CN106476414A - 基于can总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，用于解决现有多色柔版辊印刷机中存在的调压实时性的技术问题，包括人机界面、控制器和与其连接的多色调压机构，控制器采用FPGA；多色调压机构包含多个单色调压机构和一个或多个压印辊，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、版辊和墨辊；人机界面与多个控制器通过CAN总线连接，人机界面通过CAN总线传递信息到各控制器，各控制器控制对应的多色调压机构的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。本发明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的自动调压系统，具体设计一种基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，可用于多色柔版辊印刷机领域。
背景技术
柔版印刷机使用流动性较强的流体油墨，油墨由墨辊和网纹辊传到印版的图文部分并使其着墨，然后由压印辊和版辊之间施以压力，将印版上的油墨转移到承印物上，最后经过干燥装置完成印刷过程。
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，在多色的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是通过控制器来控制伺服电机系统进而实现调压的。其中控制器包括主控器和从控制器(运动控制器)，主控制器与从控制器通过PROFIBUS-DP总线的方式进行连接，主控制器需要通过依次寻址将信息发送给对应的从控制器，从控制器控制伺服电机移动，同时伺服电机编码器采集的位移信息通过总线回馈给主控制器，现在市面上主控制器和从控制器的处理器大部分均采用PLC。然而主控制器通过总线方式与多个从控制器连接，使得主控制器与多个从控制器的通讯周期较长，存在灵活性较差、数据传输安全性较弱，调压实时性较低等缺点。如授权公告号为CN 101714846 B，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：主PLC控制器中主模块和若干组六轴驱动控制模块的处理器均采用PLC，且主模块与若干组六轴驱动控制模块通过DP总线连接，连接端口多，并且任一个端口出现连接错误都会导致系统停止运转；在运行过程中主模块需要通过寻址方式对各个六轴驱动控制模块进行控制，这种主从轮询及令牌传递方式应答机制繁琐，并且每个数据帧长度较长，以及对于每个需控制器件不同的实时性不能够灵活处理，这些因素直接导致无效占用总线时间较长，导致了系统实时性较差；并且控制器的接入或者舍弃，会影响其他控制器的正常运转，不能够灵活的实现多色调压机构数量的调整。
CAN总线是控制器局域网络的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议。最初由汽车工业公司开发，CAN总线控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权，采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以通讯数据进行编码，这可使不同的节点间同时收到相同的数据。CAN总线通过CAN收发器接口芯片的两个输出端CANL和CANH与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮态，CANL端的状态只能是低电平或悬浮态，这就保证不会出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在出现严重错误的情况下具有自动关闭输出功能，CAN总线突出的可靠性、实时性和灵活性已被认同，并被广泛的应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。因此将CAN总线应用于柔版辊印刷机的自动调压系统成为可能。
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CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，用于解决现有调压系统中存在的调压实时性的技术问题。
本发明的技术思路是，人机界面和多个控制器之间通过CAN总线连接，控制器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CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，包括人机界面、控制器和与其连接的多色调压机构，所述控制器为多个，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伺服电机驱动器、伺服电机、版辊和墨辊；所述控制器通过伺服电机驱动器控制伺服电机，驱动版辊和墨辊的移动，用于调节版辊和墨辊之间的着墨压力及版辊和压印辊之间的印刷压力；所述人机界面和多个控制器之间通过CAN总线连接，用于实现人机界面与不同控制器之间及多个控制器之间快速稳定的信息交互。
上述基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，所述控制器，包括相互连接的控制器控制模块和控制器外围电路模块。
上述基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，所述控制器控制模块，包括交互模块、调压闭环运算模块、控制电机驱动器模块和编码器计数模块，所述交互模块，用于人机界面与不同控制器之间及多个控制器之间信息交流的控制器控制模块通讯所用的通讯协议；所述调压闭环运算模块，用于计算版辊和墨辊实际调压位移值的补偿量；所述控制电机驱动器模块，用于产生调压位移的控制信号；所述编码器计数模块，用于计算实际调压位移值。
上述基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，所述控制器外围电路模块，包括晶体振荡器模块、程序配置模块、高速光耦隔离输出模块、高速光耦隔离输入模块和通讯接口模块，所述晶体振荡器模块，用于产生控制器控制模块所需的稳定的时钟信号；所述程序配置模块，用于提供控制器控制模块电路的程序配置；所述高速光耦隔离输出模块和高速光耦隔离输入模块，用于实现电平的转换和光电隔离；所述通讯接口模块，用于提供控制器控制模块所需的通讯接口。
上述基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，所述多色调压机构，还包括多个压印辊，且压印辊的数量与单色调压机构的数量相等。
上述基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，所述多色调压机构，还包括压印辊。
上述基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，所述单色调压机构，包括四个伺服电机驱动器和四个伺服电机。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明由于人机界面和多个控制器之间通过CAN总线连接，在调压过程中，人机界面的指令信息能够实时快速稳定地传输给控制器，同时伺服电机编码器采集的位移信息能够通过总线实时快速稳定回馈给人机界面，保证了总线上数据无差别、快捷地传输，与现有技术相比，有效地提高了调压系统的实时性；而且控制器的接入或者舍弃，不影响其他控制器的正常运转，能够灵活的实现多色调压机构数量的调整。
附图说明
图1为本发明实施例1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。
实施例1，本实施例的多色调压机构4为机组式的，每个多色调压机构4包括八个单色调压机构41。
参照图1，本发明包括人机界面1、控制器2、CAN总线3和多个多色调压机构4；其中，
人机界面1，采用HMI，包括数据输入界面、指令发送界面和数据显示界面，用于进行人机交互，HMI采用威纶通公司的cMT3151,内含CAN BUS支持CANopen协议，内置4GB存储内存，支持SD卡扩充存储容量。
本实施例中控制器2的数量为两个，每个控制器2依次通过linear公司的CAN收发器LTC2875MPS8、两个光耦器件6N137及CAN控制器SJA1000和CAN总线3相连，通过由总线传递信息的方式来获得人机界面1的信息。
本实施例中多色调压机构4的数量为两个，每个多色调压机构4包括多个单色调压机构41，每个单色调压机构41包括四个伺服电机驱动器411、四个伺服电机412、一个版辊413、一个墨辊414和一个压印辊415，用于单色的调压，版辊413、墨辊414和压印辊415通过各自的辊筒底座安装在单色调压机构41上，且该三个辊筒的轴心相互平行，版辊413和墨辊414，用于油墨的传递，压印辊415，用于放置承印物，在工作过程中，版辊413与墨辊414的辊面相互接触形成着墨压力，版辊413与压印辊415的辊面接触形成印刷压力；伺服电机驱动器411，采用交流伺服电机驱动器，与对应伺服电机412形成电连接，实现对伺服电机412的控制，不同的伺服电机驱动器411控制其对应的伺服电机412驱动版辊413和墨辊414，用以调节印刷压力和着墨压力；伺服电机412，采用带编码器的交流伺服电机，通过传动装置与版辊413和墨辊414两端的辊筒底座相连，用于提供本调压系统的驱动力并实现对伺服电机转动量的测量与发送，在本实施例中采用带绝对式编码器的交流伺服电机。
人机界面1、控制器2与CAN总线3依次相连，控制器2通过CAN总线3的连接，实现了与人机界面1的信息交互；一个控制器2与一个多色调压机构4相连，该连接实质上为控制器2与对应的多色调压机构4的全部伺服电机驱动器411相连接，实现了对一个多色调压机构4的控制。
本发明的工作原理为，若初次使用或遇到故障重新上电时，可根据实际情况在人机界面1上输入包括各色彩的版辊413和墨辊414所需的位移量以及对应版辊413的半径参数信息，经CAN总线3传递这些信息，控制两个控制器2，每个控制器2控制伺服电机驱动器411驱动伺服电机412，伺服电机412通过传动装置驱动版辊413和墨辊414移动来进行调压，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将各色彩的版辊413和墨辊414两端的位移信息回馈给人机界面1，人机界面1对各色彩版辊413和墨辊414的位移信息以及对应版辊413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时，人机界面1将以前存储的版辊413和墨辊414两端的位移信息以及其对应版辊414的半径参数信息通过CAN总线3传输给两个控制器2，控制器2接收并解析人机界面1发送的信息，并运算出当前各色彩的版辊413和墨辊414两端所需要的位移量并设置为理论调压位移值，各控制器2并行控制伺服电机驱动器411驱动伺服电机412，伺服电机412通过传动装置驱动版辊413和墨辊414移动，控制器2通过伺服电机驱动器411读取伺服电机412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413和墨辊414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，则控制器2通过程序继续并行控制伺服电机驱动器411驱动伺服电机412转动，直至满足要求，实现了对调压的闭环控制，控制器2将各色彩版辊413和墨辊414的位移信息发送给人机界面1，人机界面1对该信息以及其对应版辊413的半径参数信息进行存储。
参照图2，控制器2包括控制器控制模块21和控制器外围电路模块22，本实施例中，控制器2采用Altera公司cyclone系列的EP4CGX150DF31I7Ab，其逻辑资源为508个I/O接口、149760个逻辑数组块，总内存为6635520bit。
控制器控制模块21包括交互模块211、调压闭环运算模块212、控制电机驱动器模块213和编码器计数模块214。交互模块211，用于通过程序实现人机界面1与不同控制器2之间及多个控制器2之间信息交流的控制器控制模块21通讯所用的通讯协议，该交流的信息包括各色彩的版辊413和墨辊414的位移信息；调压闭环运算模块212，用于计算各色彩版辊413和墨辊414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，在本实施例中通过程序设置一个标差值，若差值大于标差值则计算出补偿量，若差值小于标差值则补偿量设置为零；控制电机驱动器模块213，用于控制伺服电机驱动器411，且设置同时并行控制同一个版辊413或墨辊414所对应的两个伺服电机驱动器411，在本实施例中一个控制器2控制三十二个伺服电机驱动器411；编码器计数模块214，用于处理通过各伺服电机驱动器411读取的伺服电机412的编码器采集的位移信息，计算出各色彩版辊413和墨辊414两端的实际位移值。
控制器外围电路模块22包括晶体振荡器模块221、程序配置模块222、高速光耦隔离输出模块223、高速光耦隔离输入模块224和通讯接口模块225，该五个模块均与控制器控制模块21电连接。晶体振荡器模块221，采用50MHz晶体振荡器，用于提供FPGA控制模块21工作的时钟信号；程序配置模块222，用于提供对控制器控制模块21进行电路的程序配置；高速光耦隔离输出模块223，包括若干个TLP250芯片电路，用于将控制器输出信号转换成伺服电机驱动器411所需的输入信号；高速光耦隔离输入模块224，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411输出信号转换成控制器2所需的输入信号；通讯接口模块225，采用CAN通讯电路，通过屏蔽双绞线与CAN总线3相连。
实施例2，本实施例的多色调压机构4为卫星式的。本实施例的其他结构与实施例1相同，仅对压印辊415的数量及与版辊413和墨辊414的安装方式做了调整。
本实施例中，多色调压机构4包含有一个压印辊415，其安装方式为，压印辊415周围安装有八根版辊413及与版辊413一一对应的墨辊414，版辊413和墨辊414通过各自的辊筒底座安装在单色调压机构41上，且该三个辊筒的轴心相互平行，压印辊415的直径等于各版辊413的整数倍数，且从横刨面上看，各个版辊413的位置均匀的分布在压印辊415的圆周上。
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 (7)
1.一种基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，包括人机界面(1)、控制器(2)和与其连接的多色调压机构(4)，所述控制器(2)为多个，所述多色调压机构(4)包括多个单色调压机构(41)，每个单色调压机构(41)包括伺服电机驱动器(411)、伺服电机(412)、版辊(413)和墨辊(414)；所述控制器(2)通过伺服电机驱动器(411)控制伺服电机(412)，驱动版辊(413)和墨辊(414)的移动，用于调节版辊(413)和墨辊(414)之间的着墨压力及版辊(413)和压印辊(415)之间的印刷压力；其特征在于，所述人机界面(1)和多个控制器(2)之间通过CAN总线(3)连接，用于实现人机界面(1)与不同控制器(2)之间及多个控制器(2)之间快速稳定的信息交互。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多色柔版印刷机的自动调压系统，其特征在于，所述控制器(2)，包括相互连接的控制器控制模块(21)和控制器外围电路模块(22)。
3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，其特征在于，所述控制器控制模块(21)，包括交互模块(211)、调压闭环运算模块(212)、控制电机驱动器模块(213)和编码器计数模块(214)，所述交互模块(211)，用于人机界面(1)与不同控制器(2)之间及多个控制器(2)之间信息交流的控制器控制模块(21)通讯所用的通讯协议；所述调压闭环运算模块(212)，用于计算版辊(413)和墨辊(414)实际调压位移值的补偿量；所述控制电机驱动器模块(213)，用于产生调压位移的控制信号；所述编码器计数模块(214)，用于计算实际调压位移值。
4.根据权利要求2所述的基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，其特征在于，所述控制器外围电路模块(22)，包括晶体振荡器模块(221)、程序配置模块(222)、高速光耦隔离输出模块(223)、高速光耦隔离输入模块(224)和通讯接口模块(225)，所述晶体振荡器模块(221)，用于产生控制器控制模块(21)所需的稳定的时钟信号；所述程序配置模块(222)，用于提供控制器控制模块(21)电路的程序配置；所述高速光耦隔离输出模块(223)和高速光耦隔离输入模块(224)，用于实现电平的转换和光电隔离；所述通讯接口模块(225)，用于提供控制器控制模块(21)所需的通讯接口。
5.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，其特征在于，所述多色调压机构(4)，还包括多个压印辊(415)，且压印辊(415)的数量与单色调压机构(41)的数量相等。
6.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，其特征在于，所述多色调压机构(4)，还包括压印辊(415)。
7.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多色柔版辊印刷机的自动调压系统，其特征在于，所述单色调压机构(41)，包括四个伺服电机驱动器(411)和四个伺服电机(412)。
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