一种新型并条机断条光电自停装置的设计

1 引 言

并条机断条自停装置(简称自停装置)的可靠性直接影响并条机的产条质量，堵条、罗拉缠绕和积花(通称为堵条)则会影响生产效率，甚至会损坏设备。因此对并条断条、堵条的快速、准确检测具有实际意义。早期的自停装置为机械接触式，因可靠性差、与棉条接触和设备运行速度的提高等因素而逐步被淘汰，高架并条机已不采用，现在广泛应用的是光电对射式自停装置。并条机断条自停装置一般不具有堵条自停功能，存在易损坏、智能化程度低和调试应用不便的缺点，检测单元的位置和角度稍有变化即会影响检测的可靠性，造成漏检和误停车。随着变频器应用的增多，抗干扰能力弱的缺点也显现出来。

光电自停装置的工作原理与对射式光电接近传感器的原理基本相同，一般采用红外发射二极管发射某一频率的红外光，用光敏器件接收透射光并转换为电信号，含有光路状态信息的信号由放大器放大并经检波，确定是否有物体经过光路。为提高可靠性，接收器件常用滤光封装滤除自然光，避免光电转换器件饱和；采用特定频率的红外调制光，抑制环境突变光干扰。随着技术的进步，集成化、智能化的光电传感器也不断出现。但并条机应用的各种光电自停装置一般不具有智能化检测特点，集成化程度较低，光电转换器大多采用光敏二极管或光敏三极管分离元件构成，接收器件仅完成光电信号转换功能，信号放大和检波需设计外围电路支持，因此接收器件的性能是光电自停装置电路设计的技术关键。为此，基于集成化IRM设计了一种新型智能化自停装置，统一了并条机前后光电路设计，在FA302，FA306等型号的并条机上应用证明，其检测可靠，避免了设备误停。

2 自停装置系统构成

2．1 系统构成与设计特点

如图1所示，新型光电自停装置由四路对射式光电断条检测单元、两通道对射式光电堵条检测单元和自停控制器构成。控制器具有双控功能，断条自停和堵条自停分别输出，与检测单元采用三总线连接，为检测单元提供电源和接收停车信号。检测单元由红外线发射器和接收器组成，前后光电检测单元的电路原理相同，因安装方式不同其外观尺寸有差别。发射器工作状态受接收器控制，二者通过光路构成一个闭环检测系统。为防止光路间相互干扰，发射与接收器均安装光学透镜系统，使发射光到达接收器的光斑直径约为20 cm，因此，接收器具有较大的接收和调整范围。

断条检测单元具有自动复位功能，检测到断条后输出停车信号1 s即自动复位，当接收器持续接收不到光信号时间超过5 s，则发出故障指示，提醒维护。堵条检测单元检测到堵条故障，则持续输出停车信号，防止启动设备造成设备故障，堵条故障被排除后方能自动停止输出停车信号。考虑电缆连接的可靠性与方便性，发射器和接收器采用电话水晶头连接器与总线连接，安装、更换方便。

2．2 检测单元构成框图

参见图2，发射与接收单元虽是分体结构，但电路设计为一整体系统。主要由微处理器电路、动态光强控制电路、红外发射电路、IRM接收电路及输出电路构成，由控制器提供工作电源。微处理器作为智能控制单元，与动态光强控制电路、发射电路、IRM接收电路，通过光路构成一闭环控制系统，使发射与接收具有智能化检测的特点。停车信号通过输出电路送到自停控制器，控制设备停车。

考虑到应用环境存在飞花、落尘和设备震动等因素，提出一种以微处理器为核心的检测方案，采用在遥控领域应用广泛的IRM作为检测器件，简化电路设计，提高稳定性；应用调制红外光发射，排除环境光干扰；以发射、接收检测反馈应答工作模式，提高检测可靠性；利用智能化的可变光强发射技术，抑制因透镜面落尘、发射器与接收器位置变化造成的误检测。应用证明在透镜稍有落尘的情况下，检测可靠。

3 自停装置的电路设计与原理

3．1 IRM简介与传输特性

IRM-3638型红外遥控接收模组，将光探测器、前置放大器、检波电路集成封装在一起，以实现信号的接收、放大与检波。无外围元件，输出与TTL和CMOS兼容，可直接与微处理器接口。具有可靠性高、抗干扰能力强、功耗低(2 mA@5 V)、灵敏度高的优点。

IRM适宜对波长为940 nm、调制频率为38 kHz红外脉冲信号的接收。当信号强度达到IRM的接收要求时，只需接收6个脉冲就能可靠触发输出低电平信号，如图3所示。若IRM连续接收38 kHz的红外脉冲信号，将持续输出低电平；IRM接收不到符合要求的红外信号时将输出高电平。因此若物体经过或遮挡接收光路，IRM接收的将不是连续脉冲光或接收不到脉冲光，光电自停装置的接收器正是利用了IRM这一检波传输特性，微处理器通过检测IRM的输出状态，可获取光路的被遮挡的信息，并且自停装置省掉了放大器和检波电路设计，提高了系统稳定性。