墨色控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬英

摘 要：在以往印刷過(guò)程中，印刷機(jī)墨量控制主要是靠人工完成。基于墨量控制較難的現(xiàn)狀，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的思想，我們提出了印刷機(jī)的墨色控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用先進(jìn)的信息采樣和數(shù)據(jù)處理方式，通過(guò)改變墨刀與轉(zhuǎn)動(dòng)的墨斗錕之間的間隙大小達(dá)到精確控制墨量的目的，為印刷機(jī)提供了集中和自動(dòng)化的墨色管理。

關(guān)鍵詞：嵌入式；墨色控制系統(tǒng)

1 墨色調(diào)整原理

墨色控制系統(tǒng)是針對(duì)以往印刷機(jī)直接循環(huán)供墨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的墨色預(yù)置、墨量控制系統(tǒng)。采用先進(jìn)的信息采樣和數(shù)據(jù)處理方式，通過(guò)改變墨刀與轉(zhuǎn)動(dòng)的墨斗錕之間的間隙大小達(dá)到精確控制墨量的目的，為印刷機(jī)提供了集中和自動(dòng)化的墨色管理。

2 墨色控制原理

墨色控制系統(tǒng)是一套建立在CIP3標(biāo)準(zhǔn)上的為印刷機(jī)配套的精確數(shù)字化墨色控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將每個(gè)墨輥分為若干個(gè)等份，對(duì)應(yīng)著若干個(gè)控制墨刀，每個(gè)墨刀由一個(gè)電機(jī)控制，通過(guò)改變墨刀與轉(zhuǎn)動(dòng)的墨輥之間間隙得大小來(lái)達(dá)到精確控制墨量的目的。每個(gè)電機(jī)由一個(gè)微處理器來(lái)驅(qū)動(dòng)，微處理器負(fù)責(zé)將中央主控臺(tái)和電機(jī)控制按鍵送來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)推動(dòng)墨刀前進(jìn)或后退。

3 調(diào)色總體方案設(shè)計(jì)

墨色控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。上位機(jī)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷文件的處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示等人機(jī)交互功能；下位機(jī)主要完成設(shè)備功能控制，電機(jī)位置檢測(cè)、電機(jī)狀態(tài)收集以及與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換功能。由于墨色控制系統(tǒng)的安裝空間有限，所以對(duì)產(chǎn)品的體積設(shè)計(jì)又提出了一個(gè)更高的要求，所以由于時(shí)間和篇幅的原因本論文針對(duì)墨色控制系統(tǒng)的下位機(jī)部分進(jìn)行具體討論。

根據(jù)墨色控制系統(tǒng)的功能要求，墨色控制系統(tǒng)的下位機(jī)采用分離式控制方式。整個(gè)控制系統(tǒng)分為2級(jí)結(jié)構(gòu)：

第一級(jí)為信息轉(zhuǎn)發(fā)主控制單元，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，控制臺(tái)操作對(duì)下一級(jí)單元的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。由于上位機(jī)用戶界面對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高，但又考慮到數(shù)據(jù)量交互比較大的特點(diǎn)，第一級(jí)主控制單元與上位機(jī)之間考慮使用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

第二級(jí)為各個(gè)執(zhí)行部分的數(shù)據(jù)分發(fā)節(jié)點(diǎn)，即具體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置控制。這部分設(shè)計(jì)主要從生產(chǎn)成本和安裝尺寸兩方面考慮。本產(chǎn)品主要針對(duì)四色印刷機(jī)設(shè)計(jì)，每個(gè)色組單元設(shè)計(jì)32個(gè)墨色控制單元，所以整套產(chǎn)品需要制作128個(gè)電機(jī)以及控制單元。控制單元根據(jù)安裝尺寸考慮采用微動(dòng)直流電機(jī)，位置采集部分常見有編碼采集和模擬量采集兩種元件，從成本和控制板的設(shè)計(jì)尺寸考慮采用模擬量采集方式，采集芯片使用ADI7171。該部分設(shè)計(jì)完成后整體安裝尺寸需要滿足30mm*40mm。通訊方式仍然采用工業(yè)級(jí)485通訊，通訊協(xié)議使用工業(yè)控制中常用的MODBUS協(xié)議。

其原理為通過(guò)主控制單元（ARM內(nèi)核的控制芯片）結(jié)合μCOS-II操作系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)通訊的功能，使用MODBUS協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)主控單元與其他執(zhí)行單元之間通訊的功能。使用這種分散式的組織結(jié)構(gòu)可以很好的滿足印刷機(jī)色組分離的結(jié)構(gòu)，而且對(duì)于設(shè)備程序組織設(shè)計(jì)以及后續(xù)的產(chǎn)品升級(jí)提供了更大的空間。

本文的主要工作包括：⑴研究嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II在彩色印刷機(jī)上的應(yīng)用，分析了μC/OS-II的任務(wù)管理，中斷管理，任務(wù)間通訊，內(nèi)存管理等模塊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了μC/OS-II在ARM LPC2378上的移植，分析了LPC2378的中斷處理機(jī)制和μC/OS-II下中斷處理程序的編寫規(guī)則，為開發(fā)高速印刷機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)定的軟件平臺(tái)。⑵通過(guò)ARM的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的分析，確定其作為墨色控制系統(tǒng)的主控制單元，而各級(jí)執(zhí)行部分的數(shù)據(jù)分發(fā)節(jié)點(diǎn)通過(guò)與ARM的通訊，來(lái)控制印刷機(jī)油墨。再次，是對(duì)ARM外圍進(jìn)行設(shè)計(jì)。⑶用32位ARM RISC處理器代替8位單片機(jī)做系統(tǒng)控制核心，提高系統(tǒng)的處理能力，提供更加友好的人機(jī)界面，使操作更加直觀。⑷利用485總線構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，由下位機(jī)實(shí)時(shí)控制各電機(jī)完成主軸驅(qū)動(dòng)和墨色控制功能，取消套色誤差修正輥，實(shí)現(xiàn)套色誤差調(diào)整和墨色的全自動(dòng)化，設(shè)計(jì)了用于同步的總線高層協(xié)議。⑸完成了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)調(diào)試工作。

4 總結(jié)

嵌入式系統(tǒng)具有可移植性、可固化性、可裁剪性、確定性、穩(wěn)定性和可靠性等特點(diǎn)，符合工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)可靠性、靈活性和實(shí)時(shí)性有較高要求。墨色控制系統(tǒng)在實(shí)際的印刷機(jī)制造企業(yè)以及印刷企業(yè)中的應(yīng)用并不廣泛，其中大部分的產(chǎn)品仍然使用循環(huán)供墨的系統(tǒng)，無(wú)法滿足不同印品對(duì)墨量的需求。本論文是將嵌入式系統(tǒng)引入到墨色控制系統(tǒng)的一次實(shí)際研究。本文通過(guò)一個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程分析，討論了墨色控制系統(tǒng)下位機(jī)控制單元的芯片選型以及軟件設(shè)計(jì)的方法。該系統(tǒng)將每個(gè)墨輥分為若干個(gè)等份，對(duì)應(yīng)著若干個(gè)控制墨刀，每個(gè)墨刀由一個(gè)電機(jī)控制，通過(guò)改變墨刀與轉(zhuǎn)動(dòng)的墨輥之間間隙得大小來(lái)達(dá)到精確控制墨量的目的。每個(gè)電機(jī)由一個(gè)微處理器來(lái)驅(qū)動(dòng)，微處理器負(fù)責(zé)將中央主控臺(tái)和電機(jī)控制按鍵送來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)推動(dòng)墨刀前進(jìn)或后退。最終實(shí)現(xiàn)墨色預(yù)置與墨量控制的功能。

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