凹版印刷机智能控制系统设计

凹版印刷机智能控制系统设计

近年来，随着包装行业的迅猛进展，凹版印刷因其具有的印品质感优良、层次丰富、承印幅面宽、承印材料广泛等相比于其他印刷方式的独特优势，在国内外市场上的应用不断增加，并且向着多功能、多色组的连线加工方向进展，其印刷速度已经到达300m/min乃至更高。作为凹版印刷的核心工艺流程之一，各印刷色组的色间枯燥是指在印品进入下一印刷色组之前，前一印刷色组的墨层尽可能完全枯燥及固化。枯燥效果不佳会导致墨色叠印或堵版，而过度的枯燥也会直接影响到印品质量。适度、快速的枯燥在保证了印品质量的同时，既可以使得印刷过程中产生的毒害物质尽可能少地逸散，也对印刷速度的提高有极大的好处。因此，凹版印刷机各色组枯燥过程的准确掌握对凹版印刷机机的设计创新具有特别重要的意义。

无论凹版印刷机的加热源是哪一种类，如电加热、瓦斯加热等，但其枯燥过程掌握系统始终是一个滞后系统，会受到多种不确定因素的影响，如：外界环境温度、新奇空气的流量、风压的变化等。在传统工艺中，凹版印刷机的枯燥系统虽然带有内部温度测量系统，但仍旧需要通过人工手动调整热源加热档位、加热时间、风机转速、风门大小的方式来实现枯燥过程的掌握。考虑到当代凹版印刷机色组数量多、各色组的温度掌握系统依据车间状况呈分布式布置，人工观看各色组温度状态继而手动调控的方式，存在效率低下、响应速度缓慢、抗干扰力量差等缺点，并且其枯燥效果严峻依靠于工人的阅历丰富程度，不能满意工艺需求。文献[2]采纳PLC为掌握核心，基于PID算法，以温度为参量来调整鼓风机的转速，掌握阀门的开度以到达系统掌握的要求，同时采纳现场总线技术实现了多色组的智能掌握。该方式存在本钱昂扬、系统简单，且生产设备上无法直接观看、掌握系统温度、风压等参数的缺点。文献[3]的改用双单片机分别作为自动掌握核心和人工观看操作核心，降低了系统本钱，同时兼顾了工人的现场操作。但其对象并非凹版印刷机，因此并未考虑多色组单元的统一智能掌握。此外，上述两篇文献均仅以温度为参量，以风机转速或阀门开度为掌握量，略显缺乏。本论文设计的智能热风系统，结合二者的优点，在实现了各色组单元枯燥过程智能掌握，并兼顾人工现场观看和干预的需求的同时，还可以通过工控机实时监控全部色组单元的整体运行状况并加以调整。此外，还增加枯燥系统内风压为参量，增加加热器档位、风门开度为掌握量。

1智能掌握系统的整体设计

此智能掌握系统由工控机和各色组独立的枯燥掌握模块构成，各色组的枯燥掌握模块与工控机之间由485总线进展简洁而稳定的连接，实现生产现场数据及工控机掌握命令的牢靠传输。对单个色组的掌握模块而言，以一块单片机为掌握核心，采纳PID掌握算法对枯燥箱的加热器档位、鼓风机转速、风门开度进展调整，最终实现整个枯燥过程的智能掌握；以另一块单片机作为人机交互核心，用于满意生产现场人工直接观看、调整枯燥箱工作状态的需求。图1为此智能掌握系统的整体构造框图。系统中的工控机通过485总线向各色组下发预设参数，并设定相应的掌握模式。主控单片机通过相应的信号采集模块获知凹版印刷机当前的工作状态，采纳PID算法得出相应的掌握信号，进而通过掌握电路模块实现对加热器档位、鼓风机转速、风门开度等参数的动态智能掌握，以到达枯燥过程的最优化。此外，凭借系统的人机交互模块，相关人员也可以在生产现场直接观看并调整枯燥过程中的参数和掌握模式。人机交互核心会将相应的参数调整传输到主控核心并即时存储、执行，然后将相应的变动上传到工控机。

2硬件设计

在上述系统整体框架描述中，硬件设计的主要模块包括信号采集模块、主控核心模块、掌握电路模块、人机交互核心模块。

2.1信号采集模块设计此智能掌握系统的采集的信号包括4mA～20mA的4路模拟信号（LEL爆炸下限、温度、进风口及排风口风压），0～10V的3路模拟信号（风门开度），8路数字信号（风门行程开关、变频器状态）。来自前段传感器及其他设备的模拟量信号，经调理后，通过高精度的AD芯片转换为数字信号，再同其他直接采样获得的数字信号一起经光耦隔离接入后续的主控核心模块。信号采集模块的电路图如图2所示。通过对生产过程中各类型的全面采集，可使得系统更充分地把握枯燥箱的工作状态，进而获得更优的掌握策略。系统采纳8通道、10位精度的MAX11620作为模数转换芯片，既满意了多通道采样、高精度的同时，也合理地掌握了设备本钱。

2.2主控核心模块设计主控核心所采纳的单片机为STC11F32XE，除常规单片机具备的根本配置外，它拥有32k的flash程序存储器、1280字节的RAM、29k的EEPROM、5组共计40个I/O口、2组UART串行通信口，同时还具备独立的波特率发生器。该芯片既符合低本钱的原则，同时也满意了低功耗、大内存、抗干扰方面的要求。此智能掌握系统采样信号众多，但该芯片具有的40个I/O口在满意根本需求的同时还留有肯定的裕量，可以于其他扩展。2组UART串行通信口分别用于单片机程序的下载，以及与工控机之间的通讯，极大地便利了软件调试和工程实践运用。29k的EEPROM，用于存储用于区分各色组单元的编码，以及工控机下发、人工直接设定的掌握参数，或者是生产过程中产生的高重要性的数据，保障了生产过程的安全稳定运行和重要数据的安全牢靠存储。主控核心模块电路图如图3所示。

2.3掌握电路模块设计主控核心模块产生的相应掌握命令，经光耦后，分为两类分别交由相应的掌握电路去驱动相关设备。一类掌握命令，经由处理放大后，直接以24V数字量的形式输出，用于掌握加热器档位、风门电源开关等；另一类掌握命令，经高精度的DA芯片转换为0～5V模拟量后，用于掌握风门开度、鼓风机转速等。掌握电路模块的电路图如图3所示。

2.4人机交互核心模块设计人机交互核心模块主要由显示模块、按键模块，以及与主控核心的通讯构成。人机交互核心模块的电路图如图4所示。显示模块由4组4位8段共阴数码管组成，分别用来显示LEL、温度、风压、风门开度。需要留意的是当LEL值超限，系统将通过全部数码管同时闪耀的方式实现报警功能。4组数码管的段选线相应地并联在一起与单片机的P0口连接，而各自的位选线经由4-16译码器（74HC154）与单片机的5个I/O口连接，从而通过使用单片机的13个I/O口，以动态扫描的形式实现各组数码管的正常显示。按键模块共设计有五个按键，功能分别为：切换、数码管选择/设置内容选择、翻页/确认、空/加一和空/减一。切换键用于人工观看和人工设置模式之间的切换，分别对应后续四个按键的不同功能。在人工观看模式，“数码管选择”按键用于选择“翻页”按键对应的数码管，“翻页”按键用于调整数码管当前显示的内容。在人工设置模式，使用“设置内容选择”键选择盼望设定的参数工程，通过“加一”和“减一”键设定好详细值，最终按下“确认”键即可保存设定并退出到切换回人工观看模式。人机交互核心的单片机与主控核心的单片机之间的通讯，通过两者之间的10个I/O直接相连来实现。其中，主控核心的P1口与人机交互核心的P0口相连，用于8位数据的并行传输；主控核心的P3.5脚和INT0脚分别与人机交互核心的INT0脚和P3.3脚连接，用于掌握两块单片机之间数据的发送和接收。

3软件设计

此智能掌握系统由双单片机实现对整个枯燥过程的掌握。主控核心单片机的任务是从信号采集模块接收并处理温度、风压、风门开度、变频机状态等各类信号，将相关状态信号传递至人机交互核心，接收来自工控机或人机交互核心的数据和命令，执行PID算法，产生并向掌握电路模块发出掌握命令。主控核心与工控机之间通过485总线通讯，详细参数为：9600bit/s，1位起始位，8位数据位，1位停顿位，无校验位。人机交互核心单片机的任务是从主控核心接收相关状态信号并显示，接收掌握键盘输入的数据和命令并向主控核心传递。软件设计总体思路图如图5所示。

3.1主控核心单片机程序设计系统启动后，主控单片机执行I/O口初始化、常量定义、全局变量声明、串行通讯初始化等一系列初始化操作，再行从EEPROM中读取此前存储的相关掌握参数预设值，然后进入信号采集、数据发送、数据接收、PID程序、产生掌握命令的循环阶段，直到接收到来自工控机或者是人机交互核心的新的设定参数。此时，系统将重新读取新的设定参数并以此开头新的掌握循环。主控核心的程序流程图如图6所示。

3.2人机交互核心单片机程序设计系统启动后，人机交互核心单片机将接收主控单片机采集到的各类参数值并将其显示在数码管上，同时将按键输入的新的参数设定值发送给主控单片机。当人机交互核心单片机检测到主控单片机采集到的LEL值超过限度，将直接报警。其程序流程图如图7所示。

4结论

依照本文的所述的方法设计的凹版印刷机枯燥箱智能掌握系统，全方位地考虑了枯燥过程中的各类影响因素并能准确地、智能地加以掌握。试