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数字预涂型覆膜机控制系统设计及研究

作　者: 田佳兴
导　师: 管力明
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 数字预涂型覆膜机温度控制运动协调控制程序设计
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本论文结合杭州美冠自动化设备有限公司和杭州电子科技大学联合研发项目“印后整饰系列设备研发”，对覆膜机的控制系统进行研究。印后加工是使经过印刷机印刷出来的印张获得最终所要求的形态和使用性能的生产技术的的总称，是保证印刷产品质量并实现增值的重要手段。该项目的主要任务是填补国内印后设备小型化、数字化、个性化的空缺，并推进我国印后设备的发展。第一章在分析了覆膜机发展现状和市场需求的基础上，提出设计出了一种新型数字预涂型覆膜机的覆膜流程及控制系统的重要性。第二章阐述了数字预涂型覆膜机工艺流程和总体方案，并搭建覆膜实验平台进行设计和论证，在此基础上详细地分析了控制系统的组成，讨论了硬件系统的组成和软件系统的设计。第三章详细阐述了覆膜机热辊筒加热及检测方案，建立了热辊筒的热平衡模型，并分析研究了不同纸张、预涂膜类型情况下覆膜温度、覆膜速度等工艺参数对覆膜质量的影响，在分析不同温度控制算法的基础上确立了基于模糊神经网络的温度控制策略。第四章详细介绍了数字预涂型覆膜机的运动协调控制部分的硬件和软件，分析研究了进纸轴、覆膜轴、断纸轴等运动关系，研究相应执行电机的控制方法并设计出电机驱动电路，最后对运动协调控制系统进行了软件的设计和编写。第五章详细介绍了数字预涂型覆膜机的人机交互系统，以MODBUS工业协议为基础编写下位机程序，实现触摸屏与单片机的通信功能，并根据覆膜机功能需求设计相应的人机交互界面。目前，数字预涂型覆膜机系统控制系统调试已取得了比较理想的效果，并生产出样机，各项性能指标都达到了设计要求，准备进行批量生产。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-15
  1.1 项目的背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 印后设备的现状与发展趋势  11-12
    1.2.2 覆膜机的发展趋势  12-13
  1.3 论文研究的主要内容  13-15
第二章覆膜机及其控制系统总体方案设计  15-22
  2.1 预涂型覆膜机概述  15-17
    2.1.1 覆膜过程  15-16
    2.1.2 预涂型覆膜机基本结构  16-17
  2.2 系统需求分析  17-18
  2.3 机械结构总体框架设计  18
  2.4 控制系统的总体方案  18-21
    2.4.1 控制系统硬件结构  18-20
    2.4.2 控制器概述  20
    2.4.3 控制系统软件结构  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章覆膜机工作温度控制方法研究  22-39
  3.1 温度控制系统分析  22-26
    3.1.1 常规 PID  22-24
    3.1.2 模糊控制及神经网络控制  24-26
      3.1.2.1 模糊控制  24-25
      3.1.2.2 人工神经网络  25
      3.1.2.3 模糊控制与神经网络的结合  25-26
  3.2 覆膜机温度控制方案  26-27
    3.2.1 控制对象的模型  26-27
    3.2.2 控制方案的选择  27
  3.3 覆膜机的温度控制算法  27-34
    3.3.1 输入参数的选择和模糊集划分  27-28
    3.3.2 模糊神经网络结构  28-30
    3.3.3 规则提取网络优化  30-32
    3.3.4 实验与分析  32-34
  3.4 温度控制系统硬件设计  34-38
    3.4.1 控制系统硬件结构  34-35
    3.4.2 温度检测模块  35-36
    3.4.3 A/D 转换及数据处理  36-37
    3.4.4 加热电路设计  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章覆膜机多轴运动协调控制方法与研究  39-66
  4.1 数字预涂型覆膜机工作流程设计及原理  39-40
  4.2 电机控制方法及驱动模块设计  40-48
    4.2.1 步进电机的控制方法及驱动模块设计  41-44
    4.2.2 直流电机的控制方法及驱动模块设计  44-48
  4.3 检测及反馈模块设计  48-51
    4.3.1 纸张边缘检测  48-49
    4.3.2 覆膜辊速度和位置检测及反馈  49-51
      4.3.2.1 正交编码器的原理  50-51
      4.3.2.2 QEI 接口  51
  4.4 软件设计  51-64
    4.4.1 运动协调控制系统的程序功能分析  52
    4.4.2 主程序  52-53
    4.4.3 覆膜辊速度控制  53-58
    4.4.4 输纸辊和断纸辊速度及位置控制程序  58-60
    4.4.5 自动覆膜程序  60-64
  4.5 实验平台的建立及系统测试  64-65
    4.5.1 覆膜实验平台的建立  64-65
    4.5.2 系统测试及结果  65
  4.6 本章小结  65-66
第五章覆膜机人机交互系统设计  66-74
  5.1 触摸屏的选型  66
  5.2 触摸屏与单片机的通信联接  66-69
    5.2.1 通信方式的选择  66-67
    5.2.2 通信模块电路设计  67-68
    5.2.3 MODBUS 工业协议在触摸屏系统中的应用  68-69
  5.3 下位机软件设计  69-70
  5.4 触摸屏画面的设计  70-73
  5.5 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
附录  79-80
附图  80

数字预涂型覆膜机控制系统设计及研究

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