基于STC11F32XE单片机的凹版印刷机干燥箱智能控制系统设计.pdf

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基于STC11F32XE单片机的四版印刷机
千燥箱智能控制系统设计
Deslgn of intelligent control system for drying oven
of gravure press based on STC11F32XE MCU
唐凡森,周箭,吕征字
TANG Fan-sen, ZHOU Jian, LV Zheng-yu
(浙江大学电气工程学院,杭州310027
摘:针对凹版印刷机的干燥过程的复杂性,利用单片机作为控制和人机交互核心,结合485总线通
讯技术以及工控机的总体协调,设计了一种低成本、高可靠性的版印刷机干燥箱智能控制
系统。系统能够采集温度、风压等多种信号,依据PD算法和相关预设参数,通过智能调节加
热器档位、鼓风机速率等方式,买现干燥过程的精确控制。同时,系统也兼顾了生产现场入
工直接观察和调节干燥过程的传统需求,进一步保障了生产过程的安全、顺利。经过软硬件
调试,系统运行良好,具备一定的工程买用价值。
关键词:四版ED刷机;干燥箱;单片机;智能控制
中分类号:TP273+2
文献标识码:B
文章号:1009-0134(2015)10(下)-0042-05
Ooi:10.396/」.ISn.1009-0134.2015.20.13
0引言
凹版印刷机的干燥系统虽然带有內部温度测量系统,但
近年来,随着包装行业的迅猛发展,凹版印刷因其仍然需要通过人工手动调节热源加热档位、加热时间、
具有的印品质感优良、层次丰富、承印幅面宽、承印材风机转速、风门大小的方式来实现干燥过程的控制。考
料广泛等相比于其他印刷方式的独特优势,在国内外市虑到当代凹版印刷机色组数量多、各色组的温度控制系
场上的应用不断增加,并且向着多功能、多色组的连线加统根据车间情况呈分布式布置,人工观察各色组温度状
工方向发展,其印刷速度已经达到300mmin乃至更高。
态继而手动调控的方式,存在效率低下、响应速度缓
作为凹版印刷的核心工艺流程之一,各印刷色组的慢、抗干扰能力差等缺点,并且其干燥效果严重依赖于
色间干燥是指在印品进入下一印制色组之前,前一印刷工人的经验丰富程度,不能满足工艺需求。
色组的墨层尽可能完全干燥及固化。干燥效果不佳会导
文献[2]采用PLC为控制核心,基于PID算法,以温
致墨色叠印或堵版,而过度的干燥也会直接影响到印品度为参量来调节鼓风机的转速,控制阀门的开度以达到
质量。适度、快速的干燥在保证了印品质量的同时,既系统控制的要求,同时采用现场总线技术实现了多色组
可以使得印刷过程中产生的毒害物质尽可能少地逸散,的智能控制。该方式存在成本高昂、系统复杂,且生产
也对印刷速度的提高有极大的好处。因此,凹版印刷机设备上无法直接观察、控制系统温度、风压等参数的缺
各色组干燥过程的精确控制对凹版印刷机机的设计创新点。文献[3]的改用双单片机分别作为自动控制核心和
具有非常重要的意义
人工观察操作核心,降低了系统成本,同时兼顾了工人
无论凹版印刷机的加热源是哪一种类,如电加热、的现场操作。但其对象并非凹版印刷机,因此并未考虑
瓦斯加热等,但其干燥过程控制系统始终是一个滞后系多色组单元的统一智能控制。此外,上述两篇文献均仅
统,会受到多种不确定因素的影响,如:外界环境温以温度为参量,以风机转速或阀门开度为控制量,略显
度、新鲜空气的流量、风压的变化等。在传统工艺中,
不足
收日期:2015-04-20
作者简介:唐凡森(1991-),男,四川南充人,硕土研究生,研究方向为数字通信在电力电子领域的应用。
42第37卷第10期2015-10(下)
判进心や化
本论文设计的智能热风系统,结合二者的优点,在
实现了各色组单元干燥过程智能控制,并兼顾人工现场
工控机
观察和干预的需求的同时,还可以通过工控机实时监控
1485总线
所有色组单元的整体运行情况并加以调节。此外,还增
加干燥系统内风压为参量,增加加热器档位、风门开度
色组2
色组N
为控制量。
色组1
1智能控制系统的整体设计
通讯模块
此智能控制系统由工控机和各色组独立的干燥控制
品度信号
ED显示模块
模块构成,各色组的干燥控制模块与工控机之间由485
气压信号
STCI1F32KE
上控核心
人机交互」「EL报警模块
总线进行简单而稳定的连接,实现生产现场数据及工控
风门、变频器
核心
状态等信号
键盘输入模块
机控制命令的可靠传输。
对单个色组的控制模块而言,以一块单片机为控
电路模块(加热
位、风门开度
制核心,采用PID控制算法对干燥箱的加热器档位、鼓
机转速等等)
风机转速、风门开度进行调节,最终实现整个干燥过程
图1系统整体架构图
的智能控制;以另一块单片机作为人机交互核心,用于
满足生产现场人工直接观察、调节干燥箱工作状态的需
此外,凭借系统的人机交互模块,相关人员也可以
求。图1为此智能控制系统的整体结构框图。
在生产现场直接观察并调节干燥过程中的参数和控制模
系统中的工控机通过485总线向各色组下发预设参
式。人机交互核心会将相应的参数调整传输到主控核心
数,并设定相应的控制模式。主控单片机通过相应的信
并即时存储、执行,然后将相应的变动上传到工控机。
号采集模块获知凹版印刷机当前的工作状态,采用PID2硬件设计
算法得出相应的控制信号,进而通过控制电路模块实现
在上述系统整体框架描述中,硬件设计的主要模块
对加热器档位、鼓风机转速、风门开度等参数的动态智
包括信号采集模块、主控核心模块、控制电路模块、人
能控制,以达到干燥过程的最优化。
机交互核心模块。
数字量输入(8路),此处略去,直接到光耦
模拟开关
光耦阵列
4-20mA模拟量输入(4路)
Mu n O
1,?1
本m
-AN0 YD
ANNE
0-10V模拟量输入(3路)
AIN4
AD采样芯片MAX11620
图2信号采集模块电路图
第37卷第10期2015-10(下)【43