CN1306651A - 纸张传送系统 - Google Patents

Abstract

一种纸张传送系统,它包括多个被分开驱动的传送部(1,2,4,5,6),每个传送部被一各自的电机或数个电机(7～12)所驱动。一控制系统(22～27,50)控制电机(7～12)的运作。一监测系统(37)监测电机的性能,控制系统对监测系统作出响应来保持电机的正确运作。

Description

纸张传送系统

本发明有关一种纸张传送系统，尤其是有关一种用于传送如纸币那样的有价证卷的纸张传送系统。

纸币传送系统用来传送纸币用于多种用途，如付款和收款以及根据纸币的面额和真伪性对其进行分检。这些分检器典型地被提供有多个将纸币传送通过该系统的传送部，在纸币通过的路上被提供有检测器来检测纸币的某些特征，这些特征用于激励分流器来将纸币分流至合适的贮存位置。所有这些传送部典型地均是由单个交流感应电机来驱动的，来自该电机的动力被分配至称之为主动轮的驱动点。主动轮反过来又驱动用于传送纸币的传送带。

最近出现了一种加大机器尺寸的趋势，通过增加所需主动轮数目来增加传送系统速度从而来改善纸币处理的速率。

上述单个交流电机的动力是采用一种齿带系统被传输至各主动轮的，这种方式的一个缺点是，这些齿带会消耗掉大部分的电机动力，产生相当大的噪音和振动。它们也需要一种具有相当强度的机器框架并在机器中占据大量的空间而由此阻碍传送装置的设计。

根据本发明，一种纸张传送系统包括数个被分开驱动的传送部，每个传送部由各自一个或数个电机所驱动；一个用于控制电机运作的控制系统；以及一个监测电机性能的监测系统，控制系统对监检系统作出响应以保持电机的正确运作。

在本发明中，我们提出一种分布驱动途径，其中每个传送部被其自己的一个或数个电机所驱动。该途径具有多个显著优点。首先，这样做可达到对功率的显著节省。例如，一个基于单个交流感应电机的、采用3kw功率的机器可代之而采用一种具有总电机输出功率为1kw的分布式驱动系统来运行。其余的优点包括极大地降低噪音输出、轻型的机器构造、系统内部可得到更多的空间、以及降低制造成本。

每个传送部典型地被一对摩擦进给带所规定，至少一根摩擦进给带被携带绕在至少一个驱动主动轮上，该驱动主动轮直接被一各自的电机所驱动。然而，也可预见有其它形式的柔性传送带机构。

由于这方面的原因，我们避免使用齿形同步带以及类似物品来将每个电机连接至各自的驱动主动轮，且术语“直接地”也应与之相应地加以解释。

电机应经一齿轮系统被连接到驱动主动轮，但驱动主功轮优选地被安装到一驱动轴上，该相应电机的一转子被直接固定到该驱动轴上。最方便地是，驱动轴被支承在两间距的轴承副之间，电机则被放置于轴承副之间。

这样，在最优选的配置形式中，可采用一种无电刷直流伺服电机来替代主动轮轴承壳体以取得长寿命和高效率。该伺服电机自身形成一轴承壳体。由于已经去除了对支承来自齿形同步带的高值侧向负载方面的要求，因此较小的电机轴承便可以支承主动轮。

优选地采用直流电机，因为它易于驱动和控制。在零速时它具有大的力矩并且是高效率的。

控制系统优选地包括多个数字控制器，每个控制器均与电机中的一个相连接。数字控制器的使用是特别优选的，因为它们能对电机提供一种十分精确的控制。为此，电机优选地以步进电机的方式工作，数字控制器产生一控制信号，该信号规定了一系列为电机所执行的步骤。在这种情况下，数字控制器被用作为位置控制器来响应一个指令或控制信号以获取一个十分精确的运动。这种采用一位置控制器作为一种速率控制器(以控制电机速度)的优点在于，转动速度将完全等于指令脉冲被提供的速率。当与数字控制方法相结合时，该合成控制器将使电机以一个完全对应于指令脉冲频率的速度运转，而无需模拟设置或调整，也不会形成位置随时间变化的误差。

重要的是监测每个电机的性能来确保电机是被正确驱动的。为此，提供有监测系统，该系统可用来监测电机的运动或优选地来监测驱动主动轮的转动。

每个控制器方便地包括一个比较器，用于将相应电机的所需性能与监测系统所报告的实际性能相比较，并用于修正提供给电机的一个控制信号来补偿任何所产生的差值。这样便提供了一个简单的反馈系统用来确保电机能正确地响应一个询问或控制信号。

在纸张传送系统中某些电机是经不同传送部的啮合摩擦进给带而成机械连接的，这些系统中产生的一个问题是，皮带间的摩擦大小相差很大，从皮带为新的时候的一个值降至为皮带老化时的一个较低值。此外，皮带厚度、主动轮直径、以及皮带运行路径的类型方面的公差值也能使电机轴以稍稍不同的速度运转，而这种转速的变化可引起每个电机对一个指令或控制信号作出响应的方式上的变化。尽管每个电机可单独被控制系统所驱动，但如果控制系统能根据所需的速度将单个控制信号发至所有的电机的话，那将是最方便的。在这种情况下，每个控制器优选地包括一个调节一个电机对一输入控制信号响应的电子变速箱，控制系统包括用于改变由电子变速箱所提供的调节的装置，用以平衡被机械式连接的电机的性能。

采用一个电子变速箱可以将每个电机的响应相应于其它电机进行调整且将该电机机械连接到该变速箱来补偿这些问题。

应该理解的是，在一个典型的纸张传送系统中，并非所有的传送部都要被分开驱动，而某些则可通过与被驱动传送部的摩擦啮合来被驱动。

驱动部也并不一定要仅仅包括摩擦进给带，但可包括其它的诸如堆纸器、碎纸器以及类似机械的一个纸张传送系统的部件。

以下参照附图来说明根据本发明的一纸币分检系统的一个例子，附图中：

图1为该系统的一部分的一侧视；

图2为通过一主动轮和电机的一纵剖视图；

图3为图2所示配置形式的端视图；

图4为用于说明控制两个传送部的方法的一方块图；

图5为一电机控制器的一方块图。

图1所示的纸币分检系统的一部分由一系列摩擦进给带1～6所规定，每根带均由各自一直流伺服电机7～12所驱动。除了摩擦进给带1～6之外，还有诸如由伺服马达11经(位于底板14，后部上的)一皮带80所驱动的一进给带13这样的多根其它摩擦进给带以及一无电机主动轮81。

所有的进给带均被携至绕在安装在底板14上的导辊上(图中未标以数字)。

工作时，纸币进入由位于15处的皮带1,2所确定的传送部并被馈送通过多个检测器(图中未示出)，这些检测器确定纸币的特征并各自激励分流器16～18。若分流器16被激励，纸币则被朝下分流至一出口位置19。若分流器17被激励，纸币被分流进入一堆纸器轮20，而当分流器18被激励时，纸币则被分流至一堆纸器轮21。

每个伺服电机7～12与各自一个控制器22～26相耦合。这些控制器被安装在底板14的后表面上。

伺服电机7～12之一的构造示于图2和图3之中。图2示出一单个驱动主动轮和电机的剖视图。电机总体示于31处且包括一定子32和一转子33。转子33被连接到一主动轮驱动轴34上。一主动轮35被直接安装在驱动轴34的前部用于以一摩擦进给带(图中未示出)相啮合。一锥形锁定耦合器35a以一种非转动方式耦合主动轮35和驱动轴34。主动轮35具有一延长部35b，它可使操作者用手来转动主动轮。

一对辅助滑轮36被不可转动地安装在位于底板14后面的驱动轴34的后端。这些滑轮36可用来驱动小型机构，对这些小型机构在价格上是难于有效地来提供一个分开的电机的。

一旋转编码器37被安装在驱动轴34的后端上且绕一O型环38被驱动。编码器37的机体被一板39a和一连接到一后电机壳体40的支柱39b可扭转地约束住。后电机壳体40也载有一板41，该板41拥有支撑电机电线的接头。一前电机壳体42具有小脊43用于帮助散热并为操作者提供一冷却器表面。前电机壳体42直接被在图示44处螺栓连接到后电机壳体40。

图3示出张紧臂和主动轮的配置方式。张紧臂46a、46b可旋转地被安装在销钉60上，销钉60被不可旋转地安装到电机壳体42上。皮带轮61a、61b可旋转地安装在销钉62a、62b上，销钉62a、62b则不可旋转地安装在张紧臂46a、46b上。一单个弹簧47被安装在两张紧臂46a、46b之间。皮带63具有这样一个长度：当主动轮未在被驱动时，它可使张紧臂46不靠在挡块45上并使之被弹簧47所张紧，该皮带63如图所示被卷绕在皮带轮61a、61b和主动轮35的内侧周边上。

主动轮可在两方向上被驱动，皮带紧侧上的张紧臂46被迫与相邻挡块45相接触，而弹簧47则控制皮带松侧上的皮带张力。这样对在两方向上的驱动均可提供大的皮带驱动张力而不用使整个组装体有任何的改变。

可以注意到，将电机31安装在主动轮轴承48之间节省了空间，而将电机转子33直接装到主动轮轴34上则降低了费用且减少了所需元件数。此外，采用无刷电机降低了噪音并增加了寿命。

如上所述，每个电机7～12(或图2中的31)均被一各自的电机控制器22～27所驱动。图4示出由皮带1,2所规定的两个机械相连的传送部，它们具有各自的电机和电机控制器。电机控制器反过来又被一中央机器控制器50所控制，该控制器50将公共指令脉冲提供到每个电机控制器22、23(以及其它的电机控制器24～27)。连接到每个电机的编码器37则提供反馈脉冲，该反馈脉冲可用来监测各电机的性能。

在一个简单的配置形式中，每个电机控制器包括一个比较器，它将从机器控制器50所接收到的指令脉冲数与从编码器37所接收到的反馈脉冲作比较并调节馈入到电机的控制信号来补偿任何的不匹配。

然而，在那些传送部机械式地通过诸如皮带1、2这样的相贴摩擦进给带之间的摩擦来连接的地方则会产生某些问题。皮带间的摩擦会从皮带的新的时候的一个较大值变化为皮带老化时的一个较低值。电机与皮带运动之比被规定且名义上对上两种皮带均是相等的。然而，皮带主动轮大小及皮带厚度方面的一些小变化会引起该比值的变化。这样，两个或多于两个的电机可以被机械地连接起来而具有稍稍不同的比值。若皮带间的摩擦是大的，比值上的不匹配会被一个电机以不同于另一个电机的转速旋转。然而，由于驱动系统在被提供一个共同的指令脉冲，因此电机控制器仍将试图以完全相同的速率来驱动电机。控制器将试图通过提供更多的电流给较慢转动的电机以及提供较少电流给较快转动的电机来修正角位置上产生的变化。这样将促使电机产生一位于皮带间的剪力，该剪力将试图克服摩擦并能使电机以相同的转速旋转。如果该摩擦力足够大，转动较快的电机最终将被朝着相反方向驱动。由此产生的驱动也将是十分低效的。前向驱动电机将变成是过载的，因为它现在必须驱动两个皮带系统并反抗另一个电机。

为克服这一问题，一种更为高级形式的电机控制器被如图5所示那样地加以使用。如在图5中可被看到的，该电机控制器包括一比较器51，它从机器控制器50接收指令脉冲并从编码器37接收反馈脉冲。比较器的输出被馈入到比例-积分-微分滤波器52来将驱动信号提供给一脉宽调制(PWM)放大器53，该放大器的输出则直接被馈入电机31。为能补偿电机31和另一电机间的机械连接，在编码器37和比较器51之间提供有一电子变速箱54(它可用硬件或软件来加以实现)。电子变速箱54将反馈脉冲乘以一个因子，其值可被机器控制器50所改变。电子变速箱因子的效应则是改变电机运动与要求速率的比值。这样，电子变速箱可用来补偿因其它电机的机械连接所产生的任何电机转速失配。

为实行一个电子调节，必须找到一种测量提供给电机的电流量的装置。比例-积分-微分滤波器52的输出则方便地被直接关联到电脉宽调制放大器53所提供给电机的驱动(电流)量。这样，若该信号被机器控制器50所读，它可运行一个算法来比较几个驱动系统并对电子变速箱作修整直至给每个电机的驱动电流量达到平衡为止。

也要求有一种当电机控制器22～27处于运行或静止时来与它们进行通讯以测量电流和改变齿轮传动比的装置。

十分赞赏的是将电机控制器典型地用基于可编程微处理器的合适的电路来加以实现。

在图4所示例中，每个电机控制器22、23最初驱动各自的电机，该电机具有约为1∶1的机械连接比和一个未知量的摩擦力。

两个控制器22都是相同的。它们被一列公共指令脉冲所驱动。在每个控制器中，该公共指令脉冲列被馈入到比较器51中，该比较器51减去编码器37所提供的反馈脉冲列。反馈信号可被电子变速箱54所修整，它能以一规定的速率加上或减去脉冲。当控制器最初被建立时，齿轮传动比被设为设计值。(典型地为1∶1)。

如果指令脉冲速率大于反馈脉冲速率，比较器51的输出将变得越来越大。经过比例-积分-微分滤波器52施加到脉宽调制放大器53的该输出将促使更多的电流被提供给电机31。由电机所提供的力矩将增加，直至驱动加速使得指令脉冲和反馈脉冲相同为止。如果在两电机间的摩擦力阻止上述现象产生，则比较器51的输出最终将变得很大且控制器将切断并显示出一故障状态。

如果指令脉冲率低于反馈脉冲率，比较器51的输出将不断变小。经比例-积分-微分滤波器52被施加到脉宽调制放大器53的输出将促使较小的电流被提供给电机31。由电机所提供的力矩将减少，直至驱动减速使得指令脉冲率和反馈脉冲率相等为止。如果在两电机间的摩擦力阻止这一现象发生，那么比较器的输出最终将变为负的且电机将试图在相反方向上进行驱动。

提供给电机的电流通过采用比例-积分-微分滤波器52的输出来进行测量，该滤波器52用来确定脉宽调制放大器53所提供的驱动电流的方向和电平。该输出采取一种方便的数字形式。有必要对比例-积分-微分滤波器输出值采取一种平均技术，因为通常存在有很大的高频波动成分。

在机器控制器50中包括有一个自适应控制算法(ACA)。在该ACA中可采用多种不同的方法来比较驱动电平并通过电子法来改变齿轮传动比以补偿机械比失配。一种简单的方法可以是用这样一种方式来调节齿轮传动比，即让驱动电平对每个电机控制器均是一样的。一个控制器典型地将被用作为一个主控制器，而其它控制器的比率将被修整来平衡给予每个电机的驱动量。

可被施加给一控制器的最大调节量应被限制到5％或更少，且优选地被限制到1％以防止严重的速度失配，如果连接两驱动系统的机械摩擦力会变得十分小的话。这样，ACA便不能实质性地改变作用在机器上的任何驱动的控制器速度。

以下举一典型的例子。

两控制器22、23最初将被设置具有相同的参数。这包括相同的齿转传动比。

当机器在运行时，机器控制器50将周期性地询问每个控制器所需的驱动电平值。机器控制器检查驱动电平值所用的时间间隔将是数分钟长。

驱动电平被自适应控制算法(ACA)所比较。若这些数值指示出驱动是不平衡的，ACA便可改变作用在控制器之一上的齿轮传动比。

该循环在规定的时间间隔内被重复，且齿轮传动比逐渐地将被修整来去除位于各驱动之间的任何不平衡量。

下面的表示出机械比失配如何能引起驱动的不平衡以及它如何能采用电子手段通过修整电子传动比而被加以校正。

在表中所示例中，假定电机A机械地连接到电机B，使得电机B转动得稍快于电机A。

控制器的电子传动比最初被设为1∶1的错误状态。

可以看到，控制器的驱动电平在最初的读数中是不平衡的。控制器1的电子传动比下降一个差值。(在本情况下为5/4096)。驱动电平仍然不平衡，因此该比例再次下降。该循环不断重复，直至驱动电平达到平衡。两电机此时均在全速控制下运行在相同方向上。

比率控制器A	比率控制器B	供给电机的电流
				驱动电平控制器A	驱动电平控制器B
		4096∶4096(1∶1)	4096∶4096(1∶1)			-1.5	4.5
4096∶4091	4096∶4096(1∶1)			-0.5	4
		4096∶4086	4096∶4096(1∶1)			0.5	3.5
4096∶4081	4096∶4096(1∶1)			1.5	2.5
		4096∶4076	4096∶4096(1∶1)			2.5	1.5
4096∶4078	4096∶4096(1∶1)			2	2

该方法尤其适用于电子控制器，因为该算法可直接处理数字信息。

Claims (15)

1．一种纸张传送系统，包括多个被分开驱动的传送部，每个传送部被一各自的电机或整个电机所驱动；一用于控制电机运作的控制系统；以及一用于监测电机性能的监测系统，该控制系统对监测系统作出响应来保持电机的正确运作。

2．如权利要求1所述的传送系统，其特征在于：每个传送部被一对摩擦进给带所规定，摩擦进给带的至少一根被携绕在至少一个驱动主动轮上，该驱动主动轮直接被一各自的电机所驱动。

3．如权利要求2所述的系统，其特征在于：驱动主动轮被安装到一驱动轴上，相应电机的一转子直接被固定到该驱动轴上。

4．如权利要求3所述的系统，其特征在于：驱动轴被支承在相距的轴承副之间，电机被放置在该轴承副之间。

5．如权利要求2～4之一所述的系统，其特征在于：监测系统用于监测驱动主动轮的转动。

6．如权利要求5所述的系统，其特征在于：监测系统包括一固定的随主动轮旋转的编码器盘。

7．如上述权利要求之一所述的系统，其特征在于：控制系统包括多个数字控制器，每个控制器均与电机的每一个相连接。

8．如权利要求7所述的系统，其特征在于：电机包括伺服电机，数字控制器产生一控制信号，该控制信号规定了电机所要执行的离散角步距。

9．如权利要求7或8所述的系统，其特征在于：每个数字控制器产生一脉宽调制控制信号输给各自的电机。

10．如权利要求9所述的系统，其特征在于：脉宽调制控制信号被传输至控制系统。

11．如权利要求7～10之一所述的系统，其特征在于：每个控制器包括一比较器，用于将相应电机的所需性能与监测系统所报告的电机的实际性能作比较，并用于修整供给电机的一控制信号来补偿任何的差值。

12．如权利要求7～11之一所述的系统，其特征在于：控制系统用于提供一公共激励信号给数字控制器，该激励信号规定了一所需的电机速度或转动量。

13．如权利要求12所述的系统，其特征在于：每个控制器包括一电子变速箱，用于调节一电机对一输入控制信号的响应，控制系统包括用于改变电子变速箱提供的调节量的装置，用来平衡机械相连接的电机的性能。

14．如权利要求13所述的系统，其特征在于：电子变速箱比的调节量被限制为5％。

15．如权利要求14所述的系统，其特征在于：电子变速箱比的调节量被限制为1％。

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