五點(diǎn)式全自動(dòng)捆鈔機(jī)的原理與實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了五點(diǎn)式全自動(dòng)捆鈔機(jī)的原理與實(shí)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(jī)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(diǎn)、運(yùn)輸和保存。國內(nèi)的捆鈔機(jī)主要分為三類。第一類是機(jī)械式的，即通過杠桿、螺旋或液壓機(jī)械按壓后由手工捆扎，因此工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且操作不規(guī)范。第二類是半自動(dòng)的，即用電腦控制實(shí)現(xiàn)其中連續(xù)的一個(gè)或兩個(gè)動(dòng)作，然后在工作人員配合下完成捆鈔。第三類捆鈔機(jī)是全自動(dòng)的，由工作人員把捆扎的現(xiàn)金放在工作臺(tái)上，按下自動(dòng)捆扎鍵后，自動(dòng)捆鈔機(jī)將完成全部動(dòng)作。采用全自動(dòng)方式可以真正地把操作人員從重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來，同時(shí)大大提高效率。目前金融部門用的捆鈔機(jī)大部分是三點(diǎn)式的半自動(dòng)捆鈔機(jī)，由于三點(diǎn)式捆鈔機(jī)會(huì)引起現(xiàn)鈔的丟張現(xiàn)象，因此金融部門要求捆鈔機(jī)能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)金的五點(diǎn)捆扎?；谝陨显?，開發(fā)了五點(diǎn)式的全自動(dòng)捆鈔機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到了良好的效果。

１ 五點(diǎn)式全自動(dòng)捆抄機(jī)的工作原理

五點(diǎn)式全自動(dòng)捆鈔機(jī)連續(xù)捆鈔的動(dòng)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(shí)現(xiàn)過程如下：

（１）將現(xiàn)鈔放在工作臺(tái)上，按下自動(dòng)捆扎鍵，壓幣電機(jī)開始動(dòng)作，將現(xiàn)鈔壓緊。當(dāng)檢測到現(xiàn)鈔被壓緊時(shí)，壓幣電機(jī)停止工作。

（２）啟動(dòng)進(jìn)帶電機(jī)，進(jìn)帶機(jī)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(shí)，進(jìn)帶電機(jī)停止工作。同時(shí)，凸輪電機(jī)開始動(dòng)作，將帶頭壓住。壓好帶頭后，凸輪電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

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

（４）壓幣電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)工作臺(tái)下降到一定程度時(shí)，壓幣電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，機(jī)械手電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械手左轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測到現(xiàn)鈔已被放置成縱向時(shí)，機(jī)械手電機(jī)停止工作。

（５）壓幣電機(jī)壓幣，然后進(jìn)行進(jìn)帶、壓帶、緊帶，凸輪電機(jī)和下焊點(diǎn)電機(jī)同時(shí)動(dòng)作，將上下焊點(diǎn)進(jìn)行焊接。最后進(jìn)行切帶，完成第一個(gè)縱向的捆扎。上焊接點(diǎn)如圖１(ａ)中②所示，下焊接點(diǎn)如圖１(ｂ)中④所示。

    （６）機(jī)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(diǎn)如圖１(ａ)中③所示，下焊接點(diǎn)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(diǎn)表示焊接點(diǎn)。

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(dòng)捆鈔機(jī)的硬件控制電路主要包括顯示部分、鍵盤部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分及各個(gè)電機(jī)的位置檢測四大部分。其硬件框圖如圖３所示。

電機(jī)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(jī)械手位置檢測；壓幣電機(jī)位置檢測；下焊點(diǎn)位置檢測；凸輪電機(jī)位置檢測；進(jìn)帶電機(jī)位置檢測等。

電機(jī)包括：幣種位置電機(jī)、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)電機(jī)、壓幣電機(jī)、下焊點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、凸輪電機(jī)、進(jìn)帶電機(jī)等。

電機(jī)控制部分的電路如圖４所示。

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

在圖４的電路中采取以下幾點(diǎn)措施來增強(qiáng)抗干擾功能：

（１）控制回路和驅(qū)動(dòng)部分不共地，控制回路采用信號地，驅(qū)動(dòng)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(gè)二極管，在交流繼電器Ｋ２的線圈兩端并一個(gè)阻容吸收回路，用來吸收線圈通斷電時(shí)產(chǎn)生的很高的反電勢，從而減小對單片機(jī)系統(tǒng)的干擾。

２ 自動(dòng)捆鈔機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)

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

對于一個(gè)系統(tǒng)來說，除了要實(shí)現(xiàn)正常的功能外，還要能檢測整個(gè)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(jī)械部分不是在復(fù)位狀態(tài)，則要驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)使捆鈔機(jī)復(fù)位。在運(yùn)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(gè)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(shí)間內(nèi)無信號接收到，則停機(jī)并開始報(bào)警，從而提高了設(shè)備的可靠性。

（２）捆鈔機(jī)檢測到帶梢時(shí)，表示一盤帶子將用盡。這時(shí)自動(dòng)把機(jī)器中的帶梢退出，然后報(bào)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(shí)，若由于帶子的缺陷使其卡在捆鈔機(jī)中，捆鈔機(jī)能檢測到帶子是有缺陷的。

作為金融器具，安全性也是一個(gè)重要指標(biāo)。因此要求捆鈔機(jī)能處理一些特殊的情況，如當(dāng)壓幣電機(jī)剛開始松幣時(shí)?壓幣電機(jī)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(jī)停機(jī)并報(bào)警。此時(shí)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(shí)間。但是把現(xiàn)金放在外部是金融部門不允許的。本捆鈔機(jī)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(jī)即松幣，直到該鍵放開。

另外在設(shè)計(jì)捆鈔機(jī)時(shí)，對于每一個(gè)單獨(dú)的動(dòng)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(jì)，使捆鈔機(jī)的維修變得簡單。

圖4 電機(jī)控制部分的電路圖

３ 提高電機(jī)控制精度的實(shí)現(xiàn)方法

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

機(jī)很難精確定位（開環(huán)控制）。單相異步電機(jī)快速停車的實(shí)現(xiàn)原理如下：當(dāng)異步電機(jī)在正常工作狀態(tài)下時(shí)，異步電機(jī)兩相繞組上的相位相差９０°，因而在異步電機(jī)定子上產(chǎn)生一個(gè)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(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在電機(jī)的兩相繞組上同時(shí)加同相電壓時(shí)，則在定子中產(chǎn)生一個(gè)靜止的磁勢，而此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由于電流的存在也產(chǎn)生一個(gè)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(gè)磁勢產(chǎn)生的磁路最短時(shí)，磁路達(dá)到穩(wěn)定。因而當(dāng)電機(jī)定子的磁勢和轉(zhuǎn)子的磁勢重合時(shí)，磁路達(dá)到最短。這樣就使電機(jī)在最短的時(shí)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(gè)系統(tǒng)的可靠性。

４ 機(jī)械手功能的實(shí)現(xiàn)

由于在捆鈔機(jī)中，機(jī)械手需要完成的動(dòng)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(gè)動(dòng)作之間是９０度關(guān)系，因此機(jī)械手動(dòng)作可以通過電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械手的凸輪結(jié)構(gòu)來完成。當(dāng)檢測部分檢測到凸輪機(jī)構(gòu)完成９０度旋轉(zhuǎn)后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，完成捆鈔機(jī)機(jī)械手部分的動(dòng)作。

五點(diǎn)式智能捆鈔機(jī)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(qiáng)，工作穩(wěn)定性提高，同時(shí)具備多種自診斷功能，如出現(xiàn)各種意外情況，也不會(huì)損壞現(xiàn)金。該設(shè)備在實(shí)際工作中性能可靠，是一款理想的金融器具。