CN101323205A - 印刷机墨量供给自动控制系统 - Google Patents

Abstract

印刷机墨量供给自动控制系统，设有含控制软件的计算机和多层结构嵌入式控制系统，集中控制层为中央控制单元，采用ARM7或ARM9内核处理器和UCOSII嵌入式实时多任务操作系统，设有与计算机以及外部网络进行通讯的以太网接口，通过485总线接口对数据交换层和执行控制层进行控制和监测；数据交换层为通讯单元，设有485总线接口，用于集中控制层和执行控制层之间的数据信息交换；执行控制层为墨刀驱动单元，接收计算机以及集中控制层中央控制单元的控制信息，对机械执行部件位置进行精确控制，并实时反馈自身的工作状态。

Description

印刷机墨量供给自动控制系统

技术领域

本发明涉及印刷机墨量供给的控制，特别是一种采用计算机和电子自动化控制技术对印刷机工作过程中墨量供给过程进行精确控制的印刷机墨量供给自动控制系统，属计算机及电子自动控制技术领域。

背景技术

印刷品要能够真实地描述多种多样的色彩，千变万化的世界。印刷品色彩的表现跟印刷机墨量的供给有着直接的关系，如果要想达到细致的色彩表现力，就需要对印刷机墨量供给进行精确控制。另外，现代大多数印刷作业都是短版作业，一副印版一次就印几千甚至一两百张印刷品，因此要经常更换印版，而每一张印版表现的色彩都会千差万别，印刷过程的墨量供给也就大不一样，每更换一次印版就要重新调整墨量供给，这就要求在尽可能短的时间内将墨量供给过程调整到最佳工作状态，使印刷品达到最佳色彩效果。

采用计算机和电子自动化控制技术对印刷机工作过程中墨量供给过程进行精确控制已经成为现代印刷技术发展的方向之一，代表世界印刷技术最高水平的五大印刷机生产商海德堡、曼罗兰、高宝、小森、三菱都将这一技术应用在其印刷机当中，因为这样可以大大缩短印刷过程辅助时间(主要是换版到生产出合格印刷品的时间)，将印刷过程辅助时间由15分钟左右缩短到5分钟以内，同时还更加容易生产出色彩逼真的印刷品，使生产率和产品质量都得到提高。

墨量供给过程涉及以下几方面：墨区墨量调节、整体墨量调节和水墨平衡(水胶印)。通过墨斗辊转角大小调节整体出墨量，通过调节墨辊各局部区域间隙大小调节小墨区墨量，整体墨量调节保证了印刷图像整个画面阶调和色调的正确复制，由于印刷图像在整个版面上分布不同，各区域对油墨量的需求也不同，因此，沿墨辊轴线方向将墨斗辊分割成若干小墨区，不同的墨区送出的墨量不同以满足图像各局部区域对墨量的不同需求。墨斗辊转角大小通过伺服电机进行调节，精度可以达到1度，小墨区间隙大小通过微型电机带动机械部件运动实现，常用机械部件有偏心轮、连杆机构和平行移动块等，移动距离通过电位计检测和反馈，目前精度达到0.01mm。

目前主要的墨量供给控制方式是采用计算机扩展板卡，通过板卡对底层执行部件进行控制。这种方式系统灵活性小，不便于扩充组合，系统构成和连线也复杂，不便于安装和维护。目前采用电位计对机械位置进行检测和反馈，电位计和机械运动部件直接接触，而且信号为模拟量，还需要进行AD转换才能被控制系统接受，可靠性和精度都低。

发明内容

本发明目的是提供一种采用计算机和电子自动化控制技术对印刷机工作过程中墨量供给过程进行精确控制的印刷机墨量供给自动控制控制系统，是对本申请人已授权实用新型专利“印刷机墨色自动控制中的电子控制”的升级换代，使墨区墨量调节更加精确简便快速，同时可以联合墨斗辊转角大小调节(整体墨量调节)和水墨平衡(水胶印)调节等印刷机其他控制功能达到印刷墨量供给过程精确控制的目的。

为了达到上述目标，本发明采用以下技术方案：印刷机墨量供给自动控制系统，其特征是设有含控制软件的计算机和包括集中控制层、数据交换层、执行控制层的多层结构嵌入式控制系统，其中，集中控制层为中央控制单元，采用ARM7或ARM9内核处理器和UCOSII嵌入式实时多任务操作系统，设有与计算机以及外部网络进行通讯的以太网接口，接收计算机和控制中心的命令，对系统进行控制，同时将系统的信息反馈给计算机和控制中心，通过485总线接口对数据交换层和执行控制层进行控制和监测；数据交换层为通讯单元，设有两路独立的485总线接口，用于集中控制层和执行控制层之间的数据信息交换；执行控制层为墨刀驱动单元，通过485总线和数据交换层通讯单元接收计算机以及集中控制层中央控制单元的控制信息，对机械执行部件位置进行精确控制，并实时反馈自身的工作状态；每块墨刀驱动板由若干驱动模块组成，墨刀驱动模块的处理器通过485总线驱动电路接收经过数据交换层通讯板传输的计算机以及中央控制单元的控制信息，对控制信息进行处理后，通过驱动电路驱动电机，电机带动墨区墨刀机械运动，实现墨区墨量控制。

集中控制层设有8路光隔离输入、输出接口，用于和印刷机其他系统进行联合控制；执行控制层的每个驱动模块拥有单独的控制器，控制一个墨区机械执行部件，同一块墨刀驱动板上所有驱动模块共用一组电源，采用减速电机带动机械执行部件运动，通过编码器信号检测电机转动轴的位置和方向，从而对机械执行部件进行精确定位。计算机和多层结构嵌入式控制系统之间只有网络线连接，多层结构嵌入式控制系统内部各控制层都采用总线方式连线，而且只有一对电源线和一对数据线。

本发明的优点及有益效果：

1、用控制计算机安装专有控制软件，可通过internet实现远程监控和诊断维护，可实现远程更新多层结构嵌入式系统各控制层程序。

2、系统可根据印刷机墨斗数量和墨区数量进行扩充组合，适合各种型号的印刷机。

3、可以联合印刷机其他控制系统达到印刷墨量供给过程精确控制的目的。

4、即使在计算机故障和网络故障的情况下依然能够保证印刷机墨量供给系统不丧失控制功能，为印刷机的正常工作提供最大限度的保证。

5、采用减速电机带动机械执行部件运动，通过通过编码器信号检测电机转动轴的位置和方向，从而对机械执行部件进行精确定位，定位精度达到1微米，最小位移微量达到1微米。和现有的电位计检测方式比较，编码器具有下列优点：可以实现参机械位移量很小的细分，从而提高检测和控制精度，可靠性更高，寿命更长，反馈回来的是数字信号，抗干扰能力更强。

6、计算机和多层结构嵌入式控制系统之间只有网络线连接，多层结构嵌入式控制系统内部各控制层都采用总线方式连线，而且只有一对电源线和一对数据线，系统组成连接简便，便于安装和维护。

本发明与本申请人已授权实用新型专利“印刷机墨色自动控制中的电子控制”相比，更有以下显著效果：

在先申请中：

中央主控CPU单元：处理器为8位51系列单片机，没有扩展外部程序和数据存储器，处理能力差，处理速度慢，和计算机通讯采用232接口，没有隔离输入输出接口，不能实现和其他系统联合控制功能。工作电源直接来自电箱，供电线路较长，容易受干扰，另外还有线路压降，这些都可能引起中央主控CPU单元不能正常工作。

墨刀驱动控制：一块墨刀驱动板只有一个墨刀驱动模块，只能驱动一个墨刀电机带动一个机械部件，而且霍尔传感器焊接在墨刀驱动板上，必须把墨刀驱动板和电机安装在一起，安装时还有严格的尺寸定位要求，对产品的组装有很严格的位置和尺寸限制。

中央主控CPU单元、通讯板和墨刀驱动板的控制程序不能实现远程更新和升级，要更新和升级只能到现场，并通过烧写工具完成。

本发明：

中央控制单元：处理器为32位ARM7或ARM9内核处理器，扩展外部程序和数据存储器，和计算机通讯采用以太网接口，提供隔离输入输出接口，方便实现和其他系统联合控制功能，输入24V电源，然后经过电源转换电路产生系统工作电源。

墨刀驱动控制：每块墨刀驱动板由若干驱动模块组成，每个驱动模块拥有单独的控制器，控制一个墨区机械执行部件，同一块墨刀驱动板上所有驱动模块共用一组电源。通过编码器信号检测电机转动轴的位置和方向，从而对机械执行部件进行精确定位，编码器和墨刀驱动板分离，安装灵活、方便。

中央控制单元、通讯板和墨刀驱动板的控制程序能实现远程更新和升级。

附图说明

图1是印刷机墨量供给控制系统框图；

图2是中央控制单元原理图；

图3是中央控制单元程序结构框图；

图4是通讯板和墨刀驱动板连接图；

图5是通讯板原理图；

图6是墨刀驱动板原理图；

图7是墨刀驱动模块原理图；

图8～11是墨刀驱动模块程序流程图；

图12是远程更新多层结构嵌入式系统各控制层程序流程图。

具体实施方式

参看图1，印刷机墨量供给控制系统电气控制系统采用专用控制计算机和多层结构嵌入式控制系统方式。专用控制计算机安装专有控制软件，通过internet实现远程监控和诊断维护，实现远程更新多层结构嵌入式系统各控制层程序。图12为远程更新多层结构嵌入式系统各控制层程序本地实现流程图。专用控制计算机和多层结构嵌入式系统之间采用以太网通讯，对多层结构嵌入式系统进行实时监测和控制，实现初始化、零点调节、墨区墨量调节、机械间隙补偿调节、状态查询、故障监测诊断、印刷墨量预置等功能。多层结构嵌入式控制系统由中央控制单元、通讯板和墨刀驱动板组成。

其中的中央控制单元(参看图2)为集中控制层，采用ARM7或ARM9内核处理器，和UCOSII嵌入式实时多任务操作系统，具有：和计算机以及外部网络进行通讯的以太网接口，接收计算机和控制中心的命令，对系统进行控制，同时将系统的信息反馈给计算机和控制中心，通过485总线接口对数据交换层和执行控制层进行控制和监测，独立的键盘输入、彩色液晶显示、数码管显示等人机交互功能使中央控制单元即使在计算机故障和网络故障的情况下依然能够保证印刷机墨量供给系统不丧失控制功能，为印刷机的正常工作提供最大限度的保证，8路光隔离输入、8路光隔离输出用于和印刷机其他系统进行联合控制。图3为中央控制单元程序结构框图。

参看图4通讯板和墨刀驱动板连接图以及图5通讯板原理图，通讯板为数据交换层，具有两路独立的485总线接口，实现集中控制层和执行控制层之间的数据信息交换，计算机以及中央控制单元的控制信息经过通讯板传输给墨刀驱动板，墨刀驱动板的工作状态也经过通讯板传输给计算机以及中央控制单元。墨刀驱动板为执行控制层，通过485总线和数据交换层通讯板接收计算机以及集中控制层中央控制单元的控制信息，对机械执行部件位置进行精确控制，并实时反馈自身的工作状态。根据印刷机墨斗的数量和每一个墨斗墨区数量可对系统进行灵活扩充和组合。

参看图6墨刀驱动板原理图，每块墨刀驱动板由若干驱动模块组成，每个驱动模块拥有单独的控制器，控制一个墨区机械执行部件，同一块墨刀驱动板上所有驱动模块共用一组电源。由于传输线路较长，会产生较大的电压降，为了保证电源的稳定，采用24V电源输入，经过稳压电路产生各功能所需电压。采用减速电机带动机械执行部件运动，通过编码器信号检测电机转动轴的位置和方向，从而对机械执行部件进行精确定位，定位精度达到1微米，实现印刷机墨量供给的精确控制。

参看图7墨刀驱动模块原理图，墨刀驱动模块采用处理器IC1，通过485总线驱动电路IC3接收经过数据交换层通讯板传输的计算机以及中央控制单元的控制信息，对控制信息进行处理后，通过驱动电路IC2驱动电机，电机带动墨区墨刀机械运动，实现墨区墨量控制。AIN为电机负载信号，对其进行AD转换后就可实时监测电机负载变化。MOTOR+和MOTOR-连接电机的两个电极，SIGNAL1和SIGNAL2为编码器信号。图8～图11为墨刀驱动模块程序流程图。

Claims (3)

1、印刷机墨量供给自动控制系统，其特征是设有含控制软件的计算机和包括集中控制层、数据交换层、执行控制层的多层结构嵌入式控制系统，其中

集中控制层为中央控制单元，采用ARM7或ARM9内核处理器和UCOSII嵌入式实时多任务操作系统，设有与计算机以及外部网络进行通讯的以太网接口，接收计算机和控制中心的命令，对系统进行控制，同时将系统的信息反馈给计算机和控制中心，通过485总线接口对数据交换层和执行控制层进行控制和监测；

数据交换层为通讯单元，设有两路独立的485总线接口，用于集中控制层和执行控制层之间的数据信息交换；

执行控制层为墨刀驱动单元，通过485总线和数据交换层通讯单元接收计算机以及集中控制层中央控制单元的控制信息，对机械执行部件位置进行精确控制，并实时反馈自身的工作状态；每块墨刀驱动板由若干驱动模块组成，墨刀驱动模块的处理器通过485总线驱动电路接收经过数据交换层通讯板传输的计算机以及中央控制单元的控制信息，对控制信息进行处理后，通过驱动电路驱动电机，电机带动墨区墨刀机械运动，实现墨区墨量控制。

2、根据权利要求1所述的印刷机墨量供给自动控制系统，其特征是：

集中控制层设有8路光隔离输入、输出接口，用于和印刷机其他系统进行联合控制；

执行控制层的每个驱动模块拥有单独的控制器，控制一个墨区机械执行部件，同一块墨刀驱动板上所有驱动模块共用一组电源，采用减速电机带动机械执行部件运动，通过编码器信号检测电机转动轴的位置和方向，从而对机械执行部件进行精确定位。

3、根据权利要求1或2所述的印刷机墨量供给自动控制系统，其特征是计算机和多层结构嵌入式控制系统之间只有网络线连接，多层结构嵌入式控制系统内部各控制层都采用总线方式连线，而且只有一对电源线和一对数据线。

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