基于PC+运动控制板卡的银行自动盖章机设计

单根立，朱合新(河北科技大学 机械工程学院，河北 石家庄　050018)

0　引　言

在银行等现代服务业中，经常需要对各种各样的单据进行盖章，且盖章工作量非常巨大[1]。而传统的手工盖章有盖章速度慢、盖章位置不精确、人工劳动强度大等缺点，难以满足现代办公自动化的需求[2]。虽然市场上有通用盖章机销售， 但难以满足企业一些特定的业务要求。 为了满足银行等企业的特定业务需求,盖章机自动化的实现具有很大的经济价值和实用价值[3]。

针对传统盖章机的机械机构布局不合理、盖章位置不精确的缺点与手动盖章的现状，重点设计了银行自动盖章机的机械结构和电控系统。银行自动盖章机主要由机械系统、电控系统、检测机构等组成。本系统目的是将章自动盖在如图1所示票据的指定位置。目前，国内银行多数采用人工盖章这种单一方式，大大限制了办公效率的提高[4]。

1　机械结构及工作原理

1.1　机械结构

盖章机主要由打印机、步进电机、同步带、导轨、滑块、丝杆螺母、电动推杆、弹簧、章印、票据等组成，具体机械结构如图1所示。

图1　自动盖章机机械结构图

1.2　工作原理

银行自动盖章机具体工作原理如下：

(1)一上电，系统重新校正各部分的定位，控制系统发出初始化信号，控制电动推杆与章印到达初始零位行程位置[5]。

(2)票据到位过程：工作人员在电脑屏幕上通过点击打印命令，来驱动打印机打印出所需盖章的票据，打印出的票据会沿着下滑板落到限位台上，由票据纸光电传感器检测票据是否到位。

图2　取印泥过程

(3)沾取印泥过程:检测到票据到位后，盖章电动推杆得电向下伸出，通过弹簧带动章印向下运动来沾取印泥，由电动推杆自身带有的伸出到位传感器检测推杆伸出是否到位。伸出到位后盖章电动推杆反向得电带动章印向上收缩回到原位，由盖章电动推杆自身带有的缩回到位传感器检测推杆缩回是否到位，完成章印取印泥过程。具体取印泥过程如图2所示

(4)章印向前移动过程：检测到取完印泥后，1号步进电机正转得电，通过同步带1、同步带2滑块光杆传动机构带动章印向前运动，其中同步带2与滑块固定连接在一起，通过输给1号步进电机脉冲数和脉冲频率控制章印的前进距离和速度[6]。具体章印向前过程如图3所示。

图3　章印向前移动过程图

(5)章印向右移动过程：检测到章印向前移动到位后，2号步进电机正转得电，通过同步带3、丝杆螺母传动机构带动章印向右运动，通过输给2号步进电机脉冲数和脉冲频率控制章印的左右距离和速度。运动向右过程如图4所示。

图4　章印向右移动过程

(6)向下盖章过程：检测到章印向前、向右到位后，盖章电动推杆正向得电，推杆通过弹簧带动章印向下伸出完成票据指定位置的盖章。

(7)复位过程：完成向下盖章后，盖章电动推杆反向得电缩回到位。1号步进电机反转得电，章印向后移动到零位，通过1号零位行程传感器检测是否到位。检测到位后，2号步进电机反转得电，向左回到零位，由2号零位行程传感器检测是否到位。

(8)取票据过程：检测到盖章完成和手以后，开关票据门电动推杆正向伸出得电，打开票据门，完成取票据过程。

2　电路控制系统设计

2.1　控制系统总体方案

图5　人机交互界面图

银行自动盖章机是机、电一体化的全自动设备，由控制系统协调各部分工作[7]。盖章机包括一个人机交互系统和一个以PC+运动控制板卡为核心的控制系统[8]。人机交互系统与控制系统之间通过USB串口通信，人机交互系统完成自动盖章自动/手动控制、实时显示盖章机的工作状态信息及完成一些初始化参数的设置[9]。方便了操作人员对设备的实时监控及操作，人机对话将十分直观[10]。人机交互界面图如图5所示

通过对银行自动盖章机工作原理的分析[11]。设计了基于PC+运动控制板卡电路控制系统。该系统主要由通用PC机、运动控制板卡、固态继电器、电动推杆、步进电机驱动器、步进电机、传感器、盖章传动机构等组成，其中通用PC机向运动控制板卡发送各种运动控制命令，通过步进电机驱动器驱动1号、2号步进电机的正反转来控制章印的前后、左右运动；通过固态继电器驱动电动推杆伸出与缩回来控制章印的上下运动，通过传感器将检测到的章印位置反馈到运动控制板卡。另外，为实现快速平稳控制步进电机启停，设计出电机的控制步骤及相关算法，以便于对电机升降速度的控制[12]。 其控制回路如图6所示。

图6　自动盖章机控制回路图

2.2　运动控制板卡系统的设计

运动控制板卡通过控制固态继电器的得电实现电动推杆的伸出、缩回；通过控制步进电机驱动器来实现步进电机的正反转[13]。该系统的核心是采用PC+运动控制板卡的处理模式，其中运动控制板卡的输入点有8个，输出点有5个。输入点中有利用光电传感器检测票据是否到位、电动推杆伸出缩回是否到位、手是否移开，利用零位行程开关检测1号2号步进电机是否复位。并且设置了急停和复位键，当有特殊情况发生及机器出现错时可以停止动作操作待问题解决后继续工作或还原初始状态[14]。运动控制板卡的I/O地址分配如表1所示。

表1　运动控制板卡 I/O地址分配

运动控制板卡接线图如图7所示。

图7　运动控制板卡接线

2.3　运动控制板卡控制流程

根据设备需要实现的顺序动作，绘制了程序控制流程图，方便了Visual Studio控制程序的编写，具体控制动作顺序如图8所示。

图8　程序控制流程

3　结束语

通过机械、电路、控制系统的综合设计，自动盖章机可以广泛应用于银行等盖章部门。与市场通用盖章机相比，基于PC+运动控制板卡控制的自动盖章机机械结构布局紧凑合理，盖章位置控制精确，更适用于银行等企业。相对传统的手动盖章，不仅可以代替重复枯燥的盖章工作，而且盖章位置更精确，效率更高。简洁的人机交互界面对操作要求很低，综上所述该机型可以为企业节约成本，提高企业竞争力，有广阔的市场应用前景，实物图如图9所示。

图9　自动盖章机实物

参考文献：

[ 1 ] 林凯宏,游林儒,阳如坤. 基于有限状态机的专用盖章机设计与实现[J]. 机械设计与制造,2010(6):18-19.

[ 2 ] 颜定祎,谭华,肖鹏,等. 递送式自动翻页盖章机研究[J]. 机械,2014,41(3):40-42.

[ 3 ] 薛梅,王皑. 小型自动盖章机的设计[J].机电产品开发与创新,2016,29(2):26-27.

[ 4 ] 毛江山,赵彦旻,于敏英,等. 智能盖章机的设计研究[J]. 工业设计,2016(8):143，179.

[ 5 ] 谷凤民,牛军科. 自动盖章机的机构设计[J]. 宁夏工程技术,2014,13(4):319-321.

[ 6 ] 陈鹏飞,刘智勇,宿磊,等. 基于STM32微控制器的小型智能盖章机设计[J]. 机电一体化,2014,7(8):56-59，65.

[ 7 ] 刘书凯. 基于PLC与气动技术的自动盖章机设计[J]. 武汉职业技术学院学报,2014,5(10):78-80.

[ 8 ] 张烈平,王春杨,李卫星,等.机场登机牌自动盖章控制系统的设计与实现[J].计算机测量控制,2014,6(12):1809-1811，1814.

[ 9 ] 曲建. 印控系统机械部分改进设计[D].河北农业大学,2015.

[10] 陶超龄,周岳斌,李寒. 吹气感应式自动翻页器设计[J]. 机械管理开发,2015,1(9):11-13，110.

[11] 李南,陆峰,冯超,等. 电费发票智能盖章机的研究与应用[J]. 电力需求侧管理,2016,3(4):124-126.

[12] 荣宪贵. 办公机械新设备——自动连续盖章机通过鉴定[J]. 机械工程师,1984,3(2):29.

[13] 晏德沂,丁俊玲,孙常清,等. 全自动电脑盖章机的研制[J]. 山东科学,1991,9(4):25-29.

[14] 晏德沂. GZ-1型全自动电脑盖章机研制成功[J]. 山东科学,1991,2(3):30.