专利名称：印刷机墨色自动控制中的电子控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及印刷机的墨色自动控制，它包括电子控制和受其控制、驱动的墨刀机械两部分构成，本申请仅涉及印刷机墨色自动控制中的电子控制装置。
背景技术：
某些印刷制品的一幅图案中，有时会要求某部分墨色薄(颜色浅)而另一部分墨色厚(颜色深)。印刷机工作过程中，墨色量的控制一般是通过调整墨刀与墨斗辊之间间隙的大小，实现墨斗辊上墨量的输出多少。墨量控制一直是印刷行业所发展的技术重点，二十世纪七十年代后期，随着计算机技术、微电子技术和自动控制技术的发展，采用自动控制技术取代原有的手工墨量控制已经是必然的趋势，也具备了成熟的技术条件。欧洲率先研制出墨量自动控制电气系统，目前也只有欧、美、日等少数国家掌握其核心技术，其原理都是通过嵌入式微控制器(也称单片机)来精确控制微电机，带动墨刀块(片)运动，从而控制印刷机墨量的变化。目前进行墨量自动控制的手段和技术方法有以下两种1.采用PC机控制，通过在主板上扩展专用板卡来对底层的墨刀执行机构进行控制，从而达到控制印刷墨量的目的。2.采用嵌入式微处理器，设计专用的控制板，直接对对底层的墨刀执行机构进行控制，从而达到控制印刷墨量的目的。
采用第一种技术主要存在如下问题(1)如果PC机出现故障，整个系统将陷入瘫痪状态；(2)在工业环境里存在很强的干扰，采用这种方式抗干扰能力不强，可靠性差；(3)系统的控制、监测、管理等所有功能都在PC机上处理，需要占用大量的资源，而且实时性差；(4)于一个大型、执行机构广泛分布的系统，用户应该能快速知道系统各个部分的运行情况，这种系统的所有信息只能在PC机显示器上显示，是不能满足实际要求的。
采用第二种技术主要存在如下问题(1)嵌入式微处理器的处理能力差，不能满足一个大型墨量控制系统的要求；(2)嵌入式控制系统没有一个很友好的人机界面，也不能全面反映系统的运行状态；(3)嵌入式控制系统不利于联网实现远程集中控制和信息共享。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种印刷机墨色自动控制中的电子控制装置，为广大印刷行业用户提供一个高可靠，全方位，多层次的墨量自动控制。
本实用新型的上述目的是这样实现的印刷机墨色自动控制中的电子控制装置，将每个墨斗辊分为n个等份，对应着n个控制墨刀，每个墨刀由一个受单片机调控的微电机控制，通过改变墨刀与转动的墨斗辊之间间隙的大小来达到精确控制墨量，其特征是以安装有专用控制软件的上位PC机、中央主控CPU单元和墨刀驱动单元构成三层控制结构，主控CPU通过通讯接口及总线和上位PC机进行通讯，接受上位机的命令或者本身的指令对墨刀驱动单元进行控制，墨刀驱动单元的状态信息也通过通讯接口及总线传送给主控CPU，再由主控CPU传送给上位PC机。
所述的印刷机墨色自动控制中的电子控制系统的三层控制结构包括以下硬件部分(1)含有RS232接口、RS485接口、10/100M网络接口的上位PC机；(2)含嵌入式微处理器构成的中央主控CPU单元，包括设有RS232接口、RS485接口、10/100M网络接口、用于显示CPU控制板人机界面的液晶显示模块及液晶显示模块接口、用于显示墨刀状态信息的数码管显示模块及数码管显示接口、用于为硬件提供电能并可实现开关机控制的电源及自动开关机接口、用于输入控制信息的控制键盘和阵列键盘接口以及指示灯和蜂鸣器接口、I/O输入输出点等；(3)墨刀驱动单元中设有单片机以及设有两路RS485通讯接口的通讯接口板，其输出接含微电机的墨刀驱动模块，微电机输出连接墨刀。
所述的印刷机墨色自动控制中的电子控制装置，包括墨刀驱动在内，所有电路中均采用多点接地和在线路上加入电压抑制器TVS。
本实用新型的工作过程及原理上位PC机安装了专用控制软件，用户在开口度设置、零点调整、诊断和初始化、配方管理等各个功能操作界面下，执行各种功能，功能命令通过RS232、RS485、10/100M网络通讯发送给中央主控CPU单元的CPU控制板，CPU控制板接收上位PU机的功能命令，并对命令进行判断，如果只是对其本身的操作，则执行命令功能，如果需要对通讯板或墨刀驱动模块进行操作，则通过RS485总线将命令发送给相应的通讯板。除此之外，用户通过控制键盘将控制命令输入给CPU控制板，从而控制CPU控制板、通讯板和墨刀驱动模块。人机交换信息通过液晶显示模块和数码管显示模块显示，这样中央主控CPU单元就可以独立于上位PC机，组成一个基本的墨量自动控制电气装置，实现基本的功能。CPU控制板定期查询通讯板和墨刀驱动模块的状态，通过液晶显示模块和数码管显示模块显示给用户，并将它们的状态信息发送给上位PC机。通讯板接收CPU控制板发下来的命令，然后将命令通过RS485总线发送给墨刀驱动模块，除此之外，通讯板还实时查询每组墨刀中每一块墨刀的状态，并将这组墨刀的状态信息发送给CPU控制板。墨刀驱动模块接收通讯板发下来的命令，然后根据命令控制墨刀的位置，从而达到精确控制印刷墨量的目的。
本实用新型的优点及效果电子控制装置采用独特的三层控制结构设计，各层都有明确分工，且层与层之间联系紧密。通过RS232，RS485，10/100M网络等通讯手段在各个模块之间进行数据和信息的传递，从而构成一个高可靠，全方位，多层次的墨量自动控制。PC机具有强大的处理功能，而嵌入式CPU控制具有实时性、高可靠性。上位PC机安装了控制软件，用户通过它可以非常方便地对印刷过程中的墨量进行控制和管理，同时也可以将墨量自动控制接入更高一级的系统，例如印刷品质量检测系统、企业的生产管理系统和信息系统；CPU控制板通过RS232接口、RS485接口、10/100M网络接口和上位PC机进行通讯，接受上位机的命令，对下层进行控制。即使脱离了上位PC机，借助液晶显示模块，数码管显示模块和控制键盘，它也能够使设备实现基本的功能，对设备中每一组每一把墨刀的精确控制(可以达到0.25微米的控制精度)，实时监测每一组每一把墨刀的状态，设备开关机等。设备的可靠性因此得到极大的提高；用户可以通过PC机显示器，液晶显示模块，数码管显示模块和指示灯全方位，多层次，实时地检测系统的状态，为设备提供了简单便捷的人机交互控制接口；用户还可以通过I/O输入输出点对外部设备如PLC、I/O控制板等进行控制；设备电源由接触器，多路开关电源(可扩充)，变压器等组成，可实现自动开关机；CPU控制板和通讯板之间以及通讯板和墨刀驱动模块之间采用了RS485总线通讯，使系统能够快速可靠地实现控制、系统信息采集、监测等功能；通讯板通过可扩充的接口卡和墨刀驱动模块连接，通过分支盒连接到接线柜，设备的这种连线方式可使用户方便地根据设备的安装位置和布局进行连接；通过多点接地和在线路上加入电压抑制器(TVS)，使设备避免产生浮地危险和具有带电插拔特性。
设备可根据用户的需求扩充，连线方便；除墨刀驱动单元外，另外两层可制成通用的控制操作台，既可为新生产的印刷机配套，又能用于老印刷机改造.
主控CPU板、通讯板、墨刀驱动板都由嵌入式微处理器控制，通过ISP接口或以太网接口可以对他们的软件进行更新，从而使系统具有不断升级和更新的能力。
图1 是本实用新型三层电子控制结构示意图；图2、3是上位PC机的硬件连接及控制软件流程图；图4-6 是中央主控CPU单元硬件连接及原理和软件框图；图7、8是墨刀驱动单元硬件连接及原理图；图9 是通讯板原理图；图10 是本实用新型墨刀驱动单元电路图；图11A、B 是电路中的接地连接图。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本实用新型的原理及特点作进一步说明。
参看图1，本实用新型采用了三层电子控制结构的设计思想，它综合了PC机强大的信息处理功能，友好的人机界面和嵌入式控制系统的实时性、高可靠性。它由三个控制层组成上位PC机层、中央主控CPU单元层和墨刀驱动单元层。上位PC机层主要实现系统配置、配方管理、系统状态监测、对主控CPU单元层和墨刀驱动控制层控制，同时通过以太网接口可以将墨量自动控制接入更高一级的系统，例如印刷品质量检测系统、企业的生产管理和信息系统。它通过RS232、RS485、10/100M网络通讯接口和主控CPU单元层进行信息交换和命令传送。主控CPU单元层由嵌入式微处理器控制，它接收上位PC机的命令，实现对自己和各个墨刀驱动单元的控制，另外它有自己独立的人机交换系统，即使脱离了上位PU机，它仍然可以和各个墨刀驱动单元组成一个完整的嵌入式控制。主控CPU单元层通过工业485总线和墨刀驱动控制层中的各个墨刀驱动单元进行通讯。墨刀驱动控制层是整个装置的最底层，它实现对墨刀的直接控制。
参看图2、3，上位PC机层主要由安装有专用控制软件的上位PC主机、显示器(或触摸显示器)、键盘鼠标等外设组成。控制软件根据专业功能设计，每一种功能都有与之对应的操作界面，用户在各个功能界面下，可以很直观地对整个装置进行控制和监测。通过网络接口可以将墨量自动控制接入更高一级的系统，例如印刷品质量检测系统、企业的生产管理和信息系统，也可以通过互联网对其进行监控。
参看图4-6，中央主控CPU单元在上位PC机层以及墨刀驱动单元层之间起承上启下的关系，它主要由主控CPU板、液晶显示模块、数码管显示模块、控制键盘、指示灯、I/O输入输出等组成。它接收上位PC机的命令，实现对自己和各个墨刀驱动单元的控制，同时它也接受用户通过控制键盘输入的信息，实现对装置的控制。它还定时查询装置的运行状态，并将装置的状态信息发送给上位PC机。用户通过液晶显示模块、数码管显示模块和指示灯可以查看用户操作信息和装置状态信息。即使脱离了上位PC机，它仍然可以和各个墨刀驱动单元组成一个完整的嵌入式控制。数码管显示模块和主控CPU板之间通过SPI总线连接。中央主控CPU单元还负责整个装置电源的控制。分支盒的设置可以简化装置的布线，使装置具有可扩展性。
参看图7-9，墨刀驱动单元层主要由若干个(根据需要配置)墨刀驱动单元组成，每一个墨刀驱动单元又由一块通讯板和若干个墨刀驱动模块(根据需要配置)组成，它们各自都有独立的嵌入式微处理器。它直接对系统的执行机构—墨刀进行精确控制(可以达到0.25微米的控制精度)，从而达到精确控制印刷墨量的目的。通讯板负责所在墨刀驱动单元的命令转发以及实时数据采集。各个墨刀驱动模块通过485总线和通讯板连接，通讯板通过不同的地址编码来区分不同的墨刀驱动模块，从而将命令转发给他们，并实时查询他们的状态信息，然后将这些信息上传给中央主控CPU单元。墨刀驱动模块接收命令，并执行相应的控制动作。墨刀的运动由电机驱动，通过两个霍尔传感器可以精确地检测墨刀运动的位移和方向。
参看图10、11A、B，墨刀驱动板根据控制命令对墨刀的位置进行精确控制。如图10，IC3、IC5、IC6将输入电源转换成各功能电路所需的15V、5V和3V电源，IC1是微处理芯片，是墨刀驱动模块的核心，IC2是电机驱动芯片，IC7、IC8是传感器，通过它们可以精确地检测墨刀运动的位移和方向，IC4是485驱动芯片。电路每一个部分的输入都采用多点接地(如图10中的1、3、6点)，多点接地使得各个部分良好接地，可以避免产生浮地危险。如果只有单根地线连接，接地不好的部分就会产生浮地危险，就会在系统中产生高电压，从而损坏其他部分。在线路上加入电压抑制器(TVS)，可以避免装置受高电压的侵害，以及在带电插拔过程中产生的瞬间高压可以通过电压抑制器加于抑制。
权利要求1.印刷机墨色自动控制中的电子控制装置，将每个墨斗辊分为n个等份，对应着n个控制墨刀，每个墨刀由一个受单片机调控的微电机控制，通过改变墨刀与转动的墨斗辊之间间隙的大小来达到精确控制墨量，其特征是以安装有专用控制软件的上位PC机、中央主控CPU单元和墨刀驱动单元构成三层控制结构，主控CPU通过通讯接口及总线和上位PC机进行通讯，接受上位机的命令或者本身的指令对墨刀驱动单元进行控制，墨刀驱动单元的状态信息也通过通讯接口及总线传送给主控CPU，再由主控CPU传送给上位PC机。
2.根据权利要求1所述的印刷机墨色自动控制中的电子控制装置的三层控制结构包括以下硬件部分(1)含有RS232接口、RS485接口、10/100M网络接口的上位PC机；(2)含嵌入式微处理器构成的中央主控CPU单元，包括设有RS232接口、RS485接口、10/100M网络接口、用于显示CPU控制板人机界面的液晶显示模块及液晶显示模块接口、用于显示墨刀状态信息的数码管显示模块及数码管显示接口、用于为硬件提供电能并可实现开关机控制的电源及自动开关机接口、用于输入控制信息的控制键盘和阵列键盘接口以及指示灯、蜂鸣器接口、I/O输入输出；(3)墨刀驱动单元中设有单片机以及设有两路RS485通讯接口的通讯接口板，其输出接含微电机的墨刀驱动模块，微电机输出连接墨刀。
3.根据权利要求1或2所述的印刷机墨色自动控制中的电子控制装置，其特征是包括墨刀驱动在内，所有电路中均采用多点接地和在线路上加入电压抑制器TVS。
专利摘要印刷机墨色自动控制中的电子控制装置，将每个墨斗辊分为n个等份，对应着n个控制墨刀，每个墨刀由一个受单片机调控的微电机控制，通过改变墨刀与转动的墨斗辊之间间隙的大小来达到精确控制墨量，其特征是以安装有专用控制软件的上位PC机、中央主控CPU单元和墨刀驱动单元构成三层控制结构，主控CPU通过通讯接口及总线和上位PC机进行通讯，接受上位机的命令或者本身的指令对墨刀驱动单元进行控制，墨刀驱动单元的状态信息也通过通讯接口及总线传送给主控CPU，再由主控CPU传送给上位PC机。
文档编号B41F31/30GK2915502SQ20062007370
公开日2007年6月27日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者许群波, 章健, 王兴勇 申请人:南京联软科技有限公司