制圆形振动上料盘的振动和停振。这就需要对直线振动送料器中三 极管的多少进行检测。在该打印机中我们采用了两组分体式的红外发射和接收管进行检测， 即图3 5 中的u 1 和u 2 。下面分析圆形振动上料盘光电控制电路的工作原理和控制过程。 在图3 - 6 中圆形振动上料盘光电控制电路用了两种集成电路：c d 4 0 9 3 是四与非门的集 成电路，l m 3 2 4 是四运算放大器集成电路，在该电路中用了两个运算放大器，u 1 和u 2 是两 组分体式的红外发射和接收管，我们将u 1 和u 2 安装在直线振动送料器上，u 1 安装在靠近 转动打印机构的一侧，u 2 安装在靠近圆形振动上料盘的一侧，u 1 和u 2 的红外发射管和它 们的红外接收管分别相对着进行安装，红外发射管和红外接收管的间隙是待打印的三极管 的经过通道。 当打开电源开始工作时，直线振动送料器中没有待打印的三极管，u 1 的红外发射管照 射红外接收管，红外接收管导通，它的集电极为低电平，这样l m 3 2 4 的第2 脚( 反向端) 为低电平，此时1 5 v 电源经r 4 0 、r 4 3 分压后得到7 5 v 的电位，经过r 4 1 加到l m 3 2 4 的第 3 脚( 同向端) ，是高电平，那么运算放大器的输出端，l m 3 2 4 的第1 脚为高电平，由于d 1 5 是正向，c d 4 0 9 3 的1 2 脚也是高电平；同理，u 2 的红外发射管照射红外接收管，红外接收 管导通，它的集电极为低电平，这样l m 3 2 4 的第1 3 脚( 反向端) 为低电平，此时1 5 v 电源 经r 4 8 、r 5 1 分压后得到7 5 v 的电位，经过r 4 9 加到l m 3 2 4 的第1 2 脚( 同向端) ，是高电 平，那么运算放大器的输出端，l m 3 2 4 的第1 4 脚为高电平，经过r 5 3 后，c d 4 0 9 3 的1 3 脚 也是高电平，这样经过与非门后，c d 4 0 9 3 的1 1 脚是低电平，c d 4 0 9 3 的1 0 脚、2 脚是高电 平，这就等效于将与非门开启，这时k c 0 5 集成电路产生的可移相触发脉冲经过两次与非 门后，在c d 4 0 9 3 的4 脚得到一个和k c 0 5 第8 脚一样的可移相触发脉冲，该触发脉冲经 g 3 耦合后，由b g 6 的发射极输出，去触发s c r 2 ，圆形振动上料盘振动，送出待打印的 三极管进入直线振动送料器： 进入直线振动送料器的待打印三极管在经过u 2 和u l 时会阻断红外发射管照射红外接 收管，这时u 2 和u 1 的红外接收管将截止，1 5 v 电源通过r 3 9 、r 4 2 和r 4 7 、r 5 0 分别向c 1 8 和c 1 9 充电( 充电时间由r 、c 常数决定) ，l m 3 2 4 的第1 3 脚( 反向端) 、第2 脚( 反向端) 的电位将逐渐升高，由于进入直线振动送料器的待打印三极管的运动速度很快，只是瞬间 阻断红外发射管照射红外接收管，l m 3 2 4 的第1 3 脚、第2 脚的电位还未升高到使运算放大 器反转时，打印三极管已经通过了u 2 和u 1 ，红外发射管又照射到红外接收管，u 2 和u 1 的红外接收管又导通，它们的集电极又为低电平，已充电的c 1 8 和c 1 9 分别通过r 4 2 、u 1 的红外接收管和r 5 0 、u 2 的红外接收管对地放电( 放电时间由r 、c 常数决定) ，因为r 4 2 的阻值比r 3 9 、r 4 2 的串联阻值小的多、r 5 0 的阻值比r 4 7 、r 5 0 的串联阻值小的多，所以 放电时间比充电时间要短的多，c 1 8 和c 1 9 上的电迅速放完，又回到初始状态。 由于圆形振动上料盘的出料速度大于打印速度，进入直线振动送料器的待打印三极管 将逐渐积累，当待打印三极管积累到u l 的中间时，u l 的红外接收管将截止，1 5 v 电源通过 r 3 9 、r 4 2 向c 1 8 充电，l m 3 2 4 第2 脚( 反向端) 的电位将逐渐升高，当l m 3 2 4 第2 脚( 反 向端) 的电位超过第3 脚( 同向端) 的电位时，运算放大器反转，l m 3 2 4 的第l 脚从高电 平变为低电平。在这之前因为c d 4 0 9 3 的第1 2 脚是高电平，因此，这时d 1 5 反向截止，又 因为在这之前c d 4 0 9 3 的第1 0 脚是高电平，这时通过9 t 6 后继续维持c 9 4 0 9 3 的第1 2 脚是 高电平，形成自锁，c d 4 0 9 3 的第2 脚是高电平，与非门继续开启，k c 0 5 集成电路产生的 可移相触发脉冲将继续触发s c r 2 ，圆形振动上料盘继续振动，送出待打印的三极管进入 直线振动送料器： 当待打印三极管积累到u 2 的中间时，u 2 的红外接收管将截止，1 5 v 电源通过r 4 7 、r 5 0 向c 1 9 充电，l m 3 2 4 第1 3 脚( 反向端) 的电位将逐渐升高，当l m 3 2 4 第1 3 脚( 反向端) 的电位超过第1 2 脚( 同向端) 的电位时，运算放大器反转，l m 3 2 4 的第1 4 脚从高电平变 为低电平。c d 4 0 9 3 的第1 3 脚也从高电平变为低电平。根据与非门的逻辑特性可知，只要 有一个输入端是低电平，输出就是高电平。因为c d 4 0 9 3 的第1 3 脚变为低电平，所以不论 c d 4 0 9 3 的第1 2 脚是高电平还是低电平，c d 4 0 9 3 的第1 l 脚都将变为高电平，第1 0 脚、第 2 脚变为低电平，这就等效于将与非门关闭。不论这时k c 0 5 集成电路是否有可移相触发 脉冲输出，c d 4 0 9 3 的第4 脚都将变为低电平，可移相触发脉冲不能通过，因此，s c r 2 因 为没有脉冲而截止，圆形振动上料盘停止振动，不再送出待打印的三极管进入直线振动送 料器。由于c d 4 0 9 3 的第1 0 脚、第2 脚为低电平，同时l m 3 2 4 的第1 脚也为低电平，所以 这时c d 4 0 9 3 的第1 2 脚也从高电平变为低电平； 随着打印的继续进行，直线振动送料器中积累的待打印三极管不断地向前移动，当待 打印三极管离开u 2 的中间时，u 2 的红外发射管又照射到红外接收管，红外接收管导通， 它的集电极又从高电平变为低电平，c 1 9 通过r 5 0 和u 2 的红外接收管对地放电( 放电时间 由r 5 0 和c 1 9 的参数决定) ，l m 3 2 4 第1 3 脚( 反向端) 的电位将逐渐降低，当l m 3 2 4 第1 3 脚( 反向端) 的电位低于第1 2 脚( 同向端) 的电位时，运算放大器反转，l m 3 2 4 的第1 4 脚从低电平变为高电平。c d 4 0 9 3 的第1 3 脚也从低电平变为高电平，但是，由于c d 4 0 9 3 的 第1 2 脚为低电平，所以，c d 4 0 9 3 的第1 0 脚、第2 脚还是为低电平，k c 0 5 集成电路产生 的可移相触发脉冲还是不能通过与非门，s c r 2 还是因为没有触发脉冲而截止，圆形振动 上料盘不能振动，继续维持停振状态； 随着打印的继续进行，直线振动送料器中积累的待打印三极管继续向前移动，当待打 印三极管离开u 1 的中间时，u 1 的红外发射管又照射到红外接收管，红外接收管导通，它 的集电极又从高电平变为低电平，c 1 8 通过r 4 2 和u 1 的红外接收管对地放电( 放电时间由 r 4 2 和c 1 8 的参数决定) ，l m 3 2 4 第2 脚( 反向端) 的电位将逐渐降低，当l m 3 2 4 第2 脚( 反 向端) 的电位低于第3 脚( 同向端) 的电位时，运算放大器反转，l m 3 2 4 的第1 脚从低电 平变为高电平，d 1 6 反向截止，c d 4 0 9 3 的第1 2 脚也从低电平变为高电平，由于这时c d 4 0 9 3 的第1 3 脚为高电平，所以，经过与非门后，c d 4 0 9 3 的1 1 脚是低电平，c d 4 0 9 3 的l o 脚、2 脚是高电平，与非门又开启，k c 0 5 集成电路产生的可移相触发脉冲又能通过与非门去触 发s c r 2 导通，圆形振动上料盘又开始振动，送出待打印的三极管进入直线振动送料器； 整个光电控制电路又回到初始状态，不断地重复上面的控制过程。 在这个光电控制电路中，有以下几个地方值得注意： 1 、为什么要采用u 1 和u 2 两组分体式