墨色控制系统设计

马英

摘 要：在以往印刷过程中，印刷机墨量控制主要是靠人工完成。基于墨量控制较难的现状，结合嵌入式系统的思想，我们提出了印刷机的墨色控制系统。系统采用先进的信息采样和数据处理方式，通过改变墨刀与转动的墨斗锟之间的间隙大小达到精确控制墨量的目的，为印刷机提供了集中和自动化的墨色管理。

关键词：嵌入式；墨色控制系统

1 墨色调整原理

墨色控制系统是针对以往印刷机直接循环供墨结构设计的墨色预置、墨量控制系统。采用先进的信息采样和数据处理方式，通过改变墨刀与转动的墨斗锟之间的间隙大小達到精确控制墨量的目的，为印刷机提供了集中和自动化的墨色管理。

2 墨色控制原理

墨色控制系统是一套建立在CIP3标准上的为印刷机配套的精确数字化墨色控制系统。该系统将每个墨辊分为若干个等份，对应着若干个控制墨刀，每个墨刀由一个电机控制，通过改变墨刀与转动的墨辊之间间隙得大小来达到精确控制墨量的目的。每个电机由一个微处理器来驱动，微处理器负责将中央主控台和电机控制按键送来的信号转化为脉冲信号控制电机转动，电机推动墨刀前进或后退。

3 调色总体方案设计

墨色控制系统总体结构分为上位机和下位机两部分进行设计。上位机部分实现对印刷文件的处理、设备运行状态显示等人机交互功能；下位机主要完成设备功能控制，电机位置检测、电机状态收集以及与上位机的数据交换功能。由于墨色控制系统的安装空间有限，所以对产品的体积设计又提出了一个更高的要求，所以由于时间和篇幅的原因本论文针对墨色控制系统的下位机部分进行具体讨论。

根据墨色控制系统的功能要求，墨色控制系统的下位机采用分离式控制方式。整个控制系统分为2级结构：

第一级为信息转发主控制单元，实现上位机与控制系统的数据交换，控制台操作对下一级单元的转发等功能。由于上位机用户界面对于实时性要求不高，但又考虑到数据量交互比较大的特点，第一级主控制单元与上位机之间考虑使用以太网进行数据交换。

第二级为各个执行部分的数据分发节点，即具体的执行机构的控制单元，实现电机的位置控制。这部分设计主要从生产成本和安装尺寸两方面考虑。本产品主要针对四色印刷机设计，每个色组单元设计32个墨色控制单元，所以整套产品需要制作128个电机以及控制单元。控制单元根据安装尺寸考虑采用微动直流电机，位置采集部分常见有编码采集和模拟量采集两种元件，从成本和控制板的设计尺寸考虑采用模拟量采集方式，采集芯片使用ADI7171。该部分设计完成后整体安装尺寸需要满足30mm*40mm。通讯方式仍然采用工业级485通讯，通讯协议使用工业控制中常用的MODBUS协议。

其原理为通过主控制单元（ARM内核的控制芯片）结合μCOS-II操作系统的框架结构，TCP/IP协议栈实现了与上位机通讯的功能，使用MODBUS协议栈的实现了下位机主控单元与其他执行单元之间通讯的功能。使用这种分散式的组织结构可以很好的满足印刷机色组分离的结构，而且对于设备程序组织设计以及后续的产品升级提供了更大的空间。

本文的主要工作包括：⑴研究嵌入式实时操作系统μC/OS-II在彩色印刷机上的应用，分析了μC/OS-II的任务管理，中断管理，任务间通讯，内存管理等模块结构，实现了μC/OS-II在ARM LPC2378上的移植，分析了LPC2378的中断处理机制和μC/OS-II下中断处理程序的编写规则，为开发高速印刷机提供一个稳定的软件平台。⑵通过ARM的特点和结构的分析，确定其作为墨色控制系统的主控制单元，而各级执行部分的数据分发节点通过与ARM的通讯，来控制印刷机油墨。再次，是对ARM外围进行设计。⑶用32位ARM RISC处理器代替8位单片机做系统控制核心，提高系统的处理能力，提供更加友好的人机界面，使操作更加直观。⑷利用485总线构成分布式控制系统，由下位机实时控制各电机完成主轴驱动和墨色控制功能，取消套色误差修正辊，实现套色误差调整和墨色的全自动化，设计了用于同步的总线高层协议。⑸完成了系统硬件和软件的设计调试工作。

4 总结

嵌入式系统具有可移植性、可固化性、可裁剪性、确定性、稳定性和可靠性等特点，符合工业控制系统对可靠性、灵活性和实时性有较高要求。墨色控制系统在实际的印刷机制造企业以及印刷企业中的应用并不广泛，其中大部分的产品仍然使用循环供墨的系统，无法满足不同印品对墨量的需求。本论文是将嵌入式系统引入到墨色控制系统的一次实际研究。本文通过一个实际的项目设计过程分析，讨论了墨色控制系统下位机控制单元的芯片选型以及软件设计的方法。该系统将每个墨辊分为若干个等份，对应着若干个控制墨刀，每个墨刀由一个电机控制，通过改变墨刀与转动的墨辊之间间隙得大小来达到精确控制墨量的目的。每个电机由一个微处理器来驱动，微处理器负责将中央主控台和电机控制按键送来的信号转化为脉冲信号控制电机转动，电机推动墨刀前进或后退。最终实现墨色预置与墨量控制的功能。

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