基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統的製作方法
2023-04-28 20:16:32
本發明屬於印刷機械控制技術領域，涉及一種多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，具體設計一種基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，可用於多色柔版輥印刷機領域。
背景技術：
柔版印刷機使用流動性較強的流體油墨，油墨由墨輥和網紋輥傳到印版的圖文部分並使其著墨，然後由壓印輥和版輥之間施以壓力，將印版上的油墨轉移到承印物上，最後經過乾燥裝置完成印刷過程。
印刷機的調壓直接影響著印刷是否達標，印刷機的壓力包括版輥與墨輥之間的著墨壓力以及版輥與壓印輥之間的印刷壓力；壓力過小，圖文轉移不完整，引出來的圖文發虛、不清晰銳利；壓力過大，則使得油墨轉移量過多，使印刷品圖文失真，印刷色調不準。同時，壓力使用不當，容易出現一系列的印刷故障，如「網點變形」、「花版」、「墨槓」等，同時還會使印刷輥筒產生不必要的應力和變形，縮短設備的使用壽命。
印刷機的調壓系統實質上是通過調節版輥和墨輥的位移來實現調壓的，在多色的印刷過程中每一色都有其對應的版輥與墨輥，在調壓過程中需要對其進行精密的位移控制，傳統的印刷機調壓是通過手動調節來實現的，通過讀取刻度盤與指針信息手動調節版輥和墨輥的位置來達到調壓的效果，但合適的壓力通常由工人的經驗來進行判斷，效率與質量均不高。隨著技術的發展，自動化程度的提高，現在較先進的多色柔版輥印刷機中的調壓系統是通過控制器來控制伺服電機系統進而實現調壓的。其中控制器包括主控器和從控制器(運動控制器)，主控制器與從控制器通過PROFIBUS-DP總線的方式進行連接，主控制器需要通過依次尋址將信息發送給對應的從控制器，從控制器控制伺服電機移動，同時伺服電機編碼器採集的位移信息通過總線回饋給主控制器，現在市面上主控制器和從控制器的處理器大部分均採用PLC。然而主控制器通過總線方式與多個從控制器連接，使得主控制器與多個從控制器的通訊周期較長，存在靈活性較差、數據傳輸安全性較弱，調壓實時性較低等缺點。如授權公告號為CN 101714846 B，名稱為「衛星式柔版輥印刷機的自動伺服調壓方法及裝置」的發明專利，公開了一種衛星式柔版輥印刷機的自動伺服調壓方法和裝置，其中調壓方法包括快速進位和快速退位、防擠版輥、根據版輥周長的自動定位、根據不同印刷速度的自動調壓、自動配方、斷電記憶；調壓裝置：主PLC控制器與電源模塊和人機界面連接，主PLC控制器與若干組伺服電機的雙電機驅動模塊連接，各個雙電機驅動模塊依次通過伺服軸、伺服電機再與各自的版輥座連接，主PLC控制器的內部包括主模塊與若干組六軸驅動控制模塊，主模塊與各組六軸驅動控制模塊通過DP總線連接，各組六軸驅動控制模塊分別通過DRIVER QLIQ電纜線與電源模塊連接。其有較好的自動化程度，以及較好的穩定性。但是該裝置存在的不足之處是：主PLC控制器中主模塊和若干組六軸驅動控制模塊的處理器均採用PLC，且主模塊與若干組六軸驅動控制模塊通過DP總線連接，連接埠多，並且任一個埠出現連接錯誤都會導致系統停止運轉；在運行過程中主模塊需要通過尋址方式對各個六軸驅動控制模塊進行控制，這種主從輪詢及令牌傳遞方式應答機制繁瑣，並且每個數據幀長度較長，以及對於每個需控制器件不同的實時性不能夠靈活處理，這些因素直接導致無效佔用總線時間較長，導致了系統實時性較差；並且控制器的接入或者捨棄，會影響其他控制器的正常運轉，不能夠靈活的實現多色調壓機構數量的調整。
CAN總線是控制器區域網路的簡稱，是ISO國際標準化的串行通信協議。最初由汽車工業公司開發，CAN總線控制器工作於多主方式，網絡中的各節點都可根據總線訪問優先權，採用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發送數據，且CAN協議廢除了站地址編碼，而代之以通訊數據進行編碼，這可使不同的節點間同時收到相同的數據。CAN總線通過CAN收發器接口晶片的兩個輸出端CANL和CANH與物理總線相連，而CANH端的狀態只能是高電平或懸浮態，CANL端的狀態只能是低電平或懸浮態，這就保證不會出現多節點同時向總線發送數據時，導致總線呈現短路，從而損壞某些節點的現象。而且CAN節點在出現嚴重錯誤的情況下具有自動關閉輸出功能，CAN總線突出的可靠性、實時性和靈活性已被認同，並被廣泛的應用於工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。因此將CAN總線應用於柔版輥印刷機的自動調壓系統成為可能。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，用於解決現有調壓系統中存在的調壓實時性的技術問題。
本發明的技術思路是，人機界面和多個控制器之間通過CAN總線連接，控制器根據人機界面指令控制不同的伺服電機驅動器，伺服電機驅動器控制伺服電機驅動版輥和墨輥的移動，實現了對版輥和墨輥位移的閉環控制，進而實現了對著墨壓力和印刷壓力的調節。
根據上述技術思路，實現本發明目的採取的技術方案為：
一種基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，包括人機界面、控制器和與其連接的多色調壓機構，所述控制器為多個，所述多色調壓機構包括多個單色調壓機構，每個單色調壓機構包括伺服電機驅動器、伺服電機、版輥和墨輥；所述控制器通過伺服電機驅動器控制伺服電機，驅動版輥和墨輥的移動，用於調節版輥和墨輥之間的著墨壓力及版輥和壓印輥之間的印刷壓力；所述人機界面和多個控制器之間通過CAN總線連接，用於實現人機界面與不同控制器之間及多個控制器之間快速穩定的信息交互。
上述基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，所述控制器，包括相互連接的控制器控制模塊和控制器外圍電路模塊。
上述基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，所述控制器控制模塊，包括交互模塊、調壓閉環運算模塊、控制電機驅動器模塊和編碼器計數模塊，所述交互模塊，用於人機界面與不同控制器之間及多個控制器之間信息交流的控制器控制模塊通訊所用的通訊協議；所述調壓閉環運算模塊，用於計算版輥和墨輥實際調壓位移值的補償量；所述控制電機驅動器模塊，用於產生調壓位移的控制信號；所述編碼器計數模塊，用於計算實際調壓位移值。
上述基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，所述控制器外圍電路模塊，包括晶體振蕩器模塊、程序配置模塊、高速光耦隔離輸出模塊、高速光耦隔離輸入模塊和通訊接口模塊，所述晶體振蕩器模塊，用於產生控制器控制模塊所需的穩定的時鐘信號；所述程序配置模塊，用於提供控制器控制模塊電路的程序配置；所述高速光耦隔離輸出模塊和高速光耦隔離輸入模塊，用於實現電平的轉換和光電隔離；所述通訊接口模塊，用於提供控制器控制模塊所需的通訊接口。
上述基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，所述多色調壓機構，還包括多個壓印輥，且壓印輥的數量與單色調壓機構的數量相等。
上述基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，所述多色調壓機構，還包括壓印輥。
上述基於CAN總線的多色柔版輥印刷機的自動調壓系統，所述單色調壓機構，包括四個伺服電機驅動器和四個伺服電機。
本發明與現有技術相比，具有以下優點：
本發明由於人機界面和多個控制器之間通過CAN總線連接，在調壓過程中，人機界面的指令信息能夠實時快速穩定地傳輸給控制器，同時伺服電機編碼器採集的位移信息能夠通過總線實時快速穩定回饋給人機界面，保證了總線上數據無差別、快捷地傳輸，與現有技術相比，有效地提高了調壓系統的實時性；而且控制器的接入或者捨棄，不影響其他控制器的正常運轉，能夠靈活的實現多色調壓機構數量的調整。
附圖說明
圖1為本發明實施例1的整體結構示意圖；
圖2為本發明的控制器結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步詳細說明。
實施例1，本實施例的多色調壓機構4為機組式的，每個多色調壓機構4包括八個單色調壓機構41。
參照圖1，本發明包括人機界面1、控制器2、CAN總線3和多個多色調壓機構4；其中，
人機界面1，採用HMI，包括數據輸入界面、指令發送界面和數據顯示界面，用於進行人機互動，HMI採用威綸通公司的cMT3151,內含CAN BUS支持CANopen協議，內置4GB存儲內存，支持SD卡擴充存儲容量。
本實施例中控制器2的數量為兩個，每個控制器2依次通過linear公司的CAN收發器LTC2875MPS8、兩個光耦器件6N137及CAN控制器SJA1000和CAN總線3相連，通過由總線傳遞信息的方式來獲得人機界面1的信息。
本實施例中多色調壓機構4的數量為兩個，每個多色調壓機構4包括多個單色調壓機構41，每個單色調壓機構41包括四個伺服電機驅動器411、四個伺服電機412、一個版輥413、一個墨輥414和一個壓印輥415，用於單色的調壓，版輥413、墨輥414和壓印輥415通過各自的輥筒底座安裝在單色調壓機構41上，且該三個輥筒的軸心相互平行，版輥413和墨輥414，用於油墨的傳遞，壓印輥415，用於放置承印物，在工作過程中，版輥413與墨輥414的輥面相互接觸形成著墨壓力，版輥413與壓印輥415的輥面接觸形成印刷壓力；伺服電機驅動器411，採用交流伺服電機驅動器，與對應伺服電機412形成電連接，實現對伺服電機412的控制，不同的伺服電機驅動器411控制其對應的伺服電機412驅動版輥413和墨輥414，用以調節印刷壓力和著墨壓力；伺服電機412，採用帶編碼器的交流伺服電機，通過傳動裝置與版輥413和墨輥414兩端的輥筒底座相連，用於提供本調壓系統的驅動力並實現對伺服電機轉動量的測量與發送，在本實施例中採用帶絕對式編碼器的交流伺服電機。
人機界面1、控制器2與CAN總線3依次相連，控制器2通過CAN總線3的連接，實現了與人機界面1的信息交互；一個控制器2與一個多色調壓機構4相連，該連接實質上為控制器2與對應的多色調壓機構4的全部伺服電機驅動器411相連接，實現了對一個多色調壓機構4的控制。
本發明的工作原理為，若初次使用或遇到故障重新上電時，可根據實際情況在人機界面1上輸入包括各色彩的版輥413和墨輥414所需的位移量以及對應版輥413的半徑參數信息，經CAN總線3傳遞這些信息，控制兩個控制器2，每個控制器2控制伺服電機驅動器411驅動伺服電機412，伺服電機412通過傳動裝置驅動版輥413和墨輥414移動來進行調壓，若結果不滿足調壓要求，重複上述操作，直至滿足調壓要求為止，控制器2將各色彩的版輥413和墨輥414兩端的位移信息回饋給人機界面1，人機界面1對各色彩版輥413和墨輥414的位移信息以及對應版輥413的半徑參數信息進行存儲；若為正常使用即既不是初次使用也不是遇到故障重新上電使用時，人機界面1將以前存儲的版輥413和墨輥414兩端的位移信息以及其對應版輥414的半徑參數信息通過CAN總線3傳輸給兩個控制器2，控制器2接收並解析人機界面1發送的信息，並運算出當前各色彩的版輥413和墨輥414兩端所需要的位移量並設置為理論調壓位移值，各控制器2並行控制伺服電機驅動器411驅動伺服電機412，伺服電機412通過傳動裝置驅動版輥413和墨輥414移動，控制器2通過伺服電機驅動器411讀取伺服電機412上的編碼器採集的位移信息，運算出實際調壓位移值並通過程序計算各色彩的版輥413和墨輥414的實際調壓位移值與理論調壓位移值的差值，若差值不滿足要求，則說明調壓並不精確，則控制器2通過程序繼續並行控制伺服電機驅動器411驅動伺服電機412轉動，直至滿足要求，實現了對調壓的閉環控制，控制器2將各色彩版輥413和墨輥414的位移信息發送給人機界面1，人機界面1對該信息以及其對應版輥413的半徑參數信息進行存儲。
參照圖2，控制器2包括控制器控制模塊21和控制器外圍電路模塊22，本實施例中，控制器2採用Altera公司cyclone系列的EP4CGX150DF31I7Ab，其邏輯資源為508個I/O接口、149760個邏輯數組塊，總內存為6635520bit。
控制器控制模塊21包括交互模塊211、調壓閉環運算模塊212、控制電機驅動器模塊213和編碼器計數模塊214。交互模塊211，用於通過程序實現人機界面1與不同控制器2之間及多個控制器2之間信息交流的控制器控制模塊21通訊所用的通訊協議，該交流的信息包括各色彩的版輥413和墨輥414的位移信息；調壓閉環運算模塊212，用於計算各色彩版輥413和墨輥414的理論調壓位移值與實際調壓位移值的差值，並通過差值計算實際調壓位移值的補償量，在本實施例中通過程序設置一個標差值，若差值大於標差值則計算出補償量，若差值小於標差值則補償量設置為零；控制電機驅動器模塊213，用於控制伺服電機驅動器411，且設置同時並行控制同一個版輥413或墨輥414所對應的兩個伺服電機驅動器411，在本實施例中一個控制器2控制三十二個伺服電機驅動器411；編碼器計數模塊214，用於處理通過各伺服電機驅動器411讀取的伺服電機412的編碼器採集的位移信息，計算出各色彩版輥413和墨輥414兩端的實際位移值。
控制器外圍電路模塊22包括晶體振蕩器模塊221、程序配置模塊222、高速光耦隔離輸出模塊223、高速光耦隔離輸入模塊224和通訊接口模塊225，該五個模塊均與控制器控制模塊21電連接。晶體振蕩器模塊221，採用50MHz晶體振蕩器，用於提供FPGA控制模塊21工作的時鐘信號；程序配置模塊222，用於提供對控制器控制模塊21進行電路的程序配置；高速光耦隔離輸出模塊223，包括若干個TLP250晶片電路，用於將控制器輸出信號轉換成伺服電機驅動器411所需的輸入信號；高速光耦隔離輸入模塊224，包括若干個AM26LS32晶片電路和若干個濾波整形電路，用於將伺服電機驅動器411輸出信號轉換成控制器2所需的輸入信號；通訊接口模塊225，採用CAN通訊電路，通過屏蔽雙絞線與CAN總線3相連。
實施例2，本實施例的多色調壓機構4為衛星式的。本實施例的其他結構與實施例1相同，僅對壓印輥415的數量及與版輥413和墨輥414的安裝方式做了調整。
本實施例中，多色調壓機構4包含有一個壓印輥415，其安裝方式為，壓印輥415周圍安裝有八根版輥413及與版輥413一一對應的墨輥414，版輥413和墨輥414通過各自的輥筒底座安裝在單色調壓機構41上，且該三個輥筒的軸心相互平行，壓印輥415的直徑等於各版輥413的整數倍數，且從橫刨面上看，各個版輥413的位置均勻的分布在壓印輥415的圓周上。
以上描述和實施例，僅為本發明的優選實例，不構成對本發明的任何限制，顯然對於本領域的專業人員來說，在了解了本發明內容和設計原理後，都可能在基於本發明的原理和結構的情況下，進行形式上和細節上的各種修正和改變，但是這些基於本發明思想的修正和改變仍在本發明的權利要求的保護範圍之內。