印刷在线检测系统.doc

绪论.课题背景 目前我国印刷机械技术与国际先进印刷机械技术水平相比有较大差距，印刷机械逐步向高度自动化发展。由于任何彩色印刷品均由四种基色构成，这就注定了彩色印刷品在印刷过程中必然分为多道工序。如果每道工序定位不准，则容易造成混色，严重影响印刷品质。在线自动检测套准系统就是在印刷过程中，自动检测不同工序的定位基准，并根据相邻两个工序定位基准的检测结果，调整本工序的定位基准，从而套准前一道工序的基准，提高印刷品质。从国际上看，仅在欧美国家，极少数国际知名品牌的印刷设备中采用了在线自动检测套准系统，如德国的海德堡。在国外的技术中，使用光学扫描头监测印在纸张表面的菱开形定位标记。当平均定位误差大于定位误差最大值时，系统会启动横向或径向马达来修正误差。通过在控制系统中输入相关的控制参数，比如定位标记位置、印刷格式、定位允许误差等。印刷机运转后，扫描头搜寻并追踪印刷在纸上的定位标记，然后将数据传送到控制系统操作界面，控制系统利用来自扫描头的数据监测印刷定位标记的位置和品质，判断是否有标记错位。该技术上涉及自动检测技术、计算机接口技术、传感技术、印刷技术、图像模式识别技术和伺服驱动技术等多门学科，且科技含量较高，在国内，此项技术仍属空白，国内印刷设备均没有采用此项技术。在强调国际先进技术国产化的今天，研究印刷设备的在线自动检测套准系统，尤其重要。跟踪研究国外先进技术，自主开发印刷机械在线自动检测套准控制系统，填补此项技术在国内的空白，达到国内领先帮助国内印刷机械制造能力达到国际水平。综上所述，该项目研究的主要意义是从根本上解决国内相关印刷机械生产企业和研究单位在在线自动检测套准控制技术的空白，提高印刷机械生产企业的生产能力和产品质量，提高我国印刷机械产品与国际印刷机械产品的竞争力。国外同类设备其价格为数拾万元人民币。经测算，我们自主研发生产的在线自动检测套准控制系统预计成本为十万元以下。1.2课题研究目标和内容研究目标：该研究的目标是研究在高速印刷的环境下，采集套准图像标记，研究和设计快速图像识别和控制系统，实现自动检测取代手工检测，实现在线自动检测套准控制的生产效率和质量的大幅度提高。功能上，该装置通过摄像头采集图像标记及控制系统控制相关机构的运动和机构之间的联动，实现印刷套准的自动控制，从而印刷套准操作的步骤及时间，减低劳动强度，提高劳动生产率。并且该系统，能够填补此项技术在国内的空白，达到国内领先水平。效率指标：通过点套准标码可以测量套准偏差，由于它们体积小，可以纵向或横向地放置，节省空间。实时完整显示，可以实现操作过程中的套准质量检测。通过强大的运算处理系统，可以对显示的数据做实时评估。利用高放大倍率CCD摄像头，可以满足条件苛刻的使用环境。能对各类高速多色印刷机进行全自动套准检测和修正，其套准控制精度达0.lmm；识别范围：周长方向10mm；印刷机最大运行速度10m/s或15000张/小时。研究内容：该项目主要完成印刷过程中的定位色差基准的自动检测，并根据检测结果自动完成修正定位基准，提高印刷品质。因此，该项目的研发是多学科技术的综合应用。涉及的相关技术包括有：自动检测技术、计算机接口技术、传感器技术、印刷技术、图像模式识别技术和伺服驱动技术等。主要研究内容有：（1）怎样实现自动检测每个颜色的定位图像。（2）检测到的图像怎样转化成数字图像进入到计算机进行处理。（3）数字图像在计算机中的图像模式识别处理。（4）将识别的结果与伺服驱动系统的通信。（5）伺服驱动系统的设计与实现。1.3课题的意义特色：课题是为了解决国产印刷机械的快速、准确、标准化的检测和控制印刷品套准质量，推动我国印刷机械的自动化发展。该课题涉及印刷技术、图像模式识别、数字图像处理、传感器技术、计算机硬件及软件技术、机械设计及制造技术、电机驱动技术、印刷技术等多学科技术。该课题开发的在线自动检测套准控制系统，可应用于多种印刷机上，实现印张的自动套准，具有很强的实用和推广价值。创新： 该课题的研发创新属于国内首创，是填补国内的技术空白。创新内容包括印刷套准检测工艺创新；印刷套准控制系统创新。最终成果形式：1、具有较高自动化的在线自动检测的套准控制系统软件一套；2、自动套准控制装置一套；3、新型印刷套准标记和套准工艺；预期水平：该课题研究水平的目标是达到国际先进，国内领先。该课题开发的在线自动检测套准控制系统可应用在各类多色印刷设备上，使我国的印刷设备能有自己的自动化控制系统。该课题研制的“基于图像模式识别的印刷在线自动检测套准控制系统”可应用于各类多色印刷设备上，实现多色的自动套准，大大提高印刷设备的自动化程度，具有很好的推广价值。转化措施 ：该课题的立项是直接立足于企业的需求，产品的开发研究将与企业密切合作，调试和实验均与企业合作，因此，该项目成果将直接转化为企业的应用产品。 社会效益： 该课题研究的主要意义是从根本上解决国内印刷机械生产企业和研究单位在自动套准检测和控制工艺技术的落后问题，提高高自动化的印刷机械的生产能力。该课题的研究属于国内首创，填补国内的技术空白。 经济效益：国外同类产品价格为数十万元人民币。经测算，我们自主研发生产该系统预计成本为18万元。产品定型后预计成本为4万元，市场价格定位为6万元，全国有数百家印刷机械生产企业对该产品有需求，按年产100套计算，年利税为200万元。2.1印刷机原理2.1.1印刷机的分类一般而言，承印物不同，采取的印刷方式也不同，承印物材料有下列几类：1、纸张：这是最常见的印刷，新纪元印务就是在纸张或和纸张相类的材质上印刷。2、塑料印刷：多见于包装袋的印刷。3、特种材料：指在玻璃、金属、木材等材料上的印刷。印刷机种类有：1、胶印印刷机：一般采用平版印刷，多用于四色纸张印刷， 使用的就是胶印印刷机。胶印印刷还用于铁皮等薄板材质上的印刷，这种机器称为印铁机。2、凹版印刷：指用凹版(一般指钢版)印刷，多用于塑料印刷。3、柔性版印刷：指用柔性材料版(一般指树脂版等)印刷，这实际上是凸版印刷，多用 于大批量不干胶商标印刷。4、丝网印刷：可以在各种材料上（尤其是非平面材质上）印刷，多用于礼品、容器等印刷。2.1.2单张纸胶印机结构及原理印刷机的种类较多，但原理都是差不多，就以胶印机为例。胶印机又分为单纸张胶印机和轮转机。单张纸胶印机是指印刷纸张是一张张、平铺进入机器印刷的。轮转机是指纸张是用卷筒纸进行印刷的一种大型印刷机械，多用于大批量书刊、报纸的印刷。两种胶印机，其原理是一样的，只是输纸、传递、收纸方式不同罢了。所以，以单张纸四色胶印机为例，讲讲胶印机的结构及原理。下图（图2.1）是海德堡GTO四色胶印机侧剖面图。印刷机型号不同，机器结构不同，但基本构造大同小异，原理是一样的。 图2.1 海德堡GTO四色胶印机侧剖面图1）传动部分就是把印刷机原动机的运动，通过皮带、齿轮、链条等传输到印刷机各工作部分，使各个工作机件能按照工作要求，作周期性的、紧密协调的、准确的机械运动，以完成印刷动作的机构。印刷机的原动机是电动机，传动方式一般有带传动、齿轮传动、链传动三种方式。其中带传动（用皮带传动）精度最低，一般印刷机的原动机（马达）和下一个从动轮之间，采用带传动；齿轮传动精度最高，在印刷机侧面机墙内，使纸张传递、墨辊组、水辊组、滚筒运行的，一般采用齿轮传动；链传动（链条传动）用于精度要求较高，但又不方便使用齿轮传动的部分，一般用于输纸部分和收纸部分。印刷精度要求极高，我们要求印刷品上图文误差在几丝（1丝0.01毫米），而决定印刷品误差的，就是印刷机的传动部分的精度，而传动部分的精度，取决于机械加工精度和金属材质。仅仅加工精度高还不行，许多印刷机，新机器时还差强人意，但使用一段时间就不行了，那是因为金属材质的缘故。在当今世界，印刷机制造业是一个国家机械制造业水平的标尺。我们国家到目前为止，进口著名品牌印刷机仍然是免税的，但即使免税，价格依然很昂贵，就是因为我们国家机械制造业水平问题，这常使业内人士痛心疾首。2）输纸、传递及收纸部分。下图（图2.2）上的红线是纸张在印刷机内通过的路线。 图 2.2纸张在印刷机内通过的路线。待印纸张放在印刷机前端纸台上（俗称输纸台，图2.2中注1），印刷机自动将纸张分离成单张，逐张将它输送到规矩部件处（图2.2中注5），这部分叫输纸部分（海德堡称之为飞达）；纸张到规矩部件处被定位，纸张在这里要“停顿”一下，然后由叼牙抓住纸张前端纸边，送入印刷机内部，经过结构相同（油墨不同）的四个色组印刷，这过程叫纸张传递过程。纸张传递过程实际上是由相互配合的一个个滚筒上的一排排叼牙相互转接的过程。最后，已经印刷过的纸张被整齐地平放在收纸台上，这部分叫收纸部分。所谓叼牙，就是在印刷机滚筒或链条上横放的一排排周期性张开、闭合的钢牙，当然它的张开和闭合是需要非常准确的。 3）规矩部分规矩、出血、咬口、前规、侧规（靠身、靠外），版芯尺寸、大套、自翻、大滚翻规矩线形式如图2.3，一个完整规矩线，有内规矩线和外规矩线。我们以内规矩线裁切（见图2.4井字线），得到的印刷品成品上就没有规矩线了，我们就得到一张干净的印刷品。 图 2.3 图 2.4但是，设计的印刷文件上的图文不能只作到内规矩线，因为印刷后的裁切是有误差的（这里包含裁切时刀的误差，和纸张因为印刷而抽涨产生的误差），难以保证一刀切下去，正好在图文边上，如果一刀切在图文外，就会留下一条白线，损害了印刷品的美观。所以我们要把图文（一般只是图）做到与外规矩线相齐，超出内规矩线的部分叫出血。习惯上，出血是3mm，所以内规矩线和外规矩线之间相距一般也是3mm。规矩线的作用不仅仅是为了裁切，主要作用还是印刷时的对版。在彩印中，蓝（C）、红（M）、黄（Y）、黑（K）四块版上都有规矩线，要让这四个色的规矩线完全重合在一起，这样的印刷品才会是鲜亮、合格的，这就是印刷的“套准”。一张纸，被飞达送入机器，是经过很多次转接，被印刷上四色图文，所以这种转接的精度要求就很高。许多印刷设备本身误差较大，它们的校正也很麻烦。用户拿到的印刷品是成品，看不到规矩线，另外，由于人的裸眼视觉辨别精度有限，你不会觉得图文没有套准。套合不准的印刷品，会给人一种虚的、雾蒙蒙的感觉，当然，一些印刷品把单眼皮的人印刷成双眼皮了，那就不是虚的、雾蒙蒙的感觉了。纸张被飞达送到规矩部件处，将被定位，纸张在这里要“停顿”一下，然后由叼牙抓住纸张前端纸边，送入印刷机内部。这是为了使纸张以同一状态进入机器被印刷，使前后印刷出来的印张，图文是在纸张的一个固定位置上。即使印刷机传递纸张很准确，我们得到了一张张清晰的印刷品，但前后印张上图文不在一个位置，裁切是一沓沓裁切的，这样参差不齐的印刷品。规矩机构由一个前规、左右两个侧规组成。机器运行时，前规和一个侧规动作，另一个侧规得关闭。前规是在第一排叼牙前的一排扇动的金属挡片，纸张到达前规，被挡住，这时开启的一个侧规动作，将纸张向左（或向右）拉动纸张，使纸张到达一个固定的位置，至此纸张定位完成。站在印刷机进纸正前方，面对机器，机器的常用操作按钮和操作手柄，大部分在机器左侧，操作人员一般在机器的左侧活动，所以左边叫靠身，左边规矩叫靠身规矩，反之，另一边叫靠外、靠外规矩。纸张被前规挡住、将被叼牙叼的边叫咬口。一张单面印刷品印刷时，随便选用靠身规矩还是靠外规矩都可以，只要印后，把印张按咬口和侧规整齐后再裁切，就能得到满意的印刷品了。 2.2 自动套准系统中的主要硬件简介在整个自动套准系统中的主要硬件涉及CCD摄像头，计算机，PLC，RS-232计算机与PLC之间的通信线，以及步进电机及其驱动。 2.2.1 CCD摄像头 摄像头的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过预中放电路放大、AGC自动增益控制，于由图像处理芯片处理的是数字信号，所以经模数转换到图像数字信号处理IC（DSP）。同步信号发生器主要产生同步时钟信号（由晶体振荡电路来完成），即产生垂直和水平的扫描驱动信号，到图像处理IC。然后，经数模转换电路通过输出端子输出一个标准的复合视频信号。2.2.2计算机1）计算机的发展趋势当前计算机的发展趋势是向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。巨型化(或功能巨型化)巨型化是指其高速运算、大存储容量和强功能的巨型计算机。其运算能力一般在每秒百亿次以上、内存容量在几百兆字节以上。巨型计算机主要用于尖端科学技术和军事国防系统的研究开发。微型化(或体积微型化)二十世纪七十年代以来，由于大规模和超大规模集成电路的飞速发展，微处理器芯片连续更新换代，微型计算机连年降价，加上丰富的软件和外部设备，操作简单，使微型计算机很快普及到社会各个领域并走进了千家万户。随着微电子技术的进一步发展，微型计算机将发展得更加迅速，其中笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。网络化(或资源网络化)网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议相互通信，以达到所有用户都可共享软件、硬件和数据资源的目的。现在，计算机网络在交通、金融、企业管理、教育、邮电、商业、工控等各行各业中得到广泛的应用。智能化(或处理智能化) 智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是第五代计算机要实现的目标。90年代以来，随着以计算机技术为支柱的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大、加快，市场竞争日趋激烈.同时，工业产品由传统的机械产品向机电一体化产品、信息电子产品方向发展，技术含量大为增高；社会的消费观念也不断发生变化，产品的功能已不再是消费者决定购买的最主要因素.产品的创新性、外观造型、宜人性、环保性等因素愈来愈受到重视，在竞争中占据突出地位. 这种趋势促使企业在着手进行新产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程等的设计提到一个新的高度，从而也迫切要求对工业设计的研究能有进一步的突破，以提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力. 正因如此，对于工业控制领域的研究逐渐受到了国内外学者的关注.特别是近几年来，随着计算机软硬件技术的日新月异，计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体、虚拟现实等技术的发展和CAD/CAM应用的逐步深入，现代工业控制理论与方法的研究有了长足的进步，计算机工业控制技术，先进制造与自动化技术领域的研究热点.计算机的巨型化、微型化、网络化和智能化将使的工业控制无一不向其靠拢。2）一台计算机的主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成微型机的运算器、控制器和内存储器是构成主机的核心部件，它们都置于主机箱中。主机以外的其他部件常被统称为计算机的外围设备或周边设备。 （1）中央处理器。中央处理器，英文缩写CPU（Central Processing Unit)，也称中央处理单元，主要由控制器和运算器组成。对微型机来说，中央处理器做在一个芯片上，称为微处理器。它是计算机的核心。（2）内存储器。内存储器(memory/storage unit)也叫主存储器，简称内存，安装在计算机的主板上。 内存储器用来存放计算机当前工作所需的程序和数据。内存的容量直接影响计算机的性能，PC系列机的内存容量已由早期的640KB，发展到16MB、32MB、64MB、128MB，有的甚至超过3GB。 内存储器分为随机存储器（RAM)和只读存储器(ROM)。随机存储器中存储的信息可以由用户进行更改，关闭计算机电源，随机存储器中存储的信息将全部消失。只读存储器中存储的信息是由计算机厂家确定的，用户只能读出，不能更改，断电后信息不会丢失。 （3）总线。总线(bus)是信息传送的公共通路或通道，是连接计算机有关部件的一族公共信号线。总线可以用来传送数据、地址和控制信号，相应地被称为数据总线、地址总线和控制总线，在微型机中它们常被统称为系统总线。 计算机中采用总线结构可以减少信息传送线的条数和提高CPU与外部设备之间的数据传输率。 （4）计算机常用的输入输出设备。包括键盘，鼠标，显示器等。2.2.3 RS232串行通信线 2.2.3.1串行通信是指数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信， 连接设备接口有SATA，USB，RS232等理论上并行速度比较快，但是串行口线间干扰小，稍远的距离速度不低于并行口。由于在实际应用中PLC与计算机之间通常是远距离传输所以我们采用串行通信其中工业控制中RS232最为广泛。其外行如图 9线制RS232 25线制RS232RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。DB25的串口一般只用到的管脚只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）这三个，随着设备的不断改进，现在DB25针很少看到了，代替他的是DB9的接口，DB9所用到的管脚比DB25有所变化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）这三个。因此现在都把RS232接口叫做DB9。2.2.3.2计算机上的串口1）计算机后面接线部分有各种接头，其中有两个9针的接头区，或者25针的串行通信端，而且是公接头。可以从操作系统中查看，开始/设置/控制面版/系统/设备管理器。如图步奏： 可根据所需要的参数在下图红框修改：一般能达到1152000BPS，2）串口端口脚位的定义计算机上的RS232常常被用来与调制解调器连接，所以脚位的定义也是依据调制解调器的实际连接而制定的，如表管脚简写意义载波检测（Carrier Detcet）接收字符（Receive）传输字符（Transmit）数据端就绪（Data Terminal Ready）地线（Ground）数据就绪 （Data Set Ready）要求传输（Request To Send）清除传送（Clear To Send）响铃检测（Ring Indicator） 有一些设备用的是RS232的25针的排列，其与9针RS232之间的对应关系如表针针：计算机与之间的RS232连线。如图3 图 32.2.4步进电机与驱动器2.2.4.1步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。详细的讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。步进电动机的种类很多，按相数分则可分为单相、两相和多相三种。图4反应式步进电动机的结构示意图图4是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。 步进电机的运行方式：单拍、双拍、单双拍三种方式。例如上图的三相电机，单拍为当脉冲信号一个一个发来时，如果按ACBA的顺序通电；双拍为每次都是两相通电，即按A、BB、CC、AA、B的顺序通电；单双拍为按AA、CCC、BBB、AA的顺序通电。步进电机的步距角和转速（1）步距角的的大小由转子的齿数、控制绕组的相数以及通电方式决定它们的关系如下：360/(Zmc)其中为状态系数，如单拍或双拍通电方式1，单双拍则为2。（2）步进电机的转速由z,m,c以及频率f决定它们之间的关系如下：60f (Zmc)在一定的脉冲频率下，相数和齿数越多，步距角越小，转速越小 三、自动套准系统的软件部分3.1 计算机VB软件Visual Basic 是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 Windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 Windows 专业开发工具SDK相媲美。在Visual Basic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，以用动态链接库（DLL）、对象的链接与世隔嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。随着版本的提高，Visual Basic的功能也越来越强。5.0版以后，Visual Basic 推出了中文版，与前个版本相比，其功能有了很大提升。Visual Basic 6 有学习版、专业版和企业版三种版本，以满足不同的开发需要。学习版适用于普通学习者及大多数使用 Visual Basic 开发一般 Windows 应用程序的人员；专业版适用于计算机专业开发人员，包括了学习版的全部内容功能以及Internet控件开发工具之类的高级特性；企业版除包含专业版全部的内容外，还有自动化构件管理器等工具，使得专业编程人员能够开发功能强大的组骨子里分布式应用程序。 3.1.1 VB中的常用控件作用简绍图3.1 1） 文本框控件文本框控件在工具箱中(图3.1)的名称为TextBox,在VB中使用其作为输入控件,在运行时接收用户输入的数据. 设计运行时如图3.22）卷标控件VB工具箱中(图3.1)的卷标控件(Lable),专用于提供显示文字和数字之用.但运行时不能对文本进行编辑. 设计运行时如图3.2 3）按钮控件命令按钮(CommandButton) 在工具箱中(图3.1)是VB应用程序中使用最多的控件之一,常用来接受用户的操作信息,激发相应的事件过程,是用户与程序交互最简单的方法 设计运行时如图3.2. 图3.2 4）单选项控件选项按钮在工具箱中(图3.1)的名称为OptionButton,该控件用于提供一个可以打开或者关闭的选项.在使用时可以将几个选项放在一组,在同一组中只能选中一项.运行时同组中的其他选项按钮会自动取消选择. 设计运行时如图3.35） 框架按钮框架在工具箱中的名称为Frame,主要用做控件容器,多用于修饰界面.作用是对控件进行分组,放在容器里的跟容器同时移动或删除. 设计运行时如图3.3 图3.3 3.1.2串行通信组件介绍VB的版本分为学习版、专业版和企业版，每一个版本适应不同的用户对象。学习版适合刚刚学习可视化设计系统的人，而专业版及企业版则适合专业的系统设计人员。串行通讯的组件是包含在专业及企业版中，如果使用的是学习版的话，是无法使用串行通信控件来做系统设计的工作，即使是将此组件由其它的计算机中复制过来也是不行的。3.1.2.1通信控件的引用在工程开始设计之前，依次选择/工程/部件，指定MSCOMM32.OCX，并打开旧档，如图3.4点击/应用，就可以完成该控件的引用。引用成功的通信控件，在工具箱中的位置如图3.5： 图3.4 图3.5如果无法在/部件/中成功地引用该组件，也可以使用该程序中的/浏览/功能，到WindowsSystem目录下去找MSComm32.ox，并打开文件。 3.1.2.2通信控件的属性MSComm 控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。MSComm控件在串口编程时非常方便，不必去花时间去了解较为复杂的API函数，而且在VC、VB、Delphi等语言中均可使用。 Microsoft Communications Control（以下简称MSComm）是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。具体的来说，它提供了两种处理通信问题的方法：一是事件驱动(Eventdriven)方法，一是查询法。 1）MSComm控件两种处理通讯的方式 MSComm控件提供下列两种处理通讯的方式：事件驱动方式和查询方式。 a. 事件驱动方式 事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，在事件发生时需要得到通知，例如，在串口接收缓冲区中有字符，或者 Carrier Detect (CD) 或 Request To Send (RTS) 线上一个字符到达或一个变化发生时。在这些情况下，可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕获并处理这些通讯事件。OnComm 事件还可以检查和处理通讯错误。所有通讯事件和通讯错误的列表，参阅 CommEvent 属性。在编程过程中，就可以在OnComm事件处理函数中加入自己的处理代码。这种方法的优点是程序响应及时，可靠性高。每个MSComm 控件对应着一个串行端口。如果应用程序需要访问多个串行端口，必须使用多个 MSComm 控件。 b. 查询方式 查询方式实质上还是事件驱动，但在有些情况下，这种方式显得更为便捷。在程序的每个关键功能之后，可以通过检查 CommEvent 属性的值来查询事件和错误。如果应用程序较小，并且是自保持的，这种方法可能是更可取的。例如，如果写一个简单的电话拨号程序，则没有必要对每接收一个字符都产生事件，因为唯一等待接收的字符是调制解调器的“确定”响应。 2)MSComm 控件的常用属性 MSComm控件有很多重要的属性，但首先必须熟悉几个属性。 CommPort：设置或传回通信连接端口代号。程序必须指定所要使用的串行端口的号码。Windows系统会使用所设置的通信端口与外界进行通信。程序也可通过此属性读回所使用的连接口号码。在此所设置的通信端口号由1开始往上递增，Mscomm控件的最大值16，当使用的通信端口号码超过16时，此控件会通知错误信息。其错误显示如图3.6所示：图 3.6 Windows操作系统可容纳256个串行通信口，不过VB的MSComm控件则是有16个的限制。16个串行通信口号码并不是每一个都被我们所正常使用。所以必须确定通信端口存在才能设置相应的号码，才能保证可以让通信组件拿来正常使用。通信端口的正常与否可以参考/设备管理器/的通信连接项目 如图3.7 图3.7如不正常，系统会以一个黄色的惊叹号予以表示。在上图中打印机连接口（LPT1）是正常的，其他串口也是正常的，则串行端口（ COM1到COM10）也在其中。Setting:以字符串的形式设置或传回连接速度、奇偶校检、数据位、停止位4个参数。其格式为“bbbb,p,d,s”其中bbbb为连接速度，p为校检方式，d为数据位数，s为停止位数。在本软件的程序中使用的参数是“9600，n,7,1”那么通信端口的速度为每秒9600bit的速度作传输，不作奇偶校检，每个元是8个bit，而停止位是1个bit。4项的顺序不能换。连接速度可为110、3009600、14400、19200、28800等更上面的由计算机芯片决定。奇偶校检值如下表3.1 设 定 说 明E偶数M记号N默认None无奇偶校检Odd奇数Space空白 表3.1正确的数据位值有：4、5、6、7、8（默认）。日本系列的产品多用7位的数据位，而欧美的产品多采用8位的数据位。三菱是日本产品所以本软件采用7位。正确的停止位有1、1.5、2。Settings设置完成后。使用RS-232通信双方的settings必须完全是一样。否则双方无法完成信号传输。Portopen:设置或传回通信连接端口的状态。使用前必须打开 通常有True(打开)和False(关闭)。Input 从接收缓冲区返回和删除字符。 Output 向传输缓冲区写一个字符串。 Handshaking:指定双方的握手协议。表3.2 设 置 值 说 明Comnone 0没有握手协议Comxonoff 1(xon/xoff)握手协议(软件)Comrts 2Rts/cts握手协议(硬件)Comrtsonoff 3Request to send和xon/xoff握手协议表 3.2 inbuffercount:传回在接收寄存器的字符数。 outbuffercount:传出在送出寄存器的字符3.2 软硬件之间由程序到执行到硬件动作的完成，VB有两种方式其步骤图如下3.8。 图 3.8使用通讯组件的方式看起来要比直接调用API要复杂，但是，程序的编写却简单的多。在操作系统方面，Windows使用通信驱动程序Comm.drv,以便于应用程序能够使用标准的Windows API函数来传送和接收数据。串行外围设备制造商则提供硬件驱动程序，以便让其硬件能与Windows连接。使用MSComm控件时，实际上就是使用了API函数，API函数将被Comm.drv解释并传输给外围设备的驱动程序。3.2 PLC部分3.2.1、PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，基本有半导体的地方就有PLC “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。3.2.2、PLC的特点 1)可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 3）易学易用 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 3.2.3、PLC基础1）PLC的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 3.2.4 PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3）运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5）数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6)通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 3.2.5. PLC的国内外状况 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。 3.2.6. PLC未来展望 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作