（通信与信息系统专业论文）ethernet通信技术在套色系统中的应用.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 套色系统，是包装印刷机的重要组成部分，负责控制各印色的准确定位， 对印刷质量起着决定作用。 文章的开始简单介绍了工业以太网的发展及以太网和其他现场总线的比 较，提出了在套色系统中使用工业以太网的原因。还介绍了t c p i p 协议体系结 构。考虑到局部控制器的资源的有限性，协议栈在运输层使用的是不可靠的u b p 协议。其中重点介绍了u d p 协议、i c m p 协议和i p 协议及这些协议的数据报格式 和功能。 接着，重点介绍了套色系统的工作原理。该套色系统采用的是凹版印刷方 式。人机界面处于系统的中心，起到整个系统的监视显示作用。局部控制单元 中，局部控制器进行套色控制和通信传输；光电眼和光电编码器进行偏差检测。 套色系统人机界面的设计采用的设计平台是美国n i 公司提供的l a b v i e w7 e x p r e s s ，l a b v i e w7e x p r e s s 是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化 软件开发环境。主程序分为主控程序和通信程序两部分。主控程序完成参数设 定和数据处理部分；通信程序负责数据传输部分。主控程序分为3 个模块：参 数设置模块、数据监控模块和数据处理回显模块。参数设置模块负责对现场印 刷机的工作参数进行设置；然后圭控程序按照事先规定好的协议格式对参数进 行封装后通过以太网进行传输；数据监控模块负责的工作是等待接收数据：数 据处理回显模块是从各局部控制器接收到上传的数据后，显示结果，看各印色 是否套准。对于主程序的描述，还给出了大量的流程图和程序框图。 在文章的最后，根据在现场对该套色系统的运行结果，给出了系统运行测 试的结果分析，还针对调试过程中出现的问题进行了探讨。 关键词：套色系统凹版印刷以太网t c p i p虚拟仪器 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t c h r o m a t o g r a p h ys y s t e mi sa l li m p o r t a n tc o m p o n e n to fp a c k i n gp r i n t i n gm a c h i n e ， w h i c hi sr e s p o n s i b l ef o rc o n t r o l l i n gt h ea c c u r a t el o c a l i z a t i o no fe a c hc o l o hi tp l a y sa d e c i s i v er o l et op r i n t i n gq u a l i t y t h ep a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fe t h e r n e tb r i e f l y , a n dc o m p a r e s e t h e r n e tw i t ho t h e rf i e l db u s e s t h i sp a p e ra l s og i v e st h er e a s o nu s i n ge t h e r n e ti nt h e c h r o m a t o g r a p h ys y s t e m t h i sp a p e ra l s o i n t r o d u c e st c p i p p r o t o c o l s t m c t u r e c o n s i d e r i n gr e s o u r c e o ft h el o c a lm i c r oc o n t r o l l e ri s l i m i t e d ，t r a n s p o r tl a y e r s o f t c p i p p r o t o c o ls t a c k u s eu d p p r o t o c o lw h i c h i su n r e l i a b l e a m o n gt h i sp a p e ru d p 、 i pa n di c m pa r ei nk e yi n t r o d u c t i o n ，a l s oi n t r o d u c e st h ed a t a g r a mo ft h e s ep r o t o c o l a n dt h ef u n c t i o no ft h e s ep r o t o c 0 1 a f t e rf i n i s h i n gi n t r o d u c i n gt h er e a l i z a t i o ne n v i r o n m e n to ft h ec h r o m a t o g r a p h y s y s t e m ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo ft h ec h r o m a t o g r a p h ys y s t e m e s p e c i a l l y t h i ss y s t e ma d o p t si n t a g l i op r i n t i n g t h eu s e ri n t e r f a c ei si nt h ec e n t e ro f t h es y s t e m ，m o n i t o r i n gt h ew h o l eo p e r a t i o no ft h es y s t e m i nt h ec o n t r o lu n i t ，l o c a l m i c r oc o n t r o l l e rc o n t r o l sc o l o rr e g i s t e rp r o c e d u r ea n dt r a n s m i t sd a t at ou s e ri n t e r f a c e ； p h o t o e l e c t r i cd e t e c t o ra n d p h o t o e l e c t r i c e n c o d e r c a r r yo n t h ed e v i a t i o nt om e a s u r e t h eu s e ri n t e r f a c ed e s i g n e db yl a b v i e w7 e x p r e s s ，p r o d u c e db y n ic o m p a n y l a b v i e w7e x p r e s si sak i n do fg r a p h i c a lp r o g r a m m i n g l a n g u a g ea n di t i su s e dt h e w i d e s ta tp r e s e n t t h em a i np r o g r a mi sd i v i d e di n t ot w o p a r t so fc o n t r o lp r o c e d u r e a n dc o m m u n i c a t i o np r o c e d u r e t h ec o n t r o l p r o c e d u r e i s r e s p o n s i b l e f o r s e t t i n g p a r a m e t e r sa n dd a t ap r o c e s s i n g ；t h ec o m m u n i c a t i o np r o c e d u r ei sr e s p o n s i b l ef o rd a t a t r a n s m i s s i o n t h ec o n t r o lp r o c e d u r ei sd i v i d e di n t o3m o d u l e s ：p a r a m e t e r ss e t t i n g m o d u l e ，m o n i t o r i n gm o d u l e ，d a t ap r o c e s s i n ga n dd i s p l a y i n gm o d u l e t h ep a r a m e t e r s s e t t i n gm o d u l e i s r e s p o n s i b l ef o rs e t t i n gu pp a r a m e t e r s ；t h eu s e ri n t e r f a c es e n dt h e e n c a p s u l a t e d d a t et ol o c a lm i c r oc o n t r o l l e r s b ye t h e m e t ；i t i sa f t e rt h ed a t a t r a n s m i s s i o ni sf i n i s h e dt h a tt h e m o n i t o r i n g m o d u l es t a r tr u n n i n g t h ed a t ap r o c e s s i n g a n d d i s p l a y i n gm o d u l ed i s p l a yt h es y s t e mr u n n i n g r e s u l ti nf o r mo fw a v e g r a p h ，a f t e r r e c e i v e dt h ed a t af o r ml o c a lm i c r oc o n t r o u e r s i nt h ed e s c r i p t i o no fm a i n p r o g r a m ，t h e p a p e rg i v e sl o t so f f l o wc h a r t sa n d p r o c e d u r eb l o c kd i a g r a m s e n di np a p e r ，a c c o r d i n gt ot h er u n n i n gr e s u l t ，t h i sp a p e rp r o v i d ea n a l y s i so n s y s t e md e b u g ，a n dg i v ed i s c u s s i o no nt h es y s t e md e b u g g i n g k e y w o r d s ：c h r o m a t o g r a p h ys y s t e m ，i n t a g l i op r i n t i n g , e t h e m e t ，t c p f i p , v i r t u a li n s t r u m e n t 儿 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 随着人们生活水平的提高，对商品的包装精美化要求越来越高，因此对印 刷机控制技术提出了更高的要求。尤其是科技日新月异的今天，印刷商对包装 印刷生产提出了高自动化、高印刷精度的要求。现代计算机技术、信息技术以 及新的驱动技术的快速发展，将其应用到印刷设备上必然会促进印刷技术的高 智能化和高自动化，这代表了印刷技术的发展方向。 现代印刷技术有三种主要的印刷方式：胶印、柔印和凹印。本文介绍的这 套系统采用的是凹印方式，选用凹印的主要原因是其具有印刷色差小，满版实 地印刷和印金效果好、印刷无接缝、印材适用面广、符合短版活印刷等优点。 而在现在的印刷行业，凹印是主要的印刷方式。 为了达到印刷图案的高精度，就必须对印刷机进行控制，以使得各种颜色 印刷准确无误。最早印刷机的控制过程是靠手动调节的，套色是否准确是全靠 人工肉眼观察的，这种方式误差大，容易发生严重的错位现象；后来发展到半 自动半手动阶段，即前后两色位置由光电传感器的两脉冲重合来判断是否套准， 开始印刷时是靠人工调节，肉眼观察套准，套准误差在一定范围内时再由光电 传感器两脉冲重合套准，这种方式控制性能还是比较低。 目前控制方式发展到了微机控制阶段，将单片机、旋转编码器、色标传感 器等应用到凹版印刷控制中，开始印刷时的参数配置和印刷过程中的误差处理 都是靠自动控制来完成的。本系统就是采用的微机控制方式，并且在这个基础 上，加入了在线监控功能，在印刷生产中对画面的套色精度的在线监控是保证 印刷质量的关键。 在本系统中，我们选用工业以太网进行人机界面和局部控制器之间的数据 和控制信息的通信，从而达到印刷过程的自动化，无需到印刷现场就可以在控 制室对现场的生产过程进行远程控制。以太网由于其开放性好、应用广泛以及 价格低廉等特点，在工业控制领域已经开始得到了大规模的应用。各国对工业 以太网通信技术基本达成共识，认为一个具有互操作性的工业以太网是可以实 武汉理工大学硕士学位论文 现的。 在基于工业以太网接口的现场智能节点中加载t c p i p 协议，就可以实现对 工业现场设备进行远程实时监控。工业以太网已经成为控制系统网络发展的主 要方向，t c p i p 协议本身已能够满足现场总线通讯的要求，而且以太网技术 的成熟和普及带来了工控网的成本降低和协议的标准化。因此，工控网采用以 太网投术将会带来自动化技术领域中新的革新o 。 希望通过对本系统的研发，能够进步更深地体现将以太网技术应用于工 业控制领域是自动化技术发展的必然；并且能达到优化套色印刷控制方式的目 的。该系统的实现在提高凹印机的自动化控制水平、生产效率、节约成本和提 高印刷行业的经济效益方面有很大的意义。 1 2 国内外研究现状分析 由于历史原因，我国的四印机发展起步较晚，基础比较薄弱。虽然通过引 进、吸收、国产化生产和自主开发，包装印刷已经成为国民经济的重要产业。 但与世界先进水平相比水平还有较大的差距。特别是在在线监控方面，由于先 进印刷机的速度很快，德国和美国都相继研制了适合高速印刷生产过程的在线 监控系统，但此项技术在我国仍然很薄弱“”。 近几年以太网在工业控制领域中发展很快。这是因为随着工业自动化系 统向分布化、智能化的实时控制方面发展，出现了各类现场总线技术，但是， 各种现场总线的通信协议完全不同，它们之间不能够互相兼容和互操作，尤 其是将现场总线集成到i n t e r n e t i n t r a n e t 需要很大的额外花销，因此，为 适应工业控制网络与i n t e r n e t i n t r a n e t 集成的趋势，并使各厂家提供的设 备具有兼容性的互操作性和可靠性，已成为当前急待解决的问题“8 “。 1 3 课题研究采取的技术方法 本套色控制系统采用的是工业以太网接口。协议结构体系中传输层采用u d p 协议；物理层和数据链路层采用以太网协议标准。使用c 语言设计局部控制器 的主控制程序和通信程序；使用l a b v i e w7e x p r e s s 设计人机界面。l a b v i e w7 e x p r e s s 是使用图形化g 语言的软件开发集成环境，其具备语言所有的特性。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 本课题研究的主要内容 本系统采用微机控制方式，实现了印刷机的远程自动控制。系统整体上分 为两大部分：局部控制单元和上位机人机界面。上位机和局部控制单元通过r j 4 5 相连组成一个局域网。局部控制单元是印刷的执行机构，由局部控制器、光电 眼、光电编码器和电机等组成。光电眼和光电编码器对印刷过程中的套印偏差 进行检测，局部控制器对印刷的过程进行控制并负责同上位机的数据通信。人 机界面对印刷过程所需的参数进行设置，参数设置完毕后对套印偏差进行实时 监控，并在有偏差出现的时候对其进行修正。 在本论文中，主要研究的内容是：局部控制器中嵌入式t c p i p 协议的实现 和使用l a b v i e w 编写的上位机的以太网通信程序和控制程序的实现。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章工业以太网和嵌入式以太网协议 2 1 工业控制系统回顾 随着网络技术的发展，i n t e r n e t 正在把全世界的计算机系统、通信系统逐 渐集成起来，形成信息高速公路，形成公用数据网络。在此基础上，传统的工 业控制领域也正经历一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展，形成了新 的控制网络“。 在工业控制领域，任何控制技术的发展都是对先前技术的一种填补和改进。 工业控制系统的结构从最初的c c s ( 计算机集中控制系统) ，到第二代的d c s ( 集 散控制系统) ，发展到现在流行的f c s ( 现场总线控制系统) 。而新一代的工业以 太网控制系统又将引起工控领域新的变革“。 1 第一代控制系统c c s 数字计算机进入控制领域，产生了第一代控制系统c c s 。其结构如图2 - 1 所示。 o da d 转换i d 变送器 计 id a 转换ii 执行器 被 算 控 机 对 v e tl e n = 0 x 4 5 ；i p v 4 版本号为4 ，字段值为5 l p 一 t y p eo f _ s e r v i c e = 0 ： i p 一 t o t a l _ 1 e n g t h = 2 0 + l e n ； l p 一 i d e n t i f i e r = i p _ i d e n t + + ； i p - f r a g m e n l _ j n f o = o ； l p t i m e t o l i v e = 3 2 ； l p 一 p r o t o c o l _ i d = p r o t o _ i d ； 每发送一份报文标识字段的值加1 数据报不分片 t r l ( 生存时间) 1 9 武汉理工大学硕士学位论文 i p - h e a d e r _ c k s u m = o ： i p 一 s o u r c e _ i p a d d r = m y _ i p a d d r ； i p 一 d e s ti p a d d r = i p a d d r ； i p 一 h e a d e r c k s u m = - - c k s u m ( o u t b u f + 1 4 ，2 0 ) ；埽r 算并插入校验和到i p 首部， 即首部长度为2 0 字节+ ， h w a d d r = a r p _ r e s o l v e ( i p 一 d e s t j p a d d r ) ：p 通过a r p 协议查找到目的硬件地址 + n u l l 表示没找到硬件地址，则发送一个a r p 请求 i f ( h w a d d r = = n u u l 、 【 + 填充w a i t 结构体，当a r p 响应到达时能根据它判断我们收到的报 文形式+ w a i t b u f = o u t b u f ； w a i t i p a d d r = i p - d e s t _ i p a d d r ； w a i t p r o t o _ i d = p r o t o _ i d ； w a i t 1 e n = l e n ； w a i t t i m e r = a r p _ 耵m e o u t ； r e t u r n ； ) e t h _ s e n d ( o u t b u f , h w a d d r , i p _ p a c k e t , 2 0 + l e n ) ； ( 2 ) i p f c v e ( ) ：接收i p 数据。负责处理来自于链路层的i p 数据报。 2 3 2 3 嵌入式t c p i i p 协议的传输层 标准t c p t p 协议的传输层协议包括u d p 和t c p 两种。u d p 是一个简单的面 向数据报的传输层协议；而t c p 则是一种面向连接、可靠的字节流传输协议。 u d p 的应用程序中，把数据报的最大长度限制得很小，以避免传输过程中 产生分片。许多u d p 应用程序设计中，其应用程序数据被限制成5 1 2 字节或更 小。对于嵌入式t c p i p 协议，同样需要限制最大数据报的长度。而且，把数据 报的长度限制到一定范围，避免了数据传输过程中产生分片问题的同时，也减 少了相关协议( 如i c m p 协议) 的产生，更进一步减轻了网络和c p u 的负担“”。 武汉理工大学硕士学位论文 t c p 和u d p 在传输层的作用都是将上层传来的数据打包并传到下层，同时 将下层接收的数据拆包传到上一层。看起来t c p 协议功能更加强大，传输更可 靠。相对于u d p ，t c p 的可靠性是以许多复杂措施及由此而增加的开销为代价换 来的。t c p 面向连接，而u d p 是无连接功能的。然而也正是由于u d p 没有保证 可靠性的机制，没有其他的关卡机制，u d p 才得以实现全速地进行数据通信( 即 充分发挥物理通信设备的速度) 。如果用低速的处理器，因u d p 的开销很小，其 传输速率比t c p 高很多，但对于高速处理器，二者差别不是很大。u d p 没有点 对点接入的要求，所以可以实现“一对多点”，“多对多点”的广播和多播发信 息。u d p 协议是不可靠的，所以真正使用u d p 时，经常要在应用层增加提高u d p 可靠性的代码，从而加强其可靠性“。 嵌入式系统在设计时会面临许多的特殊要求，如c p u 速度有限，代码不能 长，传输率是关键等等。一般来说，在和嵌入式设备接口时，快速、简单地与 嵌入式设备进行双向数据传输是首为重要的。所以减少和嵌入式设备之间的往 返信息，使网络成为一种更为高效的通信媒介将是嵌入式设备之间网络协议设 计的必由之路。而u d p 协议的开销很小，传输率比t c p 高出很多，可全速地进 行数据通信，充分发挥物理通信设备的速度。所以嵌入式t c p i p 协议中采用 u d p 协议作为传输层协议，不失为明智之举。当然，在嵌入式系统中也可能存 在对数据传输的可靠性要求也很高的情况，针对这样的应用系统，可以在应用 层的协议中加相应的措施，如给数据报加上顺序标识，采用重传机制等以保证 传输的可靠性0 3 2 2 “。 该套色控制系统对速度的要求远大于安全的要求，加上系统资源有限性的 考虑，在传输层采用了u d p 协议。 u d p 数据报首部结构： t y p e d e fs t r u c t ( u i n ts o u r c ep o r t ： 源端口号术 u i n td e s tp o r t ：$ 目的端口号牢 u i n t l e n g t h ：珠数据报长度 u i n t c h e c k s u m ：* u d p 校验和 u c h a rm s g d a t a ； 术数据半 u d ph e a d e r ： 2 1 武汉理工大学硕士学位论文 u d p 协议使用的主要函数是： ( 1 ) u d p _ s e n d ( ) ：发送u d p 数据报封装u d p 数据报，并调用i p _ s e n d ( ) 函数将数据发送出去。u d p _ s e n d ( ) 主要完成u d p 报头相关域的填写。流程如图 2 8 所示。 为e u p 投捌揪，f 辨内存 l 域写u 擀霄郭 l 填鞴1 p 荫郝 l 计喜j 梭骢和 l 调圳j ps e n d ( ) 姻：簸 嫠送u d p 报文 图2 8u d p s e n d ( ) 函数流程图 ( 2 ) u d p _ r c v e ( ) ：接收u d p 数据报重新计算校验和，判断是否接收。若 校验和正确，将接收到的数据写入相应的端口：若校验和不正确，则抛弃该数 据报。流程如图2 - 9 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 9u d p _ r c v e ( ) i 蟊数流程图 符再发送回源i p 地址“”。 简单的处理u d p 协议的函数，将接收到的字 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章套色控制系统总体方案 3 1 现有套色控制系统简介 包装印刷就是在塑料薄膜或纸制品上印刷彩色图案。一个彩印图案往往被 分解成不同的单色图案分开来印刷，只有各种分解的单色相互之间套准了，最 后才能组合成为完整的画面，这就是我们所说的套色。现在作为主要印刷方式 的凹版e p a i i 速度快，效率高，层次丰富，质感好，还具备大批量、高质量和高 速度的特有优势，因此多年以来在印刷业一直占有一个比较稳定的使用比例， 被国内外印刷厂商广泛使用。所以在我们这套系统中就是选用的凹版印刷。 凹版印刷大约产生于1 5 世纪，具有优良的层次表现、与多样承印物对应、 无接缝图像印刷、印刷质量稳定性好等优点的印刷方式。凹印的工艺可分为： 选板材，影写版，雕刻凹版，印刷，承印物表面处理以及印后加工。凹版印刷 的工艺步骤很简单，但每一步都很重要，对印刷品的质量都有很大的影响。它 的工艺流程图如图3 - i 所示m 】。 图3 - 1 凹版印刷的工艺流程 凹版印刷采用的机械设备基本上都属于轮转结构，印料以一定的速度穿过 版辊连续运行，其机械结构由放卷、印刷、收卷三部分组成。放卷部分包括张 力系统、同速滚筒组成；印刷部分包括电动压滚系统，传墨系统和套准系统组 成；收卷部分包括张力控制系统、无机调速系统以及同速滚筒和分切结构等组 成。生产过程为：放卷一张力控制一第一色印刷一干燥一一第二色印刷第n 色印刷一千燥一同速辊拉印一分切一收卷。 在凹版印刷中，不同的单色图案雕刻在不同的钢质印版滚筒上，滚筒的大 小根据包装图案的大小来确定。滚筒的材料一般为钢管，因为钢管价格低而且 武汉理工人学硕士学位论文 坚固牢实。滚筒分为无轴( 主要用于包装凹印) 和有轴类。本文系统滚筒选用的 是无轴的，因为e pj $ , j 的包装规格确定后，印刷滚筒的尺寸也就确定了，印刷厂 商必须保存大量的版滚筒，有轴的滚筒成本高、占地多，因此多选用无轴的滚 筒。印版滚筒在印刷机的棍子上组成一个版辊。通过各色版辊和承印材料( 如纸 张、塑料薄膜等) 的连续同步运动，依次把单色图案压印在承印材料上，印完最 后一色图案时，在承印材料上就有了完整的图案。这样，在印刷过程中就会存 在单色图案之间准确定位的问题，也就是套准的问题。在印完一色后，承印材 料在牵引部分的拖动下运动到当前印刷颜色，只有当前颜色的图案准确定位， 才能和前一色图案复合，也就是套准”4 “3 。 承印材料通过印刷机组间的距离较长，加之在其间进行干燥，容易引起张 力变化和伸缩变化，从而引起定位不准确，出现偏差。这种偏差在性质上是持 续发生的，而且偏差量也不一定，因此必须要不断地、准确地监控，并及时加 以修正，才能保证高档次彩印产品质量的稳定性，彩印图案才不会产生套色“跑 版”。 包装印刷机一般都有自动套准装置，由光电眼( 即光电传感器) 读取印品上 的套印标记，出现套印不准时，通过自动套准装置调节修正使其套准。这就是 颜色套准问题，也就是套色问题。若有人工监控套色偏差，很难直接看清图案， 实际套色时在承印材料的一侧印刷上套色标志( 即色标) ，对它进行比较研究， 就可以分辨出套色偏差。常采用的色标是在每块印版上制作的一短横线，线宽 0 8 l m m ，线长为l o m m 。色标印刷在承印材料上的排列方式有两种：一种是a 型，它是将各色标在承印材料前进方向上呈横向排列，如果各色标在承印材料 上整齐的横向排成一条直线，则不存在套色偏差，如果各色标不在同一条直线 上，相互之间存在纵向间隔，则表明有套色偏差存在；另一种是b 型，它是在 承印材料的左侧空白区，与前进方向呈纵向排列，各色标标准中心间距严格规 定为2 0 r a m ，如果没有套色偏差，各色标均准确保持间距2 0 r a m 不变，如果间距 变为1 9 9 m m 或2 0 1 唧，则套色偏差为一0 1 m m 或0 1 m m 。光电眼就是用来监控 和检测这些色标的。本文这套系统的色标排列方式就是采用的b 型。 3 2 本套色控制系统工作原理 套色控制系统的印刷工作流程如图3 - 2 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 冀s t m s - 版辊 躺2 警 1 5 4 m l 一套色偏差修正辊m r 一压印胶辊s 一光电眼 图3 2 套色印刷流程 印刷工作由放卷机放卷开始，即上图所示的进料，承印材料依次经过各印 刷单元。进行各色的印刷和烘干，由收卷机进行收卷，即出料。承印材料经过 第一色印刷单元后，就完成了第一种颜色的印刷，随着机器的运转，印有第一 色的承印材料进入第二色印刷单元，如果第二色印刷滞后的话，那么第二色印 刷的画面的开始端就在第一色印刷画面开始端的后面，印出来的画面是没有套 准的。这个时候就存在了套色的偏差，如果不及时进行调整就会浪费很多材料。 我们修正偏差的方法是通过减小第一色和第二色印刷单元之间的承印材料的长 度，使得第二色印刷画面开始端提前而套准第一色的画面，这样就达到了套印 准确的目的。其他颜色的套准原理都与此相同。改变两色印刷单元之间的印料 的长度，是通过套色偏差修正辊在调整轨道上下移动来实现的，修正辊上下移 动，使得两色印刷单元之间材料的长度为版辊的周长的整数倍。 每种颜色进行印刷时都会在承印材料的左侧边缘上印上供判断套准用的色 标，每种颜色的色标线在套印准确的时候应该是相互平行，纵向相距2 0 砌。色 标距离的检测是通过图3 - 2 所示的s 一光电眼来检测的。如果相邻色标距离不等 于2 0 r a m ，则说明套色出现了偏差，偏差的修正就通过套色偏差修正辊上下移动 来延长或缩短相邻两色间的承印材料来完成。偏差的检测是套色控制系统中最 为关键的部分，以前的传统套印中，偏差的检测以及套色偏差修正辊的调整都 是由人工手动完成的，这很大程度上影响了套色精度和印刷的速度，我们这套 系统在偏差的检测和修正上是自动完成的，不用人工进行检测和修正，大大的 提高了套色的精度和印刷的速度。 套色控制系统的总体结构框架如图3 - 2 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 图3 - 2 套色控制系统的总体结构 该套系统可以进行分头印刷。所谓分头印刷就是台印刷机可以当两台印 刷机用。每- - n 图案分解出来的颜色的数目是不一样的，有的是9 种颜色，有 的是6 种颜色，也有的是1 2 种颜色。本文的套色控制系统是针对1 2 种颜色而 设计的，就是最多可以印1 2 种颜色的图案。如果图案分解出来的颜色是1 2 种 颜色，那么，这套系统只能当作一台印刷机使用，1 2 个版辊要同时工作才能完 成全部图案的组合。但是如果一副需印刷的图案分解出来的颜色数目为n ，而 另一副需印刷的图案分解出来的颜色的数目= c o m m u n i c a t i o n 子模板 u d p 子模板中。 其予模板如图4 一1 6 所示。 武汉理r 大学硕士学位论文 图4 1 6u d p 功能子模板 图中4 个图标依次代表u d po p e l l v i ，u d pm u l t i c a s to p e n v lu d pr e a d v l u d pw r it e v iu d pc l o s e v l 。 u d po p e n v l ：在一个端口上打开u d ps o c k e t 连接； u d pm u l t i c a s to p e n v l ：在一个端口上打开广播s o c k e t 连接； u d pr e a d v l ：在特定u d p 端口上读数据； u d pw r i t e v l ：在特定u o p 端口上写数据； u d pc l o s e v l ：关闭一个u d ps o c k e t 连接。 4 4 2 程序流程框图 系统使用的网络模式是客户机n 务器。客户机工作的流程框图如图4 一1 7 所示。客户机先打开一个与服务器的u d p 端口连接，然后向服务器执行读写数 据操作，工作完成则关闭连接退出，否则重复读写操作。 图4 一1 7 客户端工作流程框图 服务器端的流程框图如图4 1 8 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 枣 嵩 篙民戳葛离 图4 一1 8 服务器端工作流程图 服务器先打开一个特定端口监听是否有客户端连接请求，如果没有则继续 监听。如果有客户端的连接请求则响应其请求。服务客户端处理完该客户的请 求后继续在该端口上监听。 4 4 3 软件程序设计 4 4 3 1 相关的程序结构 传输层使用u d p 协议，在传输层上进行编程主要用到的两个程序为u d p 发 送数据和u d p 接收数据。这两个程序的交互过程形成了对u d p 特定端口的读写， 从而实现人机界面和各局部控制器之间的数据传输功能。 下面图4 1 9 和4 2 0 给出了这两个基本程序。 同骊圄 厢弱甄 悃母 ： l 本地端口圃叶镯 ： 蒜 圃l 闱 卜i 卧“w r i t e ji 。d pc i o u ) p 0 1 3 m l 田匦函黧卜移。圄_ 圃 图4 1 9 双机u d p 发送数据 武汉理工大学硕士学位论文 图4 2 0 双机u d p 接收数据 该系统的有关通信程序方面的开发都是基于这两个程序来完成的。 4 4 3 2 详细设计和程序清单 当参数设置完毕后，人机界面需要调用通信子程序来完成局部控制器的参 数的设簧；等到局部控制器有数据要传给人机界面显示的时候，又需要调用通 信子程序将数据读入。通信子程序的设计是根据上一节所介绍的有关知识开发 的。 下面我将通信程序分为两个部分来介绍。即u d p 的数据写操作和u d p 的数 据读操作。 1 u d p 的数据写操作：系统开始运行时需要对印刷单元的各项参数进行设 置，我们将每个参数按照原先约定好的结构排列好，变为一个1 6 进制a s c i i 码 的字符串。程序会先和特定的局部控制器之间打开一个u d p 端口2 0 5 5 ，如果连 接成功则调用u d pw r i t e 节点将参数字符串发送出去，如果数据发送不成功， 则根据发送数据返回的错误码重新发送数据，等到数据发送成功后才关闭该连 接。然后对其他的局部控制器重复做同样的工作。虽然u d p 提供的是不可靠的 连接，但是我们的程序中，通过应用层的编程可以实现数据传输的可靠性。 2 u d p 的数据读操作：程序先打开u d p 的2 0 5 5 本地端口监听，然后使用u d p r e a d 节点读取数据。在通信程序接收到数据的同时还会解析该局部控制器的i p 地址和其与服务器连接的端口号，这个端口号是与服务器打开的端口号是一致 的。程序会根据解析的i p 地址将数据交给相应的数据处理模块。然后程序会在 改端口上继续监听，看是否还有其他的客户端请求服务。 通信程序的整个程序清单如图4 2 1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 图4 2 i 通信程序清单 上面第一个图为数据发送，将设置好的参数发送到局部控制器，如果发送 成功则进入监听状态，如果发送不成功，则重新发送。保证了数据发送的可靠 性。 第二个图为数据接收，如果参数发送成功，则程序一直在特定端口上监听 看是否有数据从局部控制器上传到人机界面，如果没有数据上传则一直处于该 茎望型三奎堂堡主兰堡堡壅 端口监听，如果有数据上传，则接收数据。同时，程序还会返回上传数据的局 部控制器的i p 地址和连按的端口号。 第三个图是将接收到的数据送往数据处理模块处理，然后按照返回的局部 控制器的i p 地址，将处理后的数据传送到特定的颜色套准波形控件中显示。图 中数据处理模块是为了简化主程序编写的子函数，每种颜色对数据的处理过程 部是一样的，因此可以做成一个子函数来处理。 武汉理工人学硕士学位论文 第5 章系统运行测试及结果分析 5 1 系统运行状况分析 整个系统硬件安装好后，在运行软件之前，我们首先应该测试一下，看硬 件部分是否正常运行。这就是为什么在t c p i p 协议栈中，我们保留了i c m p 报 文的回显应答和请求回显的两种类型的报文，这两种报文都是为p i n g 功能服务 的。特意留做调试之用的。 我们在人机界面的m s d o s 模式下，在提示符后敲入p i n g1 9 2 1 6 8 0 2 1 9 2 1 6 8 0 9 ，显示结果都表明人机界面和各局部控制器问网络是相通的。 然后运行人机界面主程序，各项参数正确输入后，开始运行，这时套色版 辊连续运动，等待机器的张力稳定后，停机，测量修正值。这个过程就是预先 版的操作，如图5 - 1 所示。 图5 1 预先对版 我们这套系统中只设计了版辊的纵向相位运动，版辊到达限位后则向反方 向转动，所以预先对版的操作只用针对纵向值。当上图的实际位置值和计算值 相等时，版辊停止运动。上图为2 u 和3 u 的对版，当所有的颜色的显示都如2 u 和3 u 时，则预先对版工作完毕。预先对版操作完成前，不能进行其他的操作。 武汉理工大学硕士学位论文 下面的图5 2 为预先对版操作完成前的套色情况。 图5 2 版辊的位置( 单位：毫米) 图中的箭头为版辊的中心位置，安装版辊时要把每个版辊的箭头放在相同 的位置。图中修正量的大小是指当前色和前一色的版辊中心位置的相差距离。 如图中2 u 要向上调整2 4 r a m 才能和1 u 套准，此时判断调整要向那个方向，调 整后看看调整辊是否更靠近限位零点，( 预先对版操作时，调整辊先到上限位再 往下走到计算值，则上限位就是限位零点，也就是观察调整后版辊是否更靠近上 限位) ，如果调整后更靠近限位零点，则说明计算值太大需要减小，那么修正量 为负，即2 u 的修正量为- - 2 4 ，那么观察2 u 和3 u 距离，3 u 要向下6 2 r a m 才能 和2 u 重合，那么3 u 的修正量为6 2 。同样方法，4 u 为- - 4 0 ；5 u 为l o m m ：6 u 为2 2 m m 。如果2 u 的修正量为正，那么其后各个颜色单元的修正量符号就需要 改变。下图5 3 为版辊的计算值修正。重新选择“计算值”后，重复预先对版 操作，现在各个颜色套印基本准确，则预先对版调试完成。如果发现套印不符 合要求，可以重复以上的预先对版操作。 山i 丁帕上 武汉理工大学硕士学位论文 图5 3 计算值修正 在参数设定和预先对版全部完成后，开始印刷，光电眼会扫描承印材料左 侧的色标位置，产生两路信号t 1 和他上传给人机界面，显示为两路三角波。 观察波形显示，如果当前颜色前一色的三角波在波门内但没有对齐，则需要修 正两种颜色的套印偏差，系统则会自动调整套色偏差修正辊的上下运动，改变 两种颜色版辊间的承印材料的长短，使得各色套印准确。 5 2 相关问题的探讨 在系统做了如上所述的调试后，在调试过程中发现了一些问题。 1 正常印刷的时候，其他的运行都很正常，就是t l 和t 2 路的信号会从设 定的波门中移出。 经分析得出故障原因为：安装在版辊上的光电编码器和版辊不同步转动。 后经过改变齿轮的传动比，使得编码器和版辊同步。 2 当机器空转时，信号的基准线上出现了干扰信号，并且幅度较大。 经分析得出故障原因为：光电编码器安装不合适。后经过检查光电编码器 在转动的过程中有抖动的情况，重新安装好后运行正常。 3 色标的t 1 和t 2 信号上有很多的脉冲信号，并且经常出现报警情况。 经分析得出故障原因为：承印材料边上油墨点太多，对光电眼造成干扰。 武汉理工大学硕士学位论文 后经过清除版辊油墨的方法，避免了该情况的发生。 在现场调试的过程中还遇到了其它的一些问题，在这里就不一一列举了。 虽然碰到了问题故障，但是在所有工作人员的共同努力下最终解决了问题，使 得系统运行状况良好。 武汉理工大学硕士学位论文 第6 章总结 在对全文的总结上，我将从三个方面进行阐述。 1 对工业以太网的总结 随着控制、计算机、通信、网络技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅 速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次。新的工业网络体系应该 时建立在i n t r a n e t i n t e r n e t 基础上的开放式的、透明的商业运作模式之上。 企业决策层、生产管理者乃至经销商和用户都需要了解生产线上的生产信息， 而管理者也要能够在整个企业网络范围内自由地把数据分配给使用者，以至于 在企业网络不同层次间传送地数据信息已变得越来越复杂，这就要求工业网络 在开放性、互连性、带宽方面提出了更高的要求。 基于这样的背景，本文在详细介绍套色控制系统之前对工业以太网做了较 为全面的介绍，将工业以太网和传统现场总线做了对照，分析了将工业以太网 用于套色控制系统的可行性及存在的问题。 工业以太网作为控制网络的未来发展趋势，本身在某些技术上需要很大的 改进。以太网正在从不同的途径进入控制领域，虽然有很多产品已经使以太网 直接走进控制现场，但其应用主流仍以一种信息网络的方式出现，作为一体化 的网络控制形式还任重而道远。 2 对虚拟仪器的总结 借助于迅速发展的计算机技术，虚拟仪器技术在测控仪器和生产自动化领 域有了很大的发展空间。虚拟仪器技术不仅仅可以简化仪器的系统结构，而且 能有效地降低生产成本和缩短软件的开发周期。虚拟仪器是开发自动化和网络 化测量仪器的有效方法。基于图形化编程语言的开发平台l a b v i e w 能大幅度缩 短虚拟仪器应用程序的开发时间。 在本文所介绍的套色控制系统中使用的开发平台是由美国n i 公司提供的 乙a b v i e 珥7e x p r e s s 。该软件平台提供了强大的接口功能，使