第四节 纸张检测控制电路

　　印刷机的纸张输送正常与否，对印刷品质量影响很大，严重的输纸故障还会造成机器损坏，因而纸张检测非常重要。印刷机中常用的纸张测检控制电路，主要有触点式和无触点式光电检测电路两种。本书将重点介绍无触点式光电检测电路。

一、单张纸检测控制电路

　　1.触点式检测。图3－41为折角、侧规与撕纸晶体管控制检测电路原理图，主要应用于德国（ZTⅡB)全张二回转印刷机。图中QS₁为折角触点，QS₂为侧规触点，QS₃为撕纸触点电路由直流12V供电，－12V与地线相接（即与机壳相连）。当纸张准位并被叼纸呀叼走之前触点QS₁、QS₂下压检测。若输纸正常，QS₁、QS₂的动触点与静触点被纸张绝缘隔离，此时三极管V₃基极无信号输入而截止。当产生折角、侧规纸张故障时，QS₁或QS₂动触点与机壳接通（即接通－12V电源），经电阻R₅和R₆分压，V₃获正偏置而饱和导通，使继电器KA₁得电吸合。同时，限位开关SQ₁与KA₁常开触点闭合，V₃维持导通，使KA₁保持吸合状态。KA₁吸合使机器产生离压，与“上楼”（纸张跳出）等控制作用。待上述控制作用完成后，SQ₁被触压,常闭打开，从百切断V₃基极电流，使V₃截止，KA₁释放。

　　当发生撕纸故障时，堆积的纸张推动金属排架，使触点QS₃接通，V₄饱和导通，继电路KA₂吸合，从而切断控制电路，使机器停车。

　　2．光电式双张检测电路。双张检测电路如图3－42所示。

　　（1）电源电路。电路由3－5VA变压器T。提供交流电源，经二极管VD₁－VD₄桥式整流，电容C₁、C₂与R₉π形滤波，VZ₅稳压，为电路提供12V直流稳压电源。电源正极为0V， 负极为－12V与机壳（地线）接在一起，HL为电源指示灯。



图3－41 折角、侧规与撕纸检测电路



图3－42 光电式双张检测电路

　　（2）控制电路。电路中的晶体三极管V₁－V₃及偏置电阻组成三极直接耦合放大器，继电器KA₁作信号输出。EL为光源灯泡，在其上下各安装着两只硅光电池B₁与B₂。在光源EL与B₁间预先放置一张样品纸张，其厚度应与印刷用纸相同。另一硅光电池B₂装在输纸板下方，此时通过输纸板移动的纸张就是待检测纸张。电路中B₁与电位器RP组成一检测电桥。当输纸正常时（无双张时），B₁与B₂产生的电压相等，但极性相反。这时电位器RP的滑动端和直流电源地线之间的电压为0V（如不为0，可调节RP使之为0）。即V₁的U_b1为零，则V₁截止，V₂导通，V₃截止，继电器KA₁失电释放。当输纸出现双张时，B₂产生的光电势减少，而B₁上光电势保持不变，则RP上滑动端与地之间产生一电压，使V₁的基极电位U_b1为负，U_be1为正偏压，使V₁导通。电路变化的箭头方程为：

　　I_c1↑→U_c1↑→U_b2↑→V₂截止→U_c2↓→U_b3→V₃导通→I_C3↑→KA₁吸合


　　KA₁吸合使机器产生离压与“上楼”动作。同时KA₁的常开触点与SQ₁使V₃维持导通信号，待控制作用完成后SQ₁受触压断开，V₃截止，KA₁释放。

　　为保证检测电路的正常工作，在更换纸张之前，应作如下调试：首先应使光电头上固定纸样与印刷所用纸张相同。然后将一张纸放于输纸板上，使之处于EL与B₂之间，此时继电器KA₁应释放，否则需调节RP，直到KA₁释放为止。再将第二张纸放在第一张纸上（即为双张），此时KA₁应有吸合动作，若不吸合，则需通过调整电位器RP，使KA₁实现吸合，此时，电路调整完毕。

　　3．光电式前规纸张检测电路。



图3－43 光电检测头装置图



图3－44a J4103纸张光电检测原理图



图3－44b J4103纸张光电检测原理图

　　（1）J4103型印刷机纸张光电检测控制电路。纸张光电自动检测一般具有双张、超张、歪张（空张）及第一张纸检测等几种功能。图3－43所示为光电检测装置，图中E₁、E₂光电检测头有超张与空张检测功能，VL和VP为双张检测头，E₃为第一张纸光电检测头。检测头是由红外发光二极管与光敏三极管组成。

　　①超张检测。超张和空张检测电路如图3－44所示，E₁和E₂和对纸张超张、空张共用的靠近前规左右的两只光电检测头。由于超张是以有反射光时为故障，空张是以无反射光时为故障，所以电路由两个通道分别传递纸张检测信号，并由两个感应开关分别控制。当纸张输送正常时，E₁中的光敏管截止（无纸张反射光），使VD₆导通，V₁导通，VD₇截止；另一检测头E₂中光敏管也处于截止，使VD₁₂处于导通，V₄导通，VD₁₃截止；上述两通道均使V₅截止，V₆也截止。此时由047号线传来的高电平被二极管VD₁₅截止，使该线保持高电平。因此，047号线保持高电平是对应纸张输送处于正常状态。

　　当出现超张故障时，E₁或E₂接受到纸张的反射光时，电路将出现相反状态，即VD₆截止，V₁截止，VD₇导通；另一路VD₁₂截止，V₄截止，VD₁₃导通；上述两通道均使V₅导通，V₆也导通。由047号线传来高电平通过VD₁₅、V₆到地被旁路，变为低电平，即故障电平。如果一边有反射光，另一边无反射光，同样会使047号线被旁路，仍出现故障电平。

　　②空张检测。空张检测电路也如图3－44所示。空张检测时，有反射光为正常，无反射光时为故障。

　　当纸张输送正常时，E₁中的光敏管接收了反射光而导通，则有VD₆截止，V₁截止，VD₈截止；另一路E₂中光敏管也导通，VD₁₂截止，V₄截止，VD₁₄截止，所以D点电位为高电位；VZ₈₁导通，V₂导通，V₃截止，使VD₁₀负端为高电位。由048号线传来的高因VD₁₀和V₃被旁路，变为低电平，即故障电平。

　　关于晶体三极管V₂出版的两种不同状态可作如下分析。假定从电位器RP₅（5．1K）上取得电压为9V，设有光时光敏三极管阻值为1K，无光作用时光敏三极管阻值为500K。

　　则有光时为U_b1=9×1.5K/221.5K=0.06V，表明V₁将可靠截止；

　　当无光作用时，有U_b1=9×500K/200K+500K=6.25V，表明V₁将迅速导通。

　　E₁与E₂兼有检测超张和空张的功能，但与同步开关在前挡规不同位置接通049号线有关，并产生于不同的检测时间。另外两种纸张故障信号的通道也不相同。

　　③双张检测。图3－45所示为双张控制调节器。1为纸张厚度选择开关，可根据纸张的厚度不同进行选择。被测纸张在80g/m²以上者，可将开关拨向右侧；若纸张低于80g/m²，可将开关拨向左侧；拨在中间位置为无控制。电位器3为微量调整，可进行纸张灵敏度调节。通常在一张纸通过检测头时，调整电位3，使发光二极管2先处于临界发光状态；然后将该电位器向相反方向微调，使发光二极管处在将要发光而又不发光状态。这样，一旦出现双张时，发光二极管就会发光显示。



图3－45 双张控制调节器

1－纸张厚度选择开关 2－发光二极管 3－微量调整电位器

　　图3－46为双张检测电路原理图。电路中的SA₁是纸张厚度选择开关，当开关拨向80g/m²以上位置时，发光二极管V_L的降压电阻为470Ω与820Ω并联，其值约等于300Ω，发光二极管光强增加。当开关拨到80g/m²以下位置时，降压电阻为470Ω，发光管发光强度将减弱。电路中V_L为发光二极管，V_P为光敏三极管。纸张由两者之间通过进行检测。



图3－46 J4103型胶印机双张检测电路

　　由V_P受光产生的光电流，在电位器RP₁上产生压降。如果设输纸正常时V_P的光生电流为10μA，则在RP₁上可有0．1V的电压。调整电位器RP₁取得0．08V的电压并送入运算放大器的同相端，经放大输出端获得一正向电压。运用同相输入运算放大器的增益计算公式计算得：

　　A_V=1+R₆/R₄=1+560K/4.7K=120

　　U₀=A_VU₁=120×0.08=9.6(V)

　　由于在放大器输出端电压达9．6V，高开VZ₅和V₁₁的门限值8．6V（8V＋0．6V），故V₁₁可导通，V₁₂截止，故Q点输出为高电位。此时发光二极管HL不发光，表明纸张输送正常。

　　当输纸过程出现双张故障时，由于透光率下降，光电流也随之下降，RP₁输出电压也随之下降，如果降到0．06V，则放大器的输出为：U₀=120×0.06V=7.2V

　　由于低于8．6V的门限值，所以V₁₁截止，V₁₂导通，此时Q点输出低电平，发光二极管HL因有电流通过而发光显示。

　　双张检测的Q端与图3－44中的VD₁₁联接于048号线电平的高低由Q点输出电平的高低决定。如果输纸出现双张故障，因V₁₂导通，Q点输出低电平，则由048号线传来的高电平通过VD₁₁和V₁₂被旁路，变成为低电平，即故障电平。图3－46中的VD₃和VD₄是运算放大器输入端的过压保护装置，防止灵敏度调整时输入过高电压或没有纸张通过时光电流太强引起电压过高。

　　④同步开关。在图3－44电路中，JJK₁和JJK₂是由磁铁配合遮挡铁板及干簧管组成的两上同步开关。当前挡规还没完全下降，输纸板上的纸张前沿已冲向前面，即出现超张信号，使047线出现低电平。这时，JJK₁正好接通，047号线接通049号线，使049也为低电平，将信号送入V₈和V₁₁，控制后面的电流继电器KA₁和KA₂。

　　当前挡规已经下降，若输纸板上的纸张还没到前沿，所出现的空张信号，或出现双张故障信号时，都会使048号线出现低电平，此时，由JJK₂接通049号线，使049也为低电平，送入V₈、V₁₁可分别控制KA₁、KA₂继电器工作。

　　当049为低电平（故障电平）输入时，V₈截止，V₉导通，V₁₀导通使KA₁通电工作；另一路V₁₂截止，KA₂处于断电状态，实现输纸器停，滚筒离压，递纸牙停止咬纸。同步开关JJK₁和JJK₂是每周交替接通的，它们可以通过调整遮挡铁板的位置来实现。正确位置是：前挡规下降前应使JJK₁接通；前挡规下降后应使JJK₂接通。这个位置如果调整不好，就不能顺利地进行印刷。

　　⑤第一张纸检测。第一张纸检测电路见图3－44电路图，其光电检测头为E₃，第一张纸控制是在KA₂失电时才起作用的。因为当KA₂通电工作时，第一张纸检测的工作电源将被KA₂的常闭触头切断。所以，一旦纸张进入正常印刷时，第一张纸检测便失去作用。

　　当空车运转时，输纸板上没有纸张通过，光敏管E₁、E₂因接受不到纸张反射光而截止。则V₁导通，V₄导通，VZ_S1截止，V₂截止，V₃导通，048号线为低电平；经JJK₁，049也为低电平，使V₁₂截止，KA₂继电器处于断电状态。由于KA₂断电使其常闭触头闭合，接通第一张纸电路电源。E₃便开始工作，E₃中的光敏管也因接受不到纸张的反射光而截止，V₇导通，使V₈集电极缺少工作电压；同时，V₉基极也缺少工作电压。即使049号线传来了低电平也不能使V₈和V₉发生变化，因此，KA₁处于断电状态，使输纸离合器及咬纸机构均不受049号线低电平的影响。

　　只有在正式印刷的第一张纸进入时，E₃即接受纸张的反射光，使V₇截止。V₈集电极有了工作电压，V₉基极有了工作电压，才为接受049号线的控制电平准备了控制条件。

　　由JJK₁经047号线来的低电平或者上JJK₂从048号线来的低电平，只要有一路接通049号线，再分别传递给两路：一路通过三极管V₁₁与V₁₂，改变KA₂的工作状态（通电压印，断电离压）；另一种则通过V₈、V₉、V₁₀，控制继电器KA₁，使输纸离合器和递纸牙咬纸机构转换状态（低电平时KA₁通电，离合器脱开并停止咬纸）。

　　三极管V₁₁与V₁₂分别为由NPN和PNP型三极管组成和稳态电路。因为JJK₁和JJK₂都是在极短时间内工作，而KA₂翻转手则需要稳定一段时间，才能完成印刷动作的的转换，因此，需要这一稳态电路。

　　（2）QGK－2型前规纸张检测器。QGK－2型前规光电检测器是利用光电检测技术来实现对单张纸进行前规检测的一种电气装置，由北京兴中仪器厂生产，可与一些型号的印刷机配套使用。其结构如图3－47所示。在输纸板的前沿，安装了四只反射式光电检测头E₈、E₉、E₁₀、₁₁，其中两只用来检测大张纸，两只检测小张纸。E₁₂是有纸或无纸信号检测头。它们的检测结果分别送入E₃、E₄、E₅、E₆、E₇五块通道板加以放大，其输出信号OUT₄－OUT₇与E₁₃提供周期性的同步开关信号，送入E₂控制器，由E₂作控制信号输出。即每当机器运转到咬纸位置时由金属片遮光发出应检测信号，并配合由各通道OUT来的故障信号，启动晶闸管使KA₂通电工作。继电器KA₂的触点对印刷机起控制作用。光电头E₁₂将有纸或无纸信号送入E₃通道板，由E₃通道板将信号处理后将输出OUT₃送入E₁电拳板，进行直流电源输出控制。



图3－47 QGK－2型光电检测器结构图



图3－48 QGK－2型光电检测器的检测通道板电路

　　①检测信号的产生与放大电路。光电检测头E₈－E₁₂和通道板E₃－₇是承担着检测信号的产生与放大任务，如图3－47所示。光检测头是由一支红外发光二极管与一支光敏三极管组成，如图3－48所示。其中由发光二极管和通道板电路中三极管V₉、V₁₀组成的多谐振荡器，随电容C₂的电位而变化，V₁₁、VD₁₁、V₁₂也作快速地导通与截止变化，为光电头提供高频（10kHz）振荡脉冲电源，使发光二极管产生一定频率的光信号。此电源可以使光电头不受自然光的干扰，当输纸正常时，这个光信号通过纸张的反射被光敏管接收并产生一定频率的电信号，经V₁₃送入运算放大器（F007）的反相输入端。显然，该放大器的增益为：

　　A_V=R₃₈/R₃₆=-220K/2.2K=-100

　　被放大后的交流信号又通过VD₁₂和VD₁₃检波，用正的检波电压使V₁₄导通，V₁₅也导通，因此V₁₅导通输出低电平，而V₁₆截止输出高电平（施密特开关电路状态）。

　　当出现输纸故障时，无纸覆盖光电头，光敏三极管因没有接收到纸张反射光，其暗电流很小，相当于电阻大，经V₁₃与运算放大器的选频放大作用，输出低电平，于是V₁₄截止，V₁₅截止，V₁₆导通。V₁₅输出为高电平，V₁₆输出为低电平，即故障电平。

　　通道板电路采用交流放大电路，是为了减少漂移，增加稳定性，以防止杂散光干扰。

　　②同步检测头与检测控制板电路。检测控制电路板接受同步检测头E₁₃的同步信号和E₄－E₇通道板的OUT₄－OUT₇输出信号，对它实行综合控制。最后通过启动晶闸管VT₁使继电器KA₂对印刷机起控制作用。其电路如图3－49所示。



图3－49 QGK－2型光电检测的控制器电路

　　同步检测头E₁₃内，红外发光二极管与光敏三极管采取对射安装，在它们中间有一缝隙，旋;转金属片由此缝隙通过，当随机运转的金属片旋转在咬纸的位置时，对E₁₃中的光敏三极管遮光而产生同步信号。此时

　　U_b16↓→V₁₆截止→C₄通过R₈、R₇充电→V_b18↓→V₁₈截止→U_c18↑(V₁₇导通）→V₁₉导通→HL₂发光→VZ₃导通→C₆充电→U_b22↑(为V₂₂导通提供条件）

　　与此同时，四块通道板的输出OUT₄－OUT₇输入检测控制电路，供大小规格纸张检测选择，使用时只有两块通道板在工作。大张检测由OUT₄与OUT₇经VD₁₆、VD₁₉输入检测控制电路。小张检测由OUT₅与OUT₆，经VD₁₇、VD₁₈输入。VD₁₆、VD₁₉（或VD₁₇、VD₁₈）与R₁₅组成逻辑（与门或门）电路。当输纸正常时，因OUT₄、OUT₇（大张纸检测）都为低电平输出，则二极管VD₁₆、VD₁₉均截止，输出电位（VD₁₆、VD₁₉共负极点）为低电平，则有

　　VZ₂截止→V₂₀截止→U_c20↑→V₂₁导通→U_c22↓

　　此时，即使处于同步时间，但由于V₂₁的c、e极对地短路，V₂₂集电极没有工作电压，V₂₂处于截止状态，使晶闸VT₁截止，继电器KA₂释放，控制器无信号输出，印刷正常进行。

　　当输纸出现故障时，则OUT₄、OUT₇中有一个或两个全为高电平，在或门电路的输出端（VD₁₆、VD₁₉共负极点）为高电平，此时控制电路有

　　VZ₂导通→V₂₀导通→U_c20↓→V₂₁截止→U_c22↑

　　即V₂₂集电极有了工作电压，由同步信号作用，V₂₂导通向晶闸管VT₁发出触发信号，从而使继电器KA₂通电工作，KA₂触点使机器离压、减速等。

　　前规检测信号与同步检测信号作用原理如图3－50所示，其控制作用，可用表3－1分析。



图3－50 前规检测信号与同步检测信号原理图

　　表3－1 电路输入、输出信号关系表

输入				输出Y
A		B
同步检测	Ub22	前规检测	Uc22
不同步	0	2个光电头都有纸	0	0
不同步	0	1或2个光电头无纸	1	0
同步	1	2个光电头都有纸	0	0
同步	1	1或2个光电头无纸	1	1

　　由表可知，当前规出现输纸故障时，必须有同步检测信号的同步，检测控制器才会有控制信号输出。

　　③电源电路。如图3－51所示，交流36V与24V电拳，经二极管VD₁－VD₄桥式整流，经集成块E₁₄稳压滤波后产生12V的直流电压。分为两路供各电路板使用。其中＋12V－1是直接供给输纸检测通道E₃和控制器电路板E₂的工作电源，发光二极管HL₁是电源指示灯。

　　另一路＋12V－2是根据输纸状态，对E₄－E₇通道板的直流电源起控制作用，它是从输纸光电头E₁₂，将有无纸张的信号输送给输纸检测通道板E₃，从E₃电路的V₁₆集电极取出输出信号OUT₃，将此信号输入电源板，经稳压管VZ₁与三极管V₁控制继电器KA₁的吸合工释放，通过继电器KA₁触头及开关SA₃控制＋12V－2的输出，该电源通过选择开关SA₂对E₄－E₇电路板供电，开关SA₃挡位是按不同机型的要求而设置的。



图3－51 QGK－2型检测器的电源电路

二、卷筒纸检测控制电路

　　卷筒纸的检测一般包括断纸检测和接头检测，断纸检测的方式又可分为触点式检测与光电式检测，接头检测一般都采用光电检测方式。

　　1．触点式断纸检测。卷筒纸胶印机或卷筒纸凸印机，多是采用触点式断纸检测，其优点是结构简单，费用低。其检测装置在结构上虽有差异，但电路控制原理都是简单的继电接触控制。即都是利用纸张的断落，使机械杠杆随之下落并触压微动开关，从而带动继电器工作使机器停止运转。下面，以JJ102A型卷筒纸胶印机为例进行分析。



图3－52 断纸检测控制原理图

　　断纸检测控制原理如图3－52所示，在开机之前，将主令开关SA₁₁置“停”位。这时因没有穿好纸带，检测杠杆下落触压微动开关的13SQ（接通137与139），由于无电源，时间继电器KT₃与中间继电KA₁₉均不工作。当机器穿纸正常运转时，检测杠杆被纸带托起，13SQ的常开触点复位断开，此时将SA₁₁置“自动”位，虽KA₆常开触点已闭合，但KA₁₉与KT₃仍不能得电。当发生断纸故障时，检测杠杆下落，13SQ受触压接通控制电路，KA₁₉和KT₃通电工作，KA₁₉常开触点接通自锁；同时，KA₁₉常闭触点断开，停锁车继电器KA₂释放，使主机停止运转，同时，KA₁₉常开触点闭合9接通335与339），电磁铁YA₃吸合并将断纸刀打出，将纸带割断。KT₃经一段延时后，其延时断开的常闭触点断开，KA₁₉与KT₃释放，为再次开车作好准备，将SA₁₁置“手动”位时，可对检测机构与电路进行调试维修。

　　2．光电式断纸检测。光电式断纸检测，具有检测灵敏度高的特点，现以JJ201型卷筒纸双面双色胶印机控制电路中使用的GK－4A型光电式断纸故障检测装置进行分析。

　　（1）光电检测头。GK－4A型光电控制器是应用光电管的光电效应原理进行检测工作的。光电检测头主要由发光头、收光头组成，纸带在发、收光头间通过。当正常印刷时，因有纸带通过，光电二极管（收光头）无光照射或光照微弱，通过的光电流很小，相当于电阻很大；当出现断纸故障时，发、收光头间因无纸张通过，光电管VP直接受光照射，使光电流大大增加，这时，相当于阻值变小。光电检测头的结构如图3－53所示。



图3－53 光电检测头构图

1－灯泡 2－发光头套管 3－准直镜 4－聚光镜 5－收光头套管 6－光电二极管 7－纸带　



图3－54 GK－4A型光电控制器电路原理图

　　（2）检测控制电路原理。GK－4A型光电检测控制电路如图3－54所示。正常印刷中，纸带在发、收光头之间通过，光电管受弱光照射，V_P电阻很大，它与R、R₂、RP构成分压式电路，使三极管V₁的U_be＜0.7V，V₁截止，V₂也截止，继电器KA₁、KA₁₇均处于释放状态，控制器无信号输出

　　当纸带断落后，光电管光照强，光电流增加，阻值减小，使V₁基极电位上升，V₁导通。因U_b2上升，V₂也随之导通，继电器KA₁吸合，其常开触点闭合，并使继电器KA₁₇也吸合，此时，控制器有信号输出，使机器停止运转。

　　JJ201型胶印机上安装有两套光电控制器，其控制电路如图3－55所示。



图3－55 JJ201型胶印机断纸检测控制电路图

　　两套光电控制器安装在第一、二机组上，两组光电检测头分装在第一、二机组的机板上。开机前将主令开关SA₁₆置“停”位，尽管发、收光头间无纸带，由于控制器无输入电源，控制器无信号输出。机器运转穿纸时，纸带从发、收光头间无纸带，由于控制器无输入电源，控制器无信号输出。机器运转穿纸时，纸带从发、收光头间通过，将SA₁₆置“自动”位，由于KA₁₃常开触点已闭合，使两套光电控制器KA₁、KA₂有电源输入并进行检测工作。

　　印刷过程中，纸带只要在一处光电头发生继纸故障时，检测光电头立即将故障信号送入控制器使继电器KA₁（或KA₂)吸合，其常开触点KA₁（或KA₂）闭合，中间继电器KA₁₇便得电吸合，其常开触点KA₁₇闭合，使KA₁₈吸合并自锁，同时使时间继电器KT₃、电磁铁YA₁、YA₂通电工作。YA₁、YA₂吸合将断纸刀伸出，把纸带割断，此时KA₁₇的常闭触点断开主机停锁电路，使机器停止运转。经一段延时后，KT₃延时断开的常闭触点断开，KA₁₈、KT₃、YA₁、YA₂均释放复位。

[时间：2001-11-20  作者：杨皋 张长峰  来源：《印刷设备电路与控制》·第三章 印刷设备中常用的控制电路]