畢業(yè)設(shè)計77紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的研究及應(yīng)用姓名：徐鳳陽申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計及理論指導(dǎo)教師：袁清珂20090601摘要摘要為了更好的滿足市場和客戶對多色紙箱印刷機(jī)質(zhì)量的高精度套印要求，針對紙箱印刷機(jī)的控制系統(tǒng)和性能特點，對原有電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，本文在原有紙箱多色印刷機(jī)的電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)上，引入模糊PID控制的方法，提高了電氣控制的精度。本文在廣東省粵港關(guān)鍵技術(shù)重點突破招標(biāo)項目“數(shù)字化高速高性能紙箱印刷開槽模切成套設(shè)備的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化(200649821010)的支持下，將Siemens公司的S7-200PLC應(yīng)用于紙箱印刷機(jī)的控制系統(tǒng)中，通過基于USS協(xié)議的RS485總線進(jìn)行組網(wǎng)，進(jìn)行PLC和變頻器對電機(jī)的控制，經(jīng)過試驗研究和樣機(jī)試制，取得了滿意的結(jié)果。目前，所開發(fā)的控制系統(tǒng)己成功地應(yīng)用到實際設(shè)備的生產(chǎn)。本文的主要研究工作和創(chuàng)新點如下：根據(jù)紙箱多色印刷成套設(shè)備對控制系統(tǒng)的要求，針對紙箱多色印刷成套設(shè)備傳動系統(tǒng)中的參數(shù)變化、拖動負(fù)載變化、非線生等特點，對模糊PID控制方法進(jìn)行了深入研究，開發(fā)了紙箱多色印刷成套設(shè)備的智能傳動伺服控制系統(tǒng)。經(jīng)仿真實驗驗證：將模糊PID控制應(yīng)用到包裝印刷傳動智能控制系統(tǒng)中，提高了電氣控制的精度，動、靜態(tài)性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制?；赨SS協(xié)議，優(yōu)化了現(xiàn)場總線控制，設(shè)計了紙箱多色印刷成套設(shè)備中各控制單元之間的通信系統(tǒng)，開發(fā)了通信軟件，實現(xiàn)了各單元的同步控制，使系統(tǒng)具有邏輯簡單、抗干擾能力強等特點。將PLC可編程控制器與全數(shù)字商|生能的變頻交流伺服系統(tǒng)結(jié)合，利用PLC的高數(shù)計數(shù)器和脈沖集成輸出功能與變頻器的脈沖位置控制方式，設(shè)計開發(fā)了紙箱印刷機(jī)傳動控制系統(tǒng)，并應(yīng)用到了實際設(shè)備的開發(fā)過程，從而取得了滿意的結(jié)果。通過實踐測試，該系統(tǒng)在實際的運行過程中反映出操作方便、運行穩(wěn)定、安全可靠等特點。關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；模糊PID控制；變頻器通信；USS協(xié)議廣東丁業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTTo better satisfy the market requirements and highprecision demands for cartonprinting machine control system by customers，and according to the control systemand performance characteristics of carton printing machine，technology reform fororiginal electrical control system is achievedBased on the electrical control system oforiginal carton printing machine，the method of FuzzyPID control is introduced；theprecision of electrical control is promotedThis paper is supported byCanton-Hongkong Bidding Projects：research and production on carton printingmachine with digital high speed and performanceUsing S7200PLC belonged toS iemens Company to contro l system of carton printing machine，and networking o fRS485 bus based on USS protocol，PLC and inverter is used to control motor，itobtained the desired results by experimental study and prototype trialproductionAtpresent，the developed system is successfully used to production of actual equipmentThe main research work and innovative points are as follows：According to the requirement of carton printing machine to control system，by thecharacteristics of parameter changes，driving load changes，and nonlinearity in thetransmission system of carton priming machine，an intensive study to Fuzzy PIDcontrol was made，the intelligent transmission servo control system was developedSimulation experiment illustrated that putting Fuzzy PID control to transmissionintelligent control system of package printing machine promoted electrical controlprecision，the dynamic and static performance was superior to the traditional PIDCOntr01Based on the USS protocol，the current bus control was optimized，communication system among each control unit of carton printing machine wasdesigned，communication software was development，synchronous control of each unitwas realized，and this made the system having the characteristics of logic simplenessand strong antiinterferenceIIABSTRAcTPLC was combined with丘equency ac。servo system，transmission contro l systemof canton printing machine system was designed by pulse position contro l method forPLC high counter and pulse integrated output function and inverter，it also applied fordevelopment process of actual equipment and obtained desired resultsAccording topractical test，this system reflected the characteristics of convenient operation，stablerunning，and reliable safety in the actual running processKey Words：PLC control system；Fuzzy PID control；Inverter communication；USS protocolIII獨創(chuàng)惟聲明獨創(chuàng)性聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，不包含本人或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明，并表示了謝意。本學(xué)位論文成果是本人在廣東工業(yè)大學(xué)讀書期間在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的，論文成果歸廣東工業(yè)大學(xué)所有。申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任，特此聲明。論文作者簽字：指導(dǎo)教師簽字：71經(jīng)刃刃Z月、FtL第一章緒論第一章緒論11紙箱包裝印刷行業(yè)發(fā)展情況概述隨著人們物質(zhì)文化生活水平的大幅提高和消費觀念的改變，國內(nèi)包裝市場十年來每年以20以上的速度增長，其中包裝印刷市場的增長得更快，而且印刷的質(zhì)量和品位也在不斷地提高?，F(xiàn)在企業(yè)家們對包裝印刷的作用己經(jīng)有了更新的認(rèn)識【11?，F(xiàn)在瓦楞紙箱包裝的色彩越來越鮮艷醒目，這是因為瓦楞紙箱包裝有了一個新的任務(wù)展示商品、促進(jìn)銷售。在大型超市，印刷精美的彩色紙箱更能吸引顧客的注意力，提起顧客的興趣，刺激購買欲望。這就要求瓦楞紙箱不僅具有運輸包裝的功能，而且要有優(yōu)良的表面印刷質(zhì)量。人們?yōu)榱税踩匕延谜郫B紙盒包裝的物品或塑料袋包裝的物品(如液態(tài)牛奶)運送到銷售點，通常要把它們包裝在瓦楞紙箱內(nèi)，之所以選用瓦楞紙箱在于，與同樣重量的實心紙板相比，瓦楞紙板更抗沖擊，能夠更好地保護(hù)內(nèi)容物不受沖擊損害。然而，您可能會注意到一個相當(dāng)大的矛盾，即印刷精美的、可促進(jìn)銷售的折疊紙盒或液態(tài)牛奶包裝袋被包裹在未經(jīng)印刷或只印刷了一些簡單文字的包裝箱中，如果不打開包裝箱而將其留在銷售點，那么，無論折疊紙盒或液態(tài)牛奶包裝袋設(shè)計得多么吸引人，印刷得多么精美，也毫無吸引力可言。在這種場合，瓦楞紙箱包裝的圖案設(shè)計就顯得極其重要。這就是為什么現(xiàn)在越來越多的瓦楞紙箱都被印上了圖案。目前我國瓦楞紙板的印刷分為：膠印再對裱粘合成紙板、柔性版直接印刷、預(yù)印刷及幾種特殊的印刷制箱方式等。目前國內(nèi)外紙箱制作的主要方式及特點膠印間接印刷瓦楞紙箱膠印間接印刷紙箱的工藝流程為單面瓦楞紙板(單張)和膠印彩色印刷面紙(單張紙)對裱粘合成紙板模切丌槽，粘合釘箱。這種方法是用膠印印刷瓦楞紙箱面紙，然后使用單機(jī)復(fù)裱瓦楞。它可以印制圖案精美的紙箱，提高了紙箱產(chǎn)品的印刷質(zhì)量，目前我國用于銷售包裝的高檔瓦楞紙箱大部分是膠印產(chǎn)品。膠印印刷瓦楞紙箱具有以下優(yōu)點：印刷產(chǎn)品非常精細(xì)，制版容易，可以進(jìn)行廣東工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文表面整飾，印刷品質(zhì)比較穩(wěn)定。膠印印刷瓦楞紙箱具有以下不足：不適合采用紙板聯(lián)動生產(chǎn)線，僅適合采用單面瓦楞機(jī)，生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，紙箱強度低、廢品率高、生產(chǎn)成本高(生產(chǎn)場地大、勞動強度高，印刷幅面有限；交貨期不夠靈活等。柔性版印刷瓦楞紙箱柔印紙箱生產(chǎn)的工藝流程為：瓦楞紙板生產(chǎn)紙板直接印刷(柔性版)模切開槽粘合釘箱常規(guī)的柔性版印刷瓦楞紙箱工藝是直接在瓦楞紙板上進(jìn)行印刷，使用的是水性油墨。目前在我國的紙箱廠中應(yīng)用很廣泛。柔性版直接印刷具有以下優(yōu)點：幅面大，寬幅的柔性版印刷機(jī)最大幅寬可達(dá)至到2532m；價格低，柔印版耐印力很高，可重復(fù)使用；油墨價格也較低；可以聯(lián)動生產(chǎn)(印刷、開槽、壓痕)；紙箱強度降低比較少。由于柔印是輕壓印刷，所以對瓦楞紙板的強度影響很小。柔版直接印刷瓦楞紙板，雖然印刷質(zhì)量較高，效率也較高，但要印出與膠印相媲美的圖案還有以下三方面的困難：瓦楞紙板在高速印刷過程中很難保持穩(wěn)定；從而導(dǎo)致四色以上的極佳套印精度難以達(dá)到；在多色套印時，當(dāng)紙箱印刷機(jī)無法保證足夠的多色套印精度時，紙箱印刷就不能達(dá)到較高的要求。預(yù)印刷瓦楞紙箱預(yù)印刷，包含兩種印刷方式、凹印預(yù)印、柔印預(yù)印。凹印預(yù)印生產(chǎn)彩色瓦楞紙箱的方法是，使用凹版印刷機(jī)在卷筒紙上進(jìn)行印刷，印刷后仍然收料成卷筒紙，再將印刷好的卷筒紙作為紙箱面紙上瓦楞紙生產(chǎn)線做成瓦楞紙箱板，再用模切機(jī)切成箱形。柔印預(yù)印生產(chǎn)彩色瓦楞紙箱的方法是，使用柔版印刷機(jī)在卷筒紙上進(jìn)行印刷，印刷后仍然收料成卷筒紙，再將印刷好的卷筒紙作為紙箱面紙上瓦楞紙生產(chǎn)線做成瓦楞紙箱板，再用模切機(jī)切成箱形。這兩種方法制作的紙箱的印刷質(zhì)量和成型質(zhì)量都比較高，適合于高質(zhì)量、大批量生產(chǎn)。柔印紙箱生產(chǎn)的工藝流程為：卷筒紙預(yù)印刷面紙和生產(chǎn)線生產(chǎn)的瓦楞復(fù)合粘合電腦縱切電腦橫切模切開槽粘合釘箱柔印預(yù)印刷對紙張和油墨的要求預(yù)印刷對紙有特殊的要求，涂布白板紙的印刷面有很好的彩色表現(xiàn)力，但在通過瓦楞高溫烘道粘合過程中，涂料會有不同程度的變化，直接影響彩色表面圖案效果，不是最適用的紙張；掛漿白板紙，雖然能夠滿足瓦楞高溫烘道粘合過程的要求，但因其表面粗糙不平，導(dǎo)致印刷圖案丟網(wǎng)點、不實、顯現(xiàn)力差，同時油墨消耗量大，也不是最理想的預(yù)印用紙。實踐證2第一章緒論明：良好的預(yù)印刷用紙應(yīng)是白卡紙，它既能充分表現(xiàn)印刷圖案色彩，又能經(jīng)受瓦楞高溫烘道粘合過程的考驗。預(yù)印離不開油墨，對油墨的耐熱性和耐摩擦性有特殊要求，預(yù)印生產(chǎn)的面紙在瓦楞紙生產(chǎn)線上進(jìn)行壓平及通過烘道工段時，要求使用的水墨耐高溫、耐磨性好，否則彩面會被拉花，掉墨成為廢品。通過分析可知：紙箱印刷的方法很多。每一種方法都有其優(yōu)缺點，要根據(jù)生產(chǎn)的紙箱的特點選擇合適的EP,BU方式。特別是高質(zhì)量、大批量的制作瓦楞紙箱，預(yù)印刷無疑是最好的方式。在中國，柔印起步較晚，上世紀(jì)八十年代中期開始引進(jìn)簡易的層疊式柔印機(jī)。近幾年，在世界柔印技術(shù)日趨完善，特別是在歐美得到迅速發(fā)展的形勢下，中國業(yè)內(nèi)人士對柔印工藝和技術(shù)有了新認(rèn)識，開始引進(jìn)高水平的各種型號柔印機(jī)。任何一種新技術(shù)的引用，都會遇到困難，柔印也不例外口1。經(jīng)過二十多年的努力發(fā)展，我國的包裝行業(yè)取得了長足的進(jìn)步。如今國內(nèi)的包裝工業(yè)，門類基本齊全，特別是包裝專業(yè)設(shè)備制造行業(yè)得到快速的發(fā)展，形成了一定的裝備供應(yīng)能力，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對商品包裝印刷水平的要求也越來越高，包裝行業(yè)對高質(zhì)量的包裝印刷機(jī)的需求也日漸增多?，F(xiàn)代社會隨時隨處都需要EP,B0品，印刷品已成為人類生存和發(fā)展的重要組成部分31。印刷品是印刷的產(chǎn)品，而印刷術(shù)則是中華民族的偉大發(fā)明。一般地說，將圖文原稿制成印版，在印版上涂布油墨，經(jīng)加壓將油墨轉(zhuǎn)移到紙張或其它承印材料上，形成作為原稿復(fù)制品的印張，這就是傳統(tǒng)意義上的EP,B0。大量的印張再經(jīng)整理修飾加工即是印刷品了。可見，印刷品是通過制版、印刷和印后加工，即運用印刷技術(shù)生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品?，F(xiàn)代化的印刷機(jī)，主要是利用機(jī)械方式，將墨槽中的油墨傳遞到印版上，再從印版表面轉(zhuǎn)移到承印物上。雖然轉(zhuǎn)移到承印物表面的圖像信息并不以數(shù)字形式存儲，但是Ep,BIJ機(jī)上卻配置許多數(shù)字系統(tǒng)來監(jiān)測和控制諸如顏色、套印、紙張張力、油墨密度等重要的印刷變量，用計算機(jī)使印刷機(jī)更有效地工作。常用的模擬印刷方法有：凸版E；P,B0、平板印刷、凹版印刷和絲網(wǎng)eP,BIJ等。凹版印刷的圖象質(zhì)量很好，這是人們所公認(rèn)的。目前，凹版印刷對于印刷上百萬張的印刷產(chǎn)品，仍然是首選的方法，如發(fā)行量巨大的刊物、有巨大市場消費量的包裝用品以及特殊的裝潢材料。廣東工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文20世紀(jì)70年代以前，凹版印刷中使用的凹版有手工和機(jī)械雕刻凹版、照相凹版(也叫影寫版)兩種。手工和機(jī)械雕刻的凹版，線條細(xì)膩、版紋精巧，具有很高的防偽價值，至今仍用來印刷鈔票、票據(jù)等有價證券之類的印刷品。80年代中，出現(xiàn)了用電子雕刻機(jī)加工而成的電子雕刻凹版。90年代以后，從數(shù)字化印前系統(tǒng)直接向雕刻機(jī)輸入數(shù)據(jù)流，自動完成凹版滾筒的雕刻，即CTP系統(tǒng)率先應(yīng)用于凹版制版中，大大地提高了凹版的制版速度和印版質(zhì)量。在90年前后，我國大型包裝印刷企業(yè)根據(jù)包裝印刷市場發(fā)展，先后從意大利、德國、日本等著名印刷設(shè)備商引進(jìn)了多條多色凹版印刷機(jī)生產(chǎn)線、滿足了當(dāng)時國內(nèi)市場的需求。然而，近幾年來中高檔包裝印刷市場的迅速增長，凹版印刷機(jī)套色自動化程度也不斷的提高，單單依靠那些進(jìn)口設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需要，而引進(jìn)進(jìn)口設(shè)備又是一般企業(yè)經(jīng)濟(jì)能力所不能承受的。這樣一來，大批的中小印刷企業(yè)就在國內(nèi)生產(chǎn)的凹版印刷機(jī)中尋找合適自己和包裝印刷市場的多色凹版印刷機(jī)，其相應(yīng)的自動套色系統(tǒng)的發(fā)展也有待提高。我們先從國產(chǎn)凹版印刷機(jī)的發(fā)展和技術(shù)方面入手，然后進(jìn)一步研究適合國內(nèi)凹版印刷機(jī)的自動套色系統(tǒng)的控制策略。12紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展紙箱包裝企業(yè)更新改造速度加快紙箱將向中高檔低量化產(chǎn)品發(fā)展，瓦楞紙板生產(chǎn)線將向?qū)挿?、高速、高精度、全自動方向發(fā)展。水性印刷丌槽機(jī)將向多色、高速、高精度、柔性網(wǎng)點印刷方向發(fā)展然后帶動印刷模切工藝發(fā)展。伴隨著國際包裝機(jī)械的發(fā)展，為滿足現(xiàn)代人對商品包裝多樣化、精美化的消費需要，人們對包裝印刷傳動系統(tǒng)的高自動化、位置跟蹤精度要求也越來越古【51。將微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、新傳感技術(shù)、激光技術(shù)以及新工藝技術(shù)與新材料技術(shù)等應(yīng)用于包裝機(jī)械，各類先進(jìn)技術(shù)以群體綜合應(yīng)用方式謀求實現(xiàn)智能化、高自動化，高效能化，這反映出現(xiàn)代包裝機(jī)械的高科技水平和發(fā)展方向。由于歷史原因，我國的現(xiàn)代化包裝和包裝機(jī)械的發(fā)展起步較晚，基礎(chǔ)比較薄弱，通過引進(jìn)、消化、吸收、國產(chǎn)化生產(chǎn)和自主開發(fā)，包裝已成為國民經(jīng)濟(jì)中重要產(chǎn)業(yè)，包裝機(jī)械己成為機(jī)械工業(yè)的重要組成，并具有一定的生產(chǎn)能力與規(guī)模，國產(chǎn)包裝機(jī)械產(chǎn)品類別品種比較齊全，有半自動化的、初級自動化的到微機(jī)控制4第一章緒論的現(xiàn)代自動化的各類包裝機(jī)械，在我國微機(jī)控制方式已經(jīng)普及，包裝印刷機(jī)械以及包裝生產(chǎn)中質(zhì)量控制和自動檢測控制設(shè)備性能都較好。121紙箱印刷機(jī)發(fā)展趨勢我國包裝機(jī)械的生產(chǎn)雖然己取得很大發(fā)展，但與世界先進(jìn)水平還有較大的差距。目前，一些商品沒有包裝或缺少適宜的包裝機(jī)械，包裝機(jī)械的品種還有缺口，高級自動化和多功能自動包裝機(jī)、大型精密高速的先進(jìn)自動包裝機(jī)、先進(jìn)的包裝檢測設(shè)備還要靠進(jìn)口。目前國產(chǎn)包裝機(jī)械控制仍以機(jī)械電器控制為主，相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家70年代水平，一部分采用了光電微機(jī)控制技術(shù)，達(dá)到了國外80年代先進(jìn)水，還有一小部分新開發(fā)的包裝機(jī)械接近或達(dá)到90年代先進(jìn)水平。下面介紹包裝印刷機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的幾個階段。1手動調(diào)節(jié)階段 所有包裝印刷過程全靠手動調(diào)節(jié)，套色準(zhǔn)確與否靠工人肉眼觀察，操作工人根據(jù)積累的經(jīng)驗調(diào)節(jié)套色。這導(dǎo)致操作復(fù)雜，定位誤差大，動態(tài)調(diào)節(jié)慢，運行中發(fā)生嚴(yán)重的錯位現(xiàn)象，工人的勞動強度相當(dāng)大，而且造成浪費嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量差，現(xiàn)已基本淘汰。2半自動半手動階段 所有包裝印刷前后兩色位置靠光電傳感器前后兩脈沖重合來套準(zhǔn)。開機(jī)由操作工人手動調(diào)節(jié)，范圍內(nèi)再由光電傳感器兩脈沖重合套準(zhǔn)，靠肉眼觀察，基本調(diào)準(zhǔn)位置誤差在一定這種控制器采用全模擬電路，控制工程復(fù)雜，雖比全手動調(diào)節(jié)簡單，但控制性能還是較低。因采用模擬電路，信號干擾大，造成套色位置精度差，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求。3微機(jī)控制階段 隨著微電子技術(shù)的提高，伺服電機(jī)控制系統(tǒng)慢慢由模擬伺服系統(tǒng)向數(shù)字伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，數(shù)字伺服系統(tǒng)可以實現(xiàn)高精度的位置控制，而模擬伺服系統(tǒng)精度較差，數(shù)字伺服系統(tǒng)可以隨意改變控制方式。利用單片機(jī)、PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器，色標(biāo)傳感器組成控制系統(tǒng)應(yīng)用于控制包裝印刷傳動系統(tǒng)中，具有體積小，可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點。由于微電子技術(shù)、傳感技術(shù)和電子計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，形成了新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的復(fù)合，改善了包裝印屆IJSJL械的結(jié)構(gòu)，提高了工作質(zhì)量、精度、速度和可靠性，促進(jìn)了包裝機(jī)械和包裝生產(chǎn)系統(tǒng)向智能化、高自動化方向發(fā)展。4高速印刷生產(chǎn)過程的在線監(jiān)視階段 目前國內(nèi)外高檔紙、塑包裝大都采用廣東工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文凹版印刷，對包裝印刷的質(zhì)量日益提高。包裝印刷的質(zhì)量要求主要有兩方面：一是畫面的套色精度，二是圖案的色彩。在高速印刷生產(chǎn)中對畫面套色精度和圖案色彩的在線監(jiān)視是保證印刷質(zhì)量的關(guān)鍵。世界上先進(jìn)凹版印刷機(jī)印刷速度大都是在300mmin以上，德國與美國相繼研制了適合高速印刷生產(chǎn)過程的在線監(jiān)視系統(tǒng)，而此技術(shù)在我國仍是空白。 在高速印刷生產(chǎn)過程中，印刷畫面依次運行經(jīng)過攝像頭的視野，采用頻閃燈進(jìn)行同步頗閃照明，由彩色CCD攝像頭進(jìn)行印刷畫面的圖像拍攝，圖像存貯裝置拍攝的圖像送至監(jiān)視器進(jìn)行顯示，直到下一幅拍攝圖像傳送至存貯器后，進(jìn)行動態(tài)刷新。這樣就把印刷過程中高速運行的畫面逐幅靜止地顯示在監(jiān)視器上，對印刷畫面的套色精度和圖案進(jìn)行在線監(jiān)視，系統(tǒng)的控制在PC機(jī)上由軟件來實現(xiàn)，應(yīng)用軟件包括整機(jī)控制、圖像采集、預(yù)處理和圖像存貯、變換等，具有友好的操作界面。主要的控制功能有：(1)監(jiān)視部位的縱向、橫向變換；(2)監(jiān)視范圍大小調(diào)節(jié)；(3)圖象清晰度調(diào)節(jié)；(4)監(jiān)視周期調(diào)節(jié)；(5)圖象存取15幅，按號存取，自動覆蓋。應(yīng)用該系統(tǒng)對高速印刷生產(chǎn)過程進(jìn)行在線監(jiān)視可減少初期對版時間。在印刷過程中及時調(diào)節(jié)套色系統(tǒng)和各色油墨濃度，降低了廢品率，大幅度提高印刷質(zhì)量和生產(chǎn)效率。6第一章緒論5現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在高速多色印刷機(jī)中的應(yīng)用 隨著現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，制造自動化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)模式經(jīng)歷了集中式(DCS)，分層式(MAP)的發(fā)展階段而進(jìn)入平面式。在今后很長一段時期內(nèi)，仍以分層式和平面式相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)體系為主。面向21世紀(jì)的制造自動化網(wǎng)絡(luò)基本體系結(jié)構(gòu)由設(shè)備層、自動控制層以及信息層構(gòu)成，它代表今后制造自動化技術(shù)發(fā)展的一種方向。以分層式和平面式相結(jié)合的平坦體系結(jié)構(gòu)是最流行的現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它完成離MPS個人PC 第=方設(shè)備以太網(wǎng) 3 3工 ? 3印刷主控計算機(jī) 故障記錄系統(tǒng) 控制臺3 0 3千 千 千士 士 ACll0 ACll0 ACll0J 、工MPSField BusI工工。 個I ArtNeIO模塊 IO模塊 顯示 定位系統(tǒng) IO模塊，1 raFn，、，、ano r,IK、一Uo41 調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器 卜圖11現(xiàn)代印刷設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖散化生產(chǎn)過程的邏輯控制和生產(chǎn)信息管理功能。它分為設(shè)備層、自動控制層、信息層?，F(xiàn)代印刷設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖11所示。設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開放網(wǎng)絡(luò)，用于簡單的低層工業(yè)裝置(傳感器，拖動裝置，閥門等)與高層設(shè)備(計算機(jī)，PLC)之間提供連接；自動控制層網(wǎng)絡(luò)是基于PLC工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)開放或半開放網(wǎng)絡(luò)。它將IO網(wǎng)絡(luò)和對等通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，成為可滿足實時性和高吞吐量要求的控制網(wǎng)絡(luò)；信息層網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)TCPIP網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)置或側(cè)掛具有TCPIP通信能力的處理器之間能進(jìn)行對等通信，傳輸速率為10Mbps?，F(xiàn)代機(jī)電設(shè)備的特征是現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)注入傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備，并將現(xiàn)代工程的系統(tǒng)論，信息論，控制論和智能論融為一體，從而導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備的7廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文徹底變革，而將這些高新技術(shù)應(yīng)用到包裝印刷技術(shù)生產(chǎn)線上，對推動包裝印刷的發(fā)展起著不可估量的作用。122模糊控制在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀隨著控制技術(shù)的發(fā)展，控制理論與方法也得到發(fā)展。除了對PID型控制器在應(yīng)用前景方面的廣泛研究以外，狀態(tài)空間方法，隨機(jī)方法，優(yōu)化控制，濾波方法以及狀態(tài)估計法的理論研究及應(yīng)用也取得了明顯的成功J。經(jīng)典的控制技術(shù)有一個明顯的特征，即模型的結(jié)構(gòu)非常精確。它是根據(jù)控制系統(tǒng)的物理、化學(xué)以及力學(xué)等特征，導(dǎo)出一些常常是復(fù)雜的模型方程，求解這些方程需要比較復(fù)雜的算法。目前研究的控制系統(tǒng)更多涉及到多變量、非線性、時變的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜性與控制技術(shù)的精確性形成了尖銳的矛盾。正如LAZadeh所指出的，當(dāng)系統(tǒng)日益復(fù)雜，人們對它的精密而有意義的描述的能力將相應(yīng)地降低，以致達(dá)到精密與有意義成為兩個幾乎相互排斥的特征的地步。要想精密確切地描述復(fù)雜現(xiàn)象和系統(tǒng)的任何現(xiàn)實的物理狀態(tài)，事實上是辦不到的。這樣就迫使人們在控制系統(tǒng)的精確性與有意義之間尋求某種平衡。1965年美國加利福尼亞大學(xué)的自動控制教授LAZadeh首次提出了“模糊集合”的概念，借助于“模糊集合”可以描述諸如“太高”、“很快、“稍低”、“大幅度等語言變量值，并且對這些語言變量值進(jìn)行某種復(fù)合運算，這樣就使得有人的經(jīng)驗參與的控制過程成為實際可能。1973年，LAZadeh又進(jìn)一步研究了模糊語言處理，給出了模糊推理的理論基礎(chǔ)。1974年，EHMamdani提出了模糊控制，1980年開始模糊控制的應(yīng)用研究。1984年，國際模糊系統(tǒng)學(xué)會成立，1985年，召開了第一屆國際模糊系統(tǒng)學(xué)會的學(xué)術(shù)交流會。各個國家相繼成立了模糊系統(tǒng)工程研究所，世界上一些大公司開始了模糊產(chǎn)品的開發(fā)。1985年開始模糊推理集成塊的開發(fā)，1986年在同本模糊控制器己成為商品之后，各種各樣的模糊控制產(chǎn)品及系統(tǒng)應(yīng)運而生。特別是于1987年在日本，基于模糊控制的仙臺地鐵開通以后，各種家電的模糊產(chǎn)品相繼研制成功并進(jìn)入市場。同時，各種各樣的模糊控制系統(tǒng)也被研制成功。比如，各種熔爐、電氣爐以及水泥生成爐的控制系統(tǒng)，核能發(fā)電供水系統(tǒng)，金屬板成形控制系統(tǒng)，汽車的控制系統(tǒng)，電梯升降機(jī)的控制系統(tǒng)，機(jī)器人的控制系統(tǒng)，以及8第一章緒論活躍于航空、通訊領(lǐng)域里的專家系統(tǒng)。這些模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用取得了明顯的效益，并且在日本、美國、西歐、東南亞和中國引起了普遍重視。1989年，LAZadeh在接受本國授獎儀式上發(fā)表講話指出，模糊理論是對“徹底排除不明確事物只以明確事物為對象”的科學(xué)界傳統(tǒng)所作的挑戰(zhàn)。這種理論對于如何處理與對待不明確事物，所依據(jù)的思路與過去的科學(xué)實質(zhì)上完全不同。他認(rèn)為，模糊理論今后將在兩個領(lǐng)域取得較大進(jìn)展。一是熟練技術(shù)者替代系統(tǒng)。二是替代專家的專家系統(tǒng)。為使專家頭腦中所進(jìn)行的思考與決策能實現(xiàn)自動化，模糊理論將起重要的作用。當(dāng)然，模糊理論并不能解決所有可能問題，但是只要不回避現(xiàn)實中的不確定事物并加以認(rèn)真對待，就有可能大大提高在模糊環(huán)境中進(jìn)行智慧思考與決策的人及機(jī)器的能力?，F(xiàn)在日本國際模糊工程研究所仍在繼續(xù)研究模糊新的前景。該研究所有三個研究室，第一研究室研究模糊控制，第二研究室研究模糊智能信息處理，第三研究室研究模糊計算機(jī)。模糊控制系統(tǒng)已經(jīng)取得了豐富成果，方興未艾。模糊信息處理系統(tǒng)包括決策支持系統(tǒng)，特別是仿真人類處理復(fù)雜的智能信息，從語義角度研究模式識別與圖象處理，追求目標(biāo)為從天然遺傳因子抽取人的圖象。模糊計算機(jī)的研制包括模糊計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)的硬件，操作系統(tǒng)與語言理解等項目?？傊?，立足于高度智能化的模糊集理論與應(yīng)用的研究將是今后一段時間的中心課題。我們也必須指出，模糊控制在應(yīng)用方面的成功的同時，模糊集理論也面臨著嚴(yán)峻的考驗。1993年7月在美國華盛頓召開的美國第十一屆人工智能年會上，加州大學(xué)圣地亞哥分校的CElkan博士題為“模糊邏輯似是而非的成功中指出“模糊邏輯方法在許多實際世界應(yīng)用領(lǐng)域中得到了成功的運用，但是模糊邏輯的基礎(chǔ)仍然受到攻擊”。1994年8月在(1EEE專家智能系統(tǒng)及其應(yīng)用上發(fā)表文章進(jìn)行反駁。這件事本身就說明了模糊集理論的意義以及它必須深入研究的必要性模糊集理論打開了研究“不確定性的大門，使定量的方法不僅只描述客觀存在的現(xiàn)象，而且把人的主觀認(rèn)識包含在定量的研究方法之中，這正是模糊集理論受到重視的原因。同時，它對人的主觀認(rèn)識描述的不夠有力、不夠深入，是使得模糊集理論一直被懷疑的原因。學(xué)術(shù)界有力的爭論將進(jìn)一步推動以模糊集為代表的“不確定性定量方法的研究與發(fā)展。9廣東工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文13課題的提出與課題來源隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，隨著市場不斷向世界性開放，無疑給國內(nèi)的各行各業(yè)都帶來了極大的挑戰(zhàn)，也是促進(jìn)我們提高技術(shù)實力的大好機(jī)遇。印刷行業(yè)也不例外，隨著關(guān)稅的降低，國外高技術(shù)、高質(zhì)量、高效率的印刷機(jī)不斷在國內(nèi)市場亮相，這給我們國內(nèi)的同等產(chǎn)品帶來了極大的沖擊，這就要求我們制造商，尤其是設(shè)計人員要不斷的學(xué)習(xí)新技術(shù)、開發(fā)新產(chǎn)品、開辟新市場。目前，在世界印刷領(lǐng)域的眾多印刷方式中，膠印機(jī)仍以其良好的網(wǎng)點還原能力和豐富的層次再現(xiàn)性成為印刷業(yè)的佼佼者，膠印設(shè)備和控制技術(shù)的發(fā)展也成為人們關(guān)注的焦點。通過大量的市場調(diào)研和展會信息，可以明顯的看到膠印機(jī)的控制技術(shù)也在發(fā)生著同新月異的變化。網(wǎng)絡(luò)化管理模式的出現(xiàn)和推廣既能實現(xiàn)全廠的網(wǎng)絡(luò)化印刷資源管理，也能很好的完成印刷工藝的控制和印刷數(shù)據(jù)的傳輸。在市場競爭激烈的今天，印刷企業(yè)已從市場主體地位轉(zhuǎn)變到被市場需求所引導(dǎo)的被動地位，印刷產(chǎn)品的設(shè)計也從簡單到復(fù)雜，從六色印刷到多色、專色印刷，從低網(wǎng)線印刷向高網(wǎng)線、高清晰度印刷發(fā)展。從網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)看，印刷企業(yè)已從傳統(tǒng)管理模式向全面實施網(wǎng)絡(luò)化管理控制模式發(fā)展；工藝控制從簡單的手寫傳票發(fā)展為采用電子傳票的網(wǎng)絡(luò)傳輸實施生產(chǎn)控制；制版將從傳統(tǒng)工藝過渡到CTP；印刷過程的色彩控制已從傳統(tǒng)的樣張追色改進(jìn)為自動墨量控制校色：印刷設(shè)備從純機(jī)械操作發(fā)展為計算機(jī)自動化控制。從印刷形式上看，膠印機(jī)從單色低速向多色高速方向發(fā)展：糾偏設(shè)備更加先進(jìn)，套印精度越來越高，自動化程度越來越普及；在應(yīng)用，己從簡單的單機(jī)膠印向多元化聯(lián)機(jī)組合印刷發(fā)展，控制越來越復(fù)雜。從設(shè)備結(jié)構(gòu)看，大量傳統(tǒng)的直接機(jī)械動作被電動、氣動方式所取代，很大程度上提高了印機(jī)的自動化水平，如傳統(tǒng)輸紙變?yōu)檎婵瘴鼩廨敿埾到y(tǒng)，傳統(tǒng)機(jī)械拉規(guī)變?yōu)闅饪乩?guī)，墨斗輥定時反轉(zhuǎn)的防漏墨和飛墨功能，減少紙張浪費的自動墨鏈分離系統(tǒng)，自動上版系統(tǒng)均為企業(yè)節(jié)省了大量的印前準(zhǔn)備時間。還有無軸傳動技術(shù)更是今后印刷機(jī)業(yè)發(fā)展的一大趨勢，各機(jī)組各功能塊改變齒輪的傳動為單獨電機(jī)驅(qū)動，無軸將簡化傳統(tǒng)四個高精度的伺服馬達(dá)控制，并通過計算機(jī)控制與主機(jī)同步，機(jī)組無軸傳動系統(tǒng)和無軸的應(yīng)用極大的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性、提高了效率、減少了浪費?？傊F(xiàn)代膠印技的發(fā)展以不能在單一的用提高印刷速度來衡量，10第。章緒論為了充分滿足市場中各種彩色印刷業(yè)務(wù)、包裝及特種印刷工藝的需求，今后印刷技術(shù)的發(fā)展要靠先進(jìn)合理的印刷工藝和配套的印刷設(shè)備來實現(xiàn)，縮短印前準(zhǔn)備時間，控制和降低生產(chǎn)成本是技術(shù)發(fā)展的方向，膠印技術(shù)還有極強的生命力，要隨著產(chǎn)品市場的需求不斷的完善和發(fā)展。我們無論在機(jī)械方面，還是在電氣控制技術(shù)方面都存在極大的差距。雖說我們目前也有一定量印刷機(jī)出口，但在國外仍然將我們的大部分產(chǎn)品定位在中低端市場，他們看中中國產(chǎn)品的原因還是價格，但在使用中問題多，質(zhì)量相對仍是不穩(wěn)定。國外單張紙膠印機(jī)的印速己突破2萬印4,時，紙張幅面最大超過2050mmx 1510mm，色組不斷增加，開機(jī)準(zhǔn)備時間不斷縮短，換版、調(diào)墨、翻轉(zhuǎn)、上光、給紙、收紙等等一系列操作全盤自動化完成。采用印版滾筒單獨驅(qū)動技術(shù)，可以在不停機(jī)的情況下分離印版滾筒，更換印版，而且可以同時完成印版滾筒、橡皮布和墨輥的清洗。自動套印系統(tǒng)也越來越先進(jìn)和精確，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，印刷企業(yè)在工藝上通過印前、印刷、印后網(wǎng)絡(luò)傳輸和控制，極大提高印刷效率和質(zhì)量，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可實現(xiàn)企業(yè)全方位的網(wǎng)絡(luò)化管理。經(jīng)過市場調(diào)研，紙箱印刷機(jī)的市場需求量較大，則紙箱六色印刷機(jī)的設(shè)計就是市場需求的必然，對應(yīng)的其電氣控制系統(tǒng)的研制也更加重要。以前生產(chǎn)的六色柔印機(jī)，由于受制于當(dāng)時的科技發(fā)展水平，其電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方法和控制方式與現(xiàn)代科技發(fā)展水平相比己呈現(xiàn)出越來越大的差距；其功能和安全保護(hù)等方面，也己經(jīng)滿足不了當(dāng)前的市場需求以及國際國內(nèi)安全標(biāo)準(zhǔn)。為了適應(yīng)廣大市場用戶的需求，本文的紙箱印刷機(jī)產(chǎn)品不論在機(jī)械方面還是在電氣設(shè)計方面都得作相應(yīng)的改進(jìn)盯】【81。紙箱印刷機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，完成的功能比較多，印刷精度要求相對較高，從電氣控制角度來講，開關(guān)量、數(shù)字量、模擬量、電動裝置、氣動元件就較多，當(dāng)初設(shè)計時采用過多個PLC通過USS總線控制，但系統(tǒng)龐大、成本也相對較高。這在實際應(yīng)用中，經(jīng)常給用戶利益帶來極大不利，在維護(hù)方面也帶來了極大困難。工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線可謂是目前國內(nèi)外都非常流行的技術(shù)，它高效率高可靠高可擴(kuò)展等性能，必將使它保持今后控制領(lǐng)域核心地位，針對普通的印刷機(jī)器，使用這樣的系統(tǒng)成本也將偏高。另外國外機(jī)器設(shè)計的系統(tǒng)因為科技含量很高，很多是封閉性的，限于我們國內(nèi)操作人員的技術(shù)水平，也經(jīng)常在維護(hù)方面給用戶帶來困擾。所以這就要求我們設(shè)計出來的產(chǎn)品，要簡單易學(xué)，具有開放性。廣東工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文基于這種現(xiàn)狀，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)特點，隨時考慮用戶的需要，為了提高印刷機(jī)的印刷質(zhì)量和精度、完善全張紙多色膠印機(jī)的印刷功能、提高電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、降低設(shè)計成本、加強安全保護(hù)功能，我通過在學(xué)校的學(xué)習(xí)和自己工廠實習(xí)的設(shè)計經(jīng)驗，針對本文印刷機(jī)型的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點，融合光、機(jī)、電一體化的思想，設(shè)計出了一套合理可靠的控制系統(tǒng)o，1。本文在廣東省粵港關(guān)鍵技術(shù)重點突破招標(biāo)項目“數(shù)字化高速高性能紙箱印刷開槽模切成套設(shè)備的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化(200649821010)”的支持下，進(jìn)行紙箱印刷機(jī)控系統(tǒng)的研究，并引入模糊PID控制到控制系統(tǒng)中，有效的提高了控制精度。14論文的主要研究內(nèi)容本文針對紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，研究模糊PID控制在紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。第一章主要介紹了紙箱印刷機(jī)行業(yè)的發(fā)展概況，綜述了紙箱印刷控制系統(tǒng)的發(fā)展過程和當(dāng)前控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀。闡述了課題背景與意義，提出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章主要介紹了PLC控制系統(tǒng)的概述，紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)功能分析。闡述了本文的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。第三章介紹了傳統(tǒng)PID控制理論、模糊控制理論的發(fā)展和它的優(yōu)缺點、模糊PID控制理論，其中模糊PID控制結(jié)合了傳統(tǒng)PID控制和模糊控制的優(yōu)點。本文提出的FuzzyPID控制器，運用Matlab的Simulink進(jìn)行仿真，并給出仿真實驗結(jié)果。仿真結(jié)果表明了本系統(tǒng)不僅具有較快的響應(yīng)速度，也具有良好的控制精度第四章介紹了全數(shù)字高性能伺服系統(tǒng)的原理和應(yīng)用特點，闡述PLC的設(shè)計原則和在紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)中的軟硬件設(shè)計。第五章紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的通訊設(shè)計和調(diào)試過程，主要介紹了USS通訊協(xié)議概述，論述了PLC和PLC、變頻器之間的通訊設(shè)計。第六章在總結(jié)以前工作的基礎(chǔ)上，對今后工作中需要進(jìn)一步探索和研究的問題進(jìn)行了展望。12第二章紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計第二章紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計21紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的組成211 PLC的發(fā)展及控制系統(tǒng)的比較在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)就在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域占據(jù)著不可替代的重要作用，但由于繼電器控制系統(tǒng)的控制功能僅僅局限于邏輯控制、定時、計數(shù)等這樣一些簡單的控制，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須進(jìn)行重新的設(shè)計、布線、裝配和調(diào)試，采用這樣的控制系統(tǒng)將給我們設(shè)計人員、現(xiàn)場調(diào)試和操作員、以及用戶等等，都帶來極大的不便，己適應(yīng)不了工業(yè)各領(lǐng)域的需要。為此我們不得不尋求新的控制系統(tǒng)設(shè)計方式，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，PLC控制器應(yīng)運而生了191，20世紀(jì)80年代后PLC迅猛發(fā)展，具有了高速計數(shù)、中斷技術(shù)、PID控制等功能，同時聯(lián)網(wǎng)能力大大加強。其內(nèi)部存儲器可執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護(hù)方便，它的高可靠性和高穩(wěn)定性，對我們印刷機(jī)械企業(yè)、環(huán)境惡劣的工廠非常適用?；赑LC的電氣控制系統(tǒng)的控制功能通過存儲程序來實現(xiàn)，不僅可以實現(xiàn)開關(guān)量控制，還可實現(xiàn)模擬量控制、順序控制。PLC控制結(jié)構(gòu)圖，如圖21所示。圖21 PLC控制結(jié)構(gòu)框圖Fig21 PLC control structure diagramPLC控制系統(tǒng)除了能完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的全部功能外，還可實現(xiàn)模擬13廣東工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文量控制、開環(huán)或閉環(huán)過程控制，以及多級分布式控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域功能的不斷完善和復(fù)雜程度的大幅提高，計算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷在工業(yè)生產(chǎn)中也得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，其控制結(jié)構(gòu)框圖如圖22所示。W圖22計算機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖Fig2-2 Basic structure diagram of computer control system如圖22中所示，如果把控制器用計算機(jī)來代替，這樣就可以構(gòu)成典型計算機(jī)控制系統(tǒng)。運用計算機(jī)強大的計算、邏輯判斷和記憶等信息加工能力，只要運用微處理器的各種指令，就能編出符合某種控制規(guī)律的程序。微處理器執(zhí)行這樣的程序，就能實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制，非常方便。而在一般的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制規(guī)律是由硬件電路來產(chǎn)生的，改變控制規(guī)律就要改變硬件電路。計算機(jī)控制系統(tǒng)由計算機(jī)和被控對象兩大部分組成。工業(yè)生產(chǎn)中的自動控制系統(tǒng)，隨控制對象、控制規(guī)律和所采用的控制器結(jié)構(gòu)的不同而有很大的差別。自動控制系統(tǒng)的基本功能是信號的傳遞、加工和比較。這些功能是由檢測變送裝置、控制器和執(zhí)行裝置來完成的。控制器是控制系統(tǒng)中最重要的部分，它從質(zhì)和量的方面決定了控制系統(tǒng)的性能和應(yīng)用范圍31。計算機(jī)控制系統(tǒng)和一般自動控制系統(tǒng)一樣，也有開環(huán)和閉環(huán)兩種。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，計算機(jī)的輸入和輸出都是數(shù)字信號，因此，在這樣的控制系統(tǒng)中，需要有將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換器，以及將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的DA轉(zhuǎn)換器。由于通用計算機(jī)與PLC本身在工作目的、原理和方式上都存在著較大的差異，因此由它們所構(gòu)成的控制系統(tǒng)也將存在本質(zhì)的區(qū)別7】。如表2一l所示。14第二章紙箱印刷機(jī)摔制系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計表21 PLC控制系統(tǒng)與通用計算機(jī)的比較Table 21 The compare of the PLC control system and the common computer system比較項目 通用計算機(jī)系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng)工作目的 科學(xué)計算、數(shù)據(jù)管理等 工業(yè)自動控制工作環(huán)境 對T作環(huán)境要求較高 可應(yīng)用惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式系統(tǒng)軟件 需配備功能較強的系統(tǒng)軟件 簡單的監(jiān)控程序采用的保護(hù)措施 掉電保護(hù)等一般措施 采用多種抗干擾措施，自整斷，斷電保護(hù)，可在線維修編程語言 匯編語言，高級語言 梯形圖，助記符語言，SPC對操作人員的要求 需專門培訓(xùn)，有一定計算機(jī)基礎(chǔ) 稍加培訓(xùn)就可操作對內(nèi)存的要求 容量大 容量小價格 昂貴 低廉其他 若用于控制，一般需自行設(shè)計 模塊類型多，易于集成系統(tǒng)綜上所述，由于PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比有著相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將被PLC控制系統(tǒng)所代替是大勢所趨。而PLC控制系統(tǒng)與計算機(jī)控制系統(tǒng)相比起來，PLC程序設(shè)計簡單、易學(xué)易懂易維護(hù)、可靠、方便、穩(wěn)定，更適合工程技術(shù)人員。因此在工業(yè)級控制領(lǐng)域中，PLC控制系統(tǒng)將是發(fā)展的主流，不過計算機(jī)在信息處理方面還是優(yōu)于PLC，因此在實際系統(tǒng)設(shè)計中，常將兩者結(jié)合，通過通訊線路連接實現(xiàn)信息的傳送和交換，構(gòu)成功能強大的完整的控制系統(tǒng)n 41。212 PL0控制系統(tǒng)的組成PLC控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括PLC本身及其外圍設(shè)備，軟件包括管理PLC的系統(tǒng)軟件、PLC的應(yīng)用程序、編程語言和編程支持工具軟件81。典型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如23所示。廣東工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文r一一一一一PLC一一一一一一一一開關(guān)量 卜 主控模塊 I編棵器輸入模塊 (CPU)存 N1 卜、 儲器、通信接口等 1 PLC終廠十夕刊采樣l 模擬量輸入 卅 卜 系Il 圍設(shè)備被 也劍II一 模塊(AD) 廠 端、外I I l。1 統(tǒng) I控 一 開模塊b III。I l模輸出L 卜“l(fā)模塊(DA)f、 電：PLC制系統(tǒng)硬件組成框圖Fi2-3The harware diaram of he PLC conrol sysem2于PLC紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計21控制系統(tǒng)實際功能分析印機(jī)電氣控制系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、主控裝置(PLC模塊)、電氣檢測裝置(電檢測開關(guān)、傳感器等)、模擬量采樣設(shè)備、電氣執(zhí)行裝置(如電機(jī)或電磁閥)氣操作及顯示裝置(按鈕、人機(jī)界面或上位系統(tǒng))六大部分組成。通過線路連接訊電纜將上述六大部分有機(jī)的聯(lián)系起來，構(gòu)成整機(jī)的電氣硬件系統(tǒng)。操作員氣操作裝置上進(jìn)行的操作信號、由傳感器和電氣檢測元件對機(jī)械運動部件或狀態(tài)的檢測信息等，經(jīng)主控裝置的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或邏輯運算，其結(jié)果通出單元發(fā)送給電氣執(zhí)行元件，從而實現(xiàn)對各種印刷功能的控制；或者將檢測狀態(tài)和執(zhí)行結(jié)果發(fā)送給電氣顯示裝置進(jìn)行相應(yīng)的顯示和監(jiān)控。16第二章紙箱印刷機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計222控制系統(tǒng)系統(tǒng)方案設(shè)計近些年來，印刷行業(yè)的自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展的越來越快，技術(shù)也越來越先進(jìn)，以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)場總線和RS485在物理界面上是一致的，只是各種現(xiàn)場總線有自己的通訊協(xié)議而己。由于串行通訊方式實現(xiàn)方便，系統(tǒng)費用低，所以串行通訊技術(shù)在實際的應(yīng)用中仍發(fā)揮著強大的功能。綜上所述，為穩(wěn)定可靠的完成那一系列復(fù)雜的印刷控制功能，提高我們印刷圖24并形式PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig24 PLC parallel type control system structural picture機(jī)的質(zhì)量和效率，針對本文紙箱印刷機(jī)類型，設(shè)計出了適合的控制系統(tǒng)，其原理結(jié)構(gòu)如圖24所示。本系統(tǒng)的特點是：將控制系統(tǒng)分成傳動、參數(shù)、順序控制三部分，各自除完成自己的控制任務(wù)外，通過RS485通訊進(jìn)行信號的傳送和交換，既獨立又連鎖的共同完成所有印刷功能，極大的提高了工作效率和控制精度；通過變頻調(diào)速單反饋控制方式，大大提高機(jī)器的平穩(wěn)性和安全可靠性；通過觸摸顯示屏設(shè)置水墨電機(jī)跟蹤主機(jī)速度，達(dá)到水墨平衡，提高紙箱印刷品質(zhì)量；通過USS協(xié)議實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。 17廣東1=業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文23本章小結(jié)本章主要簡單介紹了PLC控制系統(tǒng)的組成和發(fā)展，通過比較分析繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和計算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點，確定本系統(tǒng)的設(shè)計方案。下面再明確本系統(tǒng)實際控制功能的基礎(chǔ)上，介紹了并行式PLC控制系統(tǒng)的原理及特點。18第三章紙箱印刷機(jī)模糊PID控制器的設(shè)計與開發(fā)第三章紙箱印刷機(jī)模糊P I D控制器的設(shè)計與開發(fā)模糊控制的最大優(yōu)勢在于它不需要對象的精確數(shù)學(xué)模型，特別適合處理模型不確定的過程。由于模糊控制本質(zhì)上是非線性和自適應(yīng)控制，對于具有參數(shù)波動或者檢測信號不太精確的復(fù)雜非線性多變量系統(tǒng)模糊控制也能很好的工作，對參數(shù)波動和負(fù)載干擾的影響具有很強的魯棒性。但是，如何將模糊控制應(yīng)用于既要有較快的響應(yīng)速度，同時又要有較高的控制精度的交流電動機(jī)位置控制還是一個有待解決的問題71。本文提出了改進(jìn)的FuzzyPID控制器來滿足交流電動機(jī)控制要求。仿真結(jié)果證實了該系統(tǒng)不僅具有較快的響應(yīng)速度，而卻也有良好的控制精度，同時對系統(tǒng)參數(shù)的變化也有很強的魯棒性。31模糊控制器的設(shè)計模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計算智能控制91。本節(jié)以單變量二維模糊控制器為例，其基本原理框圖如圖31所示，它的核心部分為模糊控制器，如圖中點劃線框中部分所示，模糊控制器的控制規(guī)律由計算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)。圖3-1模糊控制原理圖Fig3-1 Schematic diagram of Fuzzy control模糊控制器最簡單的