CN106240145B - 基于单片fpga控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，用于解决现有多色柔版辊印刷机存在的经济性差的技术问题，包括人机界面、控制器和多色调压机构，其中控制器的处理器采用单片FPGA，人机界面、控制器和多色调压机构依次相连；多色调压机构包括多个单色调压机构，每个单色调压机构包括四个伺服电机驱动器、四个伺服电机、版辊、墨辊和压印辊；控制器根据人机界面指令控制所有的伺服电机驱动器，伺服电机驱动器控制伺服电机驱动版辊和墨辊的移动，实现对版辊与压印辊之间的印刷压力和版辊与墨辊之间的着墨压力的调节。本发明具有结构简单和价格低廉的优点，可用于多色柔版辊印刷机领域。
Description
技术领域
本发明属于印刷机械控制技术领域，涉及一种多色柔版辊印刷机自动调压系统，具体设计一种基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，可用于多色柔版辊印刷机领域。
背景技术
柔性版印刷是一种直接轮转印刷方法，使用具有弹性的凸起图像印版，印版可粘固在可变重复长度的印版滚筒上，印版有一根雕刻了着墨孔的金属墨辊施墨网纹传墨辊，由另一根墨辊或刮墨刀控制输墨量，可将液体和脂状油墨转印到承印材料上。近十几年来，柔性版印刷在世界范围内有较大的发展，印刷工艺也日趋成熟，适用范围越来越广泛，是一种几乎可以应用于任何承印物的印刷方式。其中在包装产品上的应用包括软包装的印刷、瓦楞纸箱的印刷、不干胶标签的印刷、折叠纸盒的印刷和纸质手提袋及多层复合袋的印刷，在其他方面包括信封的印刷、报纸的印刷、建筑装饰材料的印刷和教科书的印刷等。柔性版印刷设备通常采用卷筒型材料，可进行双面和多色印刷。一般机组是窄幅柔印机印刷速度可达150m/min，卫星式宽幅柔印机印刷速度可达350m/min，凹印仅为90～130m/min。特别是柔印机可与上光、烫金、压痕、模切等印后加工设备相连接，形成印后加工连接化生产线，设备综合加工能力强。因此，生产周期比其他印刷工艺短，节省后道工序的用工，避免了工序之间周转的浪费，实现了高速多色印刷，而在平版胶印中往往要使用更多的人员和多台设备用三四个工序才能完成相同的活件。
印刷机的调压直接影响着印刷是否达标，印刷机的压力包括版辊与墨辊之间的着墨压力以及版辊与压印辊之间的印刷压力；压力过小，图文转移不完整，引出来的图文发虚、不清晰锐利；压力过大，则使得油墨转移量过多，使印刷品图文失真，印刷色调不准。同时，压力使用不当，容易出现一系列的印刷故障，如“网点变形”、“花版”、“墨杠”等，同时还会使印刷辊筒产生不必要的应力和变形，缩短设备的使用寿命。
印刷机的调压系统实质上是通过调节版辊和墨辊的位移来实现调压的，在印刷过程中每一色都有其对应的版辊与墨辊，在调压过程中需要对其进行精密的位移控制，传统的印刷机调压是通过手动调节来实现的，通过读取刻度盘与指针信息手动调节版辊和墨辊的位置来达到调压的效果，但合适的压力通常由工人的经验来进行判断，效率与质量均不高。随着技术的发展，自动化程度的提高，现在较先进的多色柔版辊印刷机中的调压系统所选用的控制器包括主控制器和从控制器(运动控制器)，主控制器用于控制多个从控制器并实现与人机界面信息的交互，从控制器用于调压中位移的控制以及与主控制器信息的交互；目前主控制器和从控制器的处理器一般均采用PLC，其他处理器也有一些应用，如主控制器采用PC作为处理器，从控制器采用DSP加FPGA作为处理器。然而无论是哪一种类型的控制器随着印刷机色数的增加，价格均会非常昂贵，这就使得印刷机的生产成本较高，经济性差。
如中国专利申请，授权公告号为CN 101714846B，名称为“卫星式柔版辊印刷机的自动伺服调压方法及装置”的发明专利，公开了一种卫星式柔版辊印刷机的自动伺服调压方法和装置，其中调压方法包括快速进位和快速退位、防挤版辊、根据版辊周长的自动定位、根据不同印刷速度的自动调压、自动配方、断电记忆；调压装置：主PLC控制器与电源模块和人机界面连接，主PLC控制器与若干组伺服电机的双电机驱动模块连接，各个双电机驱动模块依次通过伺服轴、伺服电机再与各自的版辊座连接，主PLC控制器的内部包括主模块与若干组六轴驱动控制模块，主模块与各组六轴驱动控制模块通过DP总线连接，各组六轴驱动控制模块分别通过DRIVER QLIQ电缆线与电源模块连接。其有较好的自动化程度，以及较好的稳定性。但是该装置存在的不足之处是：该装置主PLC控制器的主模块和若干组六轴驱动控制模块的处理器均为PLC，随着卫星式印刷机色彩数目的增加，主控制器的价格会变得非常昂贵，经济性差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，用于解决现有多色柔版辊印刷机调压系统中存在的经济性差的技术问题。
本发明的技术思路是，控制器的处理器采用单片FPGA，根据人机界面指令控制不同的伺服电机驱动器，伺服电机驱动器控制伺服电机驱动版辊和墨辊的移动，实现了对版辊和墨辊位移的闭环控制，进而实现了对着墨压力和印刷压力的调节。
根据上述技术思路，实现本发明目的采取的技术方案为：
一种基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，包括人机界面1、控制器2和多色调压机构，多色调压机构包括多个单色调压机构，每个单色调压机构包括四个伺服电机驱动器3、四个伺服电机4、版辊5、墨辊6和压印辊7；人机界面1与控制器2相连，该控制器2通过伺服电机驱动器3控制伺服电机4，驱动版辊5和墨辊6移动，用以调节版辊5与墨辊6之间的着墨压力和版辊5与压印辊7之间的印刷压力；控制器2的处理器，采用单片FPGA。
上述的基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，控制器2，包括相互连接的FPGA控制模块21和外围电路模块22。
上述的基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，FPGA控制模块21，包括通讯模块211、指令解析模块212、调压闭环运算模块213、控制电机驱动器模块214、存储器驱动模块215和编码器计数模块216，通讯模块211，用于实现FPGA控制模块21通讯所用的通讯协议；指令解析模块212，用于解析人机界面指令；调压闭环运算模块213，用于计算版辊5和墨辊6两端理论调压位移值与实际调压位移值的差值，并通过差值计算实际调压位移值的补偿量；控制电机驱动器模块214，用于产生调压位移的控制信号；存储器驱动模块215，用于实现存储器的驱动；编码器计数模块216，用于计算实际调压位移值。
上述的基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，外围电路模块22，包括晶体振荡器221、程序配置模块222、通讯接口模块223、存储器模块224、高速光耦隔离输出模块225和高速光耦隔离输入模块226，晶体振荡器221，用于产生稳定的时钟信号；程序配置模块222，用于提供程序配置的电路；存储器模块224，用于信息的存储；高速光耦隔离输出模块225和高速光耦隔离输入模块226，用于实现信号的转换。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明由于控制器的处理器采用单片FPGA，利用其固有的多个高速I/O接口，通过外围电路模块与伺服电机驱动器以及人机界面相连接，实现了对版辊和墨辊位移的闭环控制，进而实现了对着墨压力和印刷压力的调节，降低了控制器的成本且简化了结构，与现有技术相比，有效地提高了经济性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的控制器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
参照图1，本发明包括人机界面1、控制器2和多色调压机构；其中，
人机界面1，采用HMI，包含有数据输入界面、指令发送界面和数据显示界面，用于进行人机交互。
控制器2，其结构如图2所示，采用单片FPGA作为处理器，利用其丰富的I/O接口资源，实现对调压系统的控制，在本实施例中采用的FPGA包括290个I/O口、4620个逻辑数组块、8个收发器和73920个逻辑元件，总内存为4158kbit，最大工作频率为200MHz，数据速率为3.125Gbps。
多色调压机构包括多个单色调压机构，每个单色调压机构包括四个伺服电机驱动器3、四个伺服电机4、版辊5、墨辊6和压印辊7，用于单色的调压，版辊5、墨辊6和压印辊7通过各自的辊筒底座安装在单色调压机构上，且该三个辊筒的轴心方向相互平行，版辊5和墨辊6，用于油墨的传递，压印辊7，用于放置承印物，在工作过程中，版辊5与墨辊6的辊面相互接触形成着墨压力，版辊5与压印辊7的辊面接触形成印刷压力；伺服电机驱动器3，采用交流伺服电机驱动器，与对应伺服电机4形成电连接，控制伺服电机4驱动版辊5和墨辊6移动，用以调节印刷压力和着墨压力；伺服电机4，采用自带编码器的交流伺服电机，用于提供本调压系统的驱动力并实现对伺服电机4转动量的测量与发送，其通过传动装置与版辊5和墨辊6两端的辊筒底座相连，在本实施例中采用带增量式编码器的交流伺服电机。
人机界面1、控制器2和多色调压机构依次相连，控制器2与多色调压机构中的所有伺服电机驱动器3形成电连接。
在本实施例中，该调压系统控制的是十色的柔版辊印刷机的调压，若初次使用或遇到故障重新上电使用该调压系统，需根据实际情况在人机界面1上输入信息，该人机界面指令信息包括各色彩版辊5和墨辊6所需的位移量以及对应版辊5的半径参数信息，控制器2解析该信息，并控制多色调压机构进行调压，若结果不满足调压要求，重复上述操作，直至满足调压要求为止，控制器2将最终的各色彩的版辊5和墨辊6的位移信息以及对应的版辊5的半径参数信息进行存储；若为正常使用即既不是初次使用也不是遇到故障重新上电使用的情况下，控制器2，接收并解析人机界面1发送的人机界面指令信息，该信息包括当前各色彩的版辊5的半径参数信息，通过程序读取控制器2存储的以前的版辊5和墨辊6两端的位移信息以及其对应的版辊5的半径参数信息，运算出当前各色彩的版辊5和墨辊6两端所需要的位移量，并将运算出的当前各色彩的版辊5和墨辊6两端所需要的位移量设置为理论调压位移值，控制器2通过并行方式控制不同的伺服电机驱动器3，伺服电机驱动器3控制伺服电机4驱动版辊5和墨辊6的移动，控制器2通过伺服电机驱动器3读取伺服电机4上的编码器采集的位移信息，运算出实际调压位移值并通过程序计算各色彩的版辊5和墨辊6的实际调压位移值与理论调压位移值的差值，若差值不满足要求，则说明调压并不精确则通过程序继续并行控制伺服电机驱动器3驱动伺服电机4转动，直至实际调压位移值满足要求，实现了对调压的闭环控制，最后将各色彩版辊5和墨辊6的位移信息以及对应版辊5的半径参数信息进行存储。
参照图2，控制器2包括FPGA控制模块21和外围电路模块22，用于控制调压系统；其中，
FPGA控制模块21，包括通讯模块211、指令解析模块212、调压闭环运算模块213、控制电机驱动器模块214、存储器驱动模块215和编码器计数模块216，通讯模块211，用于对控制器2与人机界面1之间通讯的FPGA程序进行配置，也就是通过FPGA程序实现通讯协议；指令解析模块212，用于解析人机界面1发送到控制器2上的人机界面指令信息；调压闭环运算模块213，用于计算各色彩版辊5和墨辊6两端的理论调压位移值与实际调压位移值的差值，并通过差值计算实际调压位移值的补偿量；控制电机驱动器模块214，用于产生调压位移的控制信号，该控制信号指的是控制伺服电机驱动器3的信号，且设置同时并行控制同一个版辊5或墨辊6所对应的两个伺服电机驱动器3，在本实施例中共有十色的伺服电机驱动器3需要控制，而每一色的调压需要控制四个伺服电机驱动器3，所以该模块控制四十个伺服电机驱动器3；存储器驱动模块215，用于驱动存储器；编码器计数模块216，通过处理各伺服电机驱动器3读取的对应伺服电机4的编码器采集的位移信息，计算出各色彩版辊5和墨辊6两端的实际位移值。
外围电路模块22包括晶体振荡器221、程序配置模块222、通讯接口模块223、存储器模块224、高速光耦隔离输出模块225和高速光耦隔离输入模块226，该六个模块分别与FPGA控制模块21相连，晶体振荡器221，用于提供FPGA控制模块21工作的时钟信号，在本实施例中采用50MHz晶体振荡器；程序配置模块222，用于提供程序配置的电路，在本实施例中采用AS模式进行配置，所用串行配置器件型号为EPCS64；通讯接口模块223，用于提供通讯接口，实现FPGA控制模块21与人机界面1之间的连接，在本实施例中采用RS-485接口模块，其芯片电路型号为SN75LBC184；存储器模块224，采用SD模块作为存储器，用于存储版辊5与墨辊6的位移信息以及对应版辊5的参数信息；高速光耦隔离输出模块225，包括若干个TLP250芯片电路，用于将FPGA控制模块21输出信号转换成伺服电机驱动器3所需要的输入信号；高速光耦隔离输入模块226，包括若干个AM26LS32芯片电路和若干个滤波整形电路，用于将伺服电机驱动器3输出信号转换成FPGA控制模块21所需要的输入信号。
以上描述和实施例，仅为本发明的优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和设计原理后，都可能在基于本发明的原理和结构的情况下，进行形式上和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，包括人机界面(1)、控制器(2)和多色调压机构，所述多色调压机构包括多个单色调压机构，每个单色调压机构包括四个伺服电机驱动器(3)、四个伺服电机(4)、版辊(5)、墨辊(6)和压印辊(7)；所述人机界面(1)与控制器(2)相连，该控制器(2)通过伺服电机驱动器(3)控制伺服电机(4)，驱动版辊(5)和墨辊(6)移动，用以调节版辊(5)与墨辊(6)之间的着墨压力和版辊(5)与压印辊(7)之间的印刷压力；其特征在于，所述控制器(2)的处理器，采用单片FPGA，所述控制器(2)，包括相互连接的FPGA控制模块(21)和外围电路模块(22)，所述FPGA控制模块(21)，包括通讯模块(211)、指令解析模块(212)、调压闭环运算模块(213)、控制电机驱动器模块(214)、存储器驱动模块(215)和编码器计数模块(216)，所述通讯模块(211)，用于实现FPGA控制模块(21)通讯所用的通讯协议；所述指令解析模块(212)，用于解析人机界面指令；所述调压闭环运算模块(213)，用于计算版辊(5)和墨辊(6)两端理论调压位移值与实际调压位移值的差值，并通过差值计算实际调压位移值的补偿量；所述控制电机驱动器模块(214)，用于产生调压位移的控制信号；所述存储器驱动模块(215)，用于实现存储器的驱动；所述编码器计数模块(216)，用于计算实际调压位移值。
2.根据权利要求1所述的基于单片FPGA控制的多色柔版辊印刷机自动调压系统，其特征在于，所述外围电路模块(22)，包括晶体振荡器(221)、程序配置模块(222)、通讯接口模块(223)、存储器模块(224)、高速光耦隔离输出模块(225)和高速光耦隔离输入模块(226)，所述晶体振荡器(221)，用于产生稳定的时钟信号；所述程序配置模块(222)，用于提供程序配置的电路；所述存储器模块(224)，用于信息的存储；所述高速光耦隔离输出模块(225)和高速光耦隔离输入模块(226)，用于实现信号的转换。
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