五點式全自動捆鈔機的原理與實現

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

捆鈔機是金融系統中的辦公用品，其功能是將現鈔打把?每百張紙幣為一把?、打捆?每十把為一捆?，以便進行現鈔的清點、運輸和保存。國內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，且操作不規范。第二類是半自動的，即用電腦控制實現其中連續的一個或兩個動作，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鈔的丟張現象，因此金融部門要求捆鈔機能實現現金的五點捆扎?；谝陨显?，開發了五點式的全自動捆鈔機，在實際應用中達到了良好的效果。

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捆鈔的動作可以分為兩步：第一步把現鈔進行橫向捆扎，第二步將現鈔進行兩次縱向捆扎。具體實現過程如下：

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

（２）啟動進帶電機，進帶機構開始進帶，當帶頭碰到帶道上的“進帶到位”行程開關時，進帶電機停止工作。同時，凸輪電機開始動作，將帶頭壓住。壓好帶頭后，凸輪電機停止轉動。

（３）進帶電機反轉緊帶，將帶抽緊，當檢測到帶被抽緊時，進帶電機停止工作。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，當檢測到凸輪電機達到初始位置時，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，當工作臺下降到一定程度時，壓幣電機停止轉動。同時，機械手電機帶動機械手左轉。當檢測到現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，然后進行進帶、壓帶、緊帶，凸輪電機和下焊點電機同時動作，將上下焊點進行焊接。最后進行切帶，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）機械手將現鈔旋轉１８０度后，進行第二次縱向捆扎，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)為焊接完后的現鈔正面效果，圖１(ｂ)為焊接完后現鈔的反面效果圖，黑點表示焊接點。

橫向捆扎過程可用圖２來表示。其中，灰色部分為現鈔，細線為捆扎帶。

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；進帶電機位置檢測等。

電機包括：幣種位置電機、機械手驅動電機、壓幣電機、下焊點驅動電機、凸輪電機、進帶電機等。

電機控制部分的電路如圖４所示。

當Ｐ１．０為高電平時，Ｕ１截止，Ｋ１閉合，進而Ｋ２閉合，電機轉動。而當Ｐ１．０為低電平時，電機失電停轉。

在圖４的電路中采取以下幾點措施來增強抗干擾功能：

（１）控制回路和驅動部分不共地，控制回路采用信號地，驅動部分采用模擬地，應用光電耦合器進行隔離。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生的很高的反電勢，從而減小對單片機系統的干擾。

２ 自動捆鈔機的軟件實現

由于捆鈔機的工序是順序控制，因此對于實現捆鈔機動作的子程序可以獨立編制，然后根據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的位置進行精確定位，實現方法基本相同，因此本文只畫出進帶電機進帶的軟件框圖，如圖５所示。

對于一個系統來說，除了要實現正常的功能外，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備能否正常工作。若機械部分不是在復位狀態，則要驅動相應的電機使捆鈔機復位。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，在單位時間內無信號接收到，則停機并開始報警，從而提高了設備的可靠性。

（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。因此要求捆鈔機能處理一些特殊的情況，如當壓幣電機剛開始松幣時?壓幣電機的傳感器突然發生故障。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。此時現金將被壓在設備中，等維修人員到現場處理，這可能有一兩天時間。但是把現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秒鐘后，壓幣電機即松幣，直到該鍵放開。

另外在設計捆鈔機時，對于每一個單獨的動作，都可以通過面板上對應的按鍵來完成。通過這種設計，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方法

由于單相異步機的價格很低，因此在本系統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（開環控制）。單相異步電機快速停車的實現原理如下：當異步電機在正常工作狀態下時，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生一個旋轉磁場。在旋轉磁場中的轉子切割磁力線而使電機旋轉。當在電機的兩相繞組上同時加同相電壓時，則在定子中產生一個靜止的磁勢，而此時電機的轉子由于電流的存在也產生一個磁勢。該磁勢隨轉子旋轉。根據磁路最近原理可知，當兩個磁勢產生的磁路最短時，磁路達到穩定。因而當電機定子的磁勢和轉子的磁勢重合時，磁路達到最短。這樣就使電機在最短的時間內停止工作。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的可靠性。

４ 機械手功能的實現

由于在捆鈔機中，機械手需要完成的動作很簡單，只是把現鈔從橫向放置成縱向，然后再將現鈔從縱向放置成橫向，各個動作之間是９０度關系，因此機械手動作可以通過電機帶動機械手的凸輪結構來完成。當檢測部分檢測到凸輪機構完成９０度旋轉后，電機停轉，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，使該設備抗干擾能力增強，工作穩定性提高，同時具備多種自診斷功能，如出現各種意外情況，也不會損壞現金。該設備在實際工作中性能可靠，是一款理想的金融器具。