基于DSP的自动印刷套色控制系统

[摘 要]：针对凹版印刷机的工作特点，提出一种新颖的凹版印刷机自动套色控制系统的控制与实现方法，并采用多个DSP子系统与一台上位机通过CAN总线连接实现该控制系统。该控制系统引进高效而可靠的DSP芯片TMS320lf 2407作为印刷套色控制芯片，比较起传统的单片机控制系统无论在性能上还是可靠性上都提高了一大步。 因此，控制目的就是保持两色标的间隔距离为20mm。控制量就是检测到的距离值与20mm比较的差值。 1．1 套印误差的检测 套印误差的检测直接关系到套色的精度，为使检测出来的套印误差尽量的精确，本文采用双光电眼的光电扫描头进行误差检测（见图2），光电扫描头有2个光电眼，下面是M1，上面是M2，它们之间的距离为20mm，印料的走向为由下到上，扫描套印色标后各输出两路数字信号，经放大整形后分别接入到TMS320lf2407芯片EVA模块的捕获引脚CAPl和CAP2；在与印版辊轴同步的主轴上安装了光电编码器，主轴电机转动时产生脉冲信号，其频率与主轴的转速成正比，该信号送EVA模块的TCLKINA口作为通用定时器1的时钟源。当套印准确时，Ml的输出信号应超前M2的输出信号20mm，也就是Ml输出的第二个脉冲信号应与M2的第一个脉冲信号同时到达。 1．2 套印误差的修正 DSP获得套印误差e后，根据数字模糊算法PID控制算法，计算出补偿电机的修正量以控制电机做出相应的动作（这里的补偿电机采用步进电机）。整个自动套色系统基本上是一个闭环反馈系统，见图3。 2 硬件系统框架 整个系统（以六套色印刷机为例）由5个DSP子系统与一个带CAN接口的arm上位机构成主从式分布系统，通讯采用CAN总线接口，每个DSP子系统能独立的完成相邻两色的套印。同时DSP和上位机保持联络，将数据与状态传送到上位机。上位机外接显示器和键盘，通过处理下位机传送的数据实时显示各色标位置、套印误差、印刷速度、印刷长度等，以便工作人员可以及时了解到系统的运行情况，做出相应的操作。见图4，上位机和DSP经过uc5350芯片驱动，用CAN总线传送数据。印版转动一周，所有色标数据采集完毕，光电编码器0位信号将触发一个外部中断，此时程序开始装载将要传送的数据，准备与上位机进行通讯。 3 系统软件设计 系统软件大致可分为2部分：套色主程序和CAN传输子程序。套色主程序内容主要是：初始化程序，色标信号采集，查询，计算速度、误差及修正量、启动电机修正误差，其流程见图5。 CAN传输子程序主要完成下位机数据传送至上位机及上位机数据准确的传送到相应的下位机。每个DSP子系统中将用到4个CAN邮箱，其中两个发送邮箱txbox1和txbox2，两个接收邮箱rxbox1和rxbox2。发送邮箱txbox1的主要作用是在本子系统将要向上位机发送数据时，预先向其他子系统发送一组特定的数据，禁止本子系统在发送数据中有其他的子系统发送数据，以免造成上位机接收数据混乱。实现的方法是： 将所有子系统的发送邮箱txbox1和接收邮箱rxbox1的邮箱标志符MSGID设成一致（接收邮箱只会接收与自己标志符一致的发送邮箱发送的数据）；在子系统完成传输数据的装载后，先查询总线状态位stats（stats是程序中自己定义的变量，0代表CAN总线空闲，1代表CAN总线忙），若为0，则先由tx-box1发送一组特定的数据（可为“1111”），其他子系统接收到这组数据后将自己的总线状态位stats置1，然后由txbox2逐个将要传输的数据送到上位机，完毕后再由txbox1发送另一组特定数据(如“2222”)，其他子系统收到后再将自己的stats位设成0。子系统在发送数据之前首先要检查stats位，只有等到它为。时才能向上位机发送数据，CAN发送数据程序流程见图6。子系统接收上位机传输的数据就相应的简单了，每个子系统的txbox2和rxbox2都有自己特定的邮箱标志符（在整个大系统中每个子系统特定的邮箱标志符都必须不同），这样上位机只要将目标子系统的邮箱标志符，写入自己的发送邮箱标志符，就可以将数据准确的传送到下位机了，上位机接收到数据时，也是通过邮箱标志符来判别数据是由哪个子系统传送的。 4 结 语 设计的印刷套色系统引进高效而可靠的DSP芯片TMS320lf2407作为印刷套色控制芯片，并利用其内部集成的CAN模块与上位机进行通讯，比较起传统的单片机控制系统无论在性能上，还是可靠性上都提高了一大步。CAN上的节点数可达到110个，这为以后的系统升级提供了很大的方便，而以前采用RS232通讯的系统若要扩展子系统，则必须在硬件上扩展上位机的串口卡的接口数，过程繁复；采用CAN总线后，扩展子系统只要在软件上分配扩展的子系统一个新的邮箱标志符，整套系统就可以正常运作了。此自动套印系统经过了试验运行，试验表明本系统可以适用于任何能手工套准的凹版印刷机，而不增添任何额外设备，即使不使用自动张由控制系统，其套印误差仍可保持在原人工套印的最好水平。印刷速度可提高到机械上限或油墨烘干速度上限，因而该系统将具有良好的应用前景。