专利名称：切纸机用嵌入式电控系统的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种电控系统，特别是关于一种切纸机用嵌入式电控系统。
背景技术：
切纸机技术是机、光、电、气、液等多学科领域的交叉共同体，是自动控制理论在印 刷行业的一个重要应用体现，其控制系统的水准是用户关注的重点，更是切纸机制造商竞 争的焦点。2005年9月7日公开的CN2723151Y实用新型提出了一种集中式电控系统，能较 好的完成数显机的人机交互和机器控制，但明显的该型集中式控制使得CPU负担繁重，一 旦CPU故障，则整机瘫痪，系统就会失控，该系统的开发、升级和维护都非常不便；2001年1 月3日公开的CN2412713Y切纸机采用了集散式控制系统模型，引入了功能块机制以实现各 模块独立工作，整机安全性和可靠性有所提高，但是该切纸机没有能够引入数字通信机制， 系统内信息串行，控制器信息无法反馈到核心功能CPU ；2005年5月4日公开的CN2696788Y 和2008年3月12日公开的CN201035388Y两实用新型的集散式电控系统，他们引进了数字 通信机制，但该两型系统功能块间串行设计，不完整且没有考虑推纸器功能与切纸机其他 功能模块的耦合，没有安全设计；2009年11月11日公开的CN101576742A提出了一种切纸 机远程监控与故障诊断系统，是切纸机控制水平提升的一种尝试，但明显的该发明仅仅是 切纸机的一个外围附加设备，没有充分利用切纸机电控系统的自身资源，且该设计串口通 信与以太网通信速率不协调，系统附加成本太高。当前的切纸机技术已由传统的单机裁切转向流水线裁切(单机配备有升纸、闯 纸、缓冲台、卸纸等外围设备)，自动控制系统也进入了嵌入式、开放型网络控制系统时代， 现场总线、工业以太网、无线数字通信技术不断引入印刷流水线，以支持快速发展的流水线 控制和企业信息网络建设；同时，切纸机控制系统由通用PC型转向精简型、专用型嵌入式 技术，传统切纸机平面文字式的操作界面正在向多媒体、图形图像化方向发展，机器模块间 的功能耦合更强，安全性要求更高；机器工作状态可以实时监控，故障可以远程诊断和排 查，以降低维护成本。
实用新型内容为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种低成本高性能的切纸机用嵌 入式电控系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种切纸机用嵌入式电控 系统，其包括控制电脑、逻辑控制单元、伺服定位单元、安全控制单元以及传感器单元，所述 的控制电脑分别与伺服定位单元以及逻辑控制单元相连，所述的传感器单元分别与安全控 制单元以及逻辑控制单元相连，所述的逻辑控制单元分别与该伺服定位单元和安全控制单 元相连。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的传感器单元包括裁切、压纸、托 板动作检测用的开关，以及手轮、清废、加油检测用的传感器。[0007]本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的控制电脑包括基于520MHz CPU 硬件平台的WinCE嵌入式操作系统触摸屏人机界面以及键盘。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的嵌入式操作系统触摸屏人机界 面包括至少3路UART扩展出支持RS232、RS485或RS422接口标准的串口。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的RS485通信标准串口分别连接 触摸屏人机界面和逻辑控制单元，以及连接触摸屏人机界面和伺服定位单元。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的触摸屏人机界面包括CPU专用 通道扩展出2路USB Host接口，该两路USB支持多样的USB接口设备。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的触摸屏人机界面包括通过数据 地址总线方式扩展出了 1路工业以太网接口，该工业以太网接口直接挂接在企业信息网络 上。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的伺服定位单元包括伺服驱动 器、伺服电机、与推纸机相连的同步传动机构，所述的伺服驱动器直接挂接在裁切生产线 的数据总线上，所述的伺服电机与该同步传动机构相连。本实用新型解决进一步技术问题的方案是所述的伺服驱动器包括总线接口和两 个串口接口。相较于现有技术，本实用新型所提供的切纸机用嵌入式电控系统功能模块独立设 计、并行工作，能有效处理切纸机各模块间信号耦合与功能耦合；引入现场总线CANbus和 工业以太网，兼容当前流行的3G无线数字通信技术，支持印刷流水线信息集成和企业信息 网络建设，支持远程帮助和故障诊断；该型产品引入切纸机视频监控技术，支持图形图像处 理，支持印刷流水线的文件数据格式CIP3/CIP4，发热量低，启动速度快，易于安装、维护和 升级，最大程度的支持切纸机的高速、安全、智能操作。
图1是本实用新型的切纸机用嵌入式电控系统的结构原理示意图。图2是本实用新型的切纸机用嵌入式电控系统的HMI的硬件结构图。
具体实施方式
如图1以及图2所示，本实用新型提供一种切纸机用嵌入式电控系统，采用基于 WinCE的嵌入式程控切纸机电脑(HMI+keyboard)作为人机交互主界面，采用PLC作为切纸 机逻辑控制单元(logic control unit)，采用伺服驱动器驱动伺服电机(SERVO unit)通过 同步传云几构(synchronous transmission)带云JjffiU器(backgauge)前后运云J]定位，另夕卜 独立设计系统安全控制单元(safety control unit)通过接触器组控制整机执行单元，执 行单元的工作状态通过传感器组(sensor group)反馈给安全控制系统和逻辑控制中心，其 包括控制电脑、逻辑控制单元、伺服定位单元、安全控制单元以及传感器单元。本发明所使用的控制电脑包括触摸屏人机界面(HMI)以及键盘，其中触摸屏HMI 采用基于Marvell XScale架构PXA270 520MHz CPU硬件平台的WinCE嵌入式操作系统，使 用Embedded VC++集成环境开发基于WinCE嵌入式平台的切纸机应用软件KincoCut，最终 使得KincoCut应用软件在WinCE操作系统调度帮助下，完成切纸机及裁切生产线的特殊工 艺操作。所述的HMI的硬件平台以PXA270为中心，利用该32位高速CPU解决MCU方案的处理速度问题，利用其嵌入式的低功耗硬件构架解决通用平台的高功耗、高发热量问题；该 HMI设计开放有丰富的数字通信接口，如3路UART扩展出可以支持RS232、RS485或RS422 接口标准的串口，本发明中使用RS485通信标准分别连接HMI和PLC，连接HMI和伺服，用户 工程数据和机器参数设置存放在HMI中，机器启动后，首先进行工作参数初始化，把主要数 据下载到PLC和伺服中，并实时的从PLC和SERVO中读取机器工作状态，显示在界面上，供 操作工人参考；HMI由地址数据总线方式扩展出现场总线CANbus，该总线可以直接与生产 线上的诸如升纸机、闯纸机和卸纸机挂接在一起，高速通信，切纸机电脑通过该总线获取生 产线整体工作状态，提示用户根据HMI上显示的数据进行生产线控制，比如卸纸堆垛、升纸 闯齐等；所述的HMI包括CPU专用通道扩展出2路USB Host接口，该两路USB可以支持多 样的USB接口设备，如通用键盘，鼠标，扫描仪等等，最为重要的，用户可以使用该USB host 接口直接插接3G无线上网卡，HMI通过设备驱动识别该无线设备并自动集成到功能列表， 用户可以使用该无线接口把切纸机监控数据打包直接发送到远程终端，或通过该接口来获 取远程终端发送的帮助等信息，该操作为机器远程故障诊断和排查提供了有效手段，同时， 设备生产商或服务商可以通过该接口监测现场切纸机及其生产线的工作状态，及时提醒设 备使用方进行维护等相关操作，特别的是，技术支持和售后也可以通过该接口远程显控现 场用户界面，对设备进行简单调试；HMI上由数据地址总线方式扩展出了 1路工业以太网 (Ethernet)接口，该工业以太网接口可以直接挂接在企业信息网络上，通过通信服务驱动 支持企业信息网络提出的数据请求，同样的，远程设备生产商也可以通过工业以太网访问 切纸机数据，执行故障诊断排查、用户帮助等操作。与电脑硬件平台相对应的，基于WinCE及底层驱动的KincoCut软件是本发明中 电脑的核心应用软件，该软件是针对印刷流水线裁切工艺和切纸机特殊应用现场而设计的 软件平台，该平台由Embedded VC++集成环境开发，利用windows API接口与WinCE操作 系统相连，在裁切工艺核心进程上运行了包括设备工作状态监视、设备应急响应、机器故障 诊断处理、用户操作监视、图形图像处理、印刷生产线控制和用户帮助等7个重要的功能模 块。裁切核心进程以裁切工艺为参考，可以通过用户手动、机器半自动、机器全自动等方式 来执行切纸操作，通过设备工作状态扫描和用户操作监视模块，本发明中的HMI可以实时 显示和动态更新屏幕图形图像，并同时发出指令控制电力拖动系统完成诸如闯纸、压纸、推 纸、裁切、清废等复杂动作。除支持切纸机单机工作外，该型电脑还支持印刷流水线上的其 他机器控制，如升纸机、闯纸机、卸纸机等，并支持通过以太网访问企业印刷流水线服务器， 自动识别任务列表中的CIP3/CIP4文档，并转化为自动裁切订单。各软件模块通过WinCE 底层驱动感知机器状态，在设备出现故障后自动应急隔离，或者通过故障列表对比分析给 出故障排除方法。所有的这些使得本发明具有智能特性，可以帮助并在某些方面替代操作 工人完成裁切工作。作为HMI功能扩展，本发明对切纸机的多媒体技术进行了通盘考虑，由 于PXA270加入了 Wireless MM利记体育，大大提升了其多媒体处理能力，这个可以为机器视觉 等技术做下铺垫，有利于KincoCut软件的进一步完善和升级。该嵌入式软件平台对于软件 维护更新、界面设计与调整、多国语言扩展等均具有操作简易、工作量小等特点，适用于切 纸机产品的配套设计和生产。所述的逻辑控制单元是推纸器与切纸机其他功能单元耦合的逻辑核心，在逻辑控 制单元中固化有机器逻辑控制所需的程序，通过数字通信方式与HMI连接，用于接收HMI对
5于推纸、气垫、裁切、清废、加油等机器操作的动作指令或使能指令，接到指令后，PLC首先扫 描当前机器工作状态，判断执行指令的条件是否满足，之后根据执行标准或触发推纸器推 纸，或打开、关闭气垫，或使能压纸、裁切、清废、加油等，并把该类控制或使能信号通过输出 点输出给安全控制单元，以控制切纸机的其他功能单元。所述的逻辑控制单元与伺服定位单元和安全控制单元分开设计符合产品功能和 成本的相关分配准则，该逻辑控制单元可以选用通用产品，与安全逻辑控制单元的等级分 开，同时该逻辑控制单元可以选用小型一体化设备，避免使用扩展或总线方式外扩I/O单 元，尽大程度的降低了产品成本。所述的伺服定位单元是推纸器控制的重要部件，其包括伺服驱动器、伺服电机、同 步传动机构和丝杠，所述的伺服驱动器独立设计，与HMI、PLC并行工作，开放有CANbus总线 接口和两个串口，可以直接挂接在裁切生产线的数据总线上，以配合闯纸上料等动作；伺服 电机和同步传动机构的采用使得本发明的电力拖动部分安装非常简易，同时，为克服同步 传动机构运行时的噪声，本发明采用了具有吸噪效果的同步传动机构。本发明所使用的伺服驱动器是可以进行内部运动曲线编程的驱动器，首先在伺 服驱动器中采用编程方式可以定制多达256种运动曲线，并给与它们对应的二进制代码 编号，如0000 0001代表第一条曲线，00000110代表第6条曲线；其次，把曲线触发寄存 器按由低到高位逐一映射到伺服驱动器的数字输入点上，如最低位映射到Dim (digital input)，第二位映射到DIN2等等；再次，在逻辑控制单元中使用PLC的输出点进行二进制 编码，根据电脑的不同指令进行编码输出，如需要调用第10条曲线时，就编码输出0000 1010，伺服就会自动根据映射表来运行第10条曲线。要说明的是，伺服内部编程的各曲线 之间可以相互调用，这种调用不需要I/O触发，也不需要通信控制，比如，要完成切纸机的 经典向后推纸曲线时，伺服首先调用向前推纸的曲线，并在该曲线完成后自动调用向后推 纸曲线，在第二条曲线完成后自动调用第三条曲线，这样，只需要一次逻辑控制单元的通信 和二进制编码触发，就可以完成三条曲线组成的特殊工艺曲线，节省100ms的工作时间。本发明采用的伺服定位单元通过数字通信从HMI获取实时位置，并依靠I/O编码 的方式来触发动作。由于数字通信具有纠错机制，I/O编码方式相对高速脉冲具有抗干扰 性强等特点，该伺服定位单元速度快，推纸器定位精准，最高定位精度0. 005mm，重复定位精 度0. 01mm ；同步传动支持高达20m/min的推纸速度，推纸器工作噪声低于65dB。所述的传感器单元包括裁切、压纸、托板等动作检测用开关，以及手轮、清废、加油 等检测用传感器，主要用于检测机器各功能机构单元当前所处的位置及其运动状态，要强 调的是，这些机构的工作状态是切纸机进行推纸器控制的前提条件或控制目的，是切纸机 耦合信号的主要源，在切纸机控制过程中必须考虑。所述的安全控制单元采用安全接触器和安全PLC设计，主要针对机器压纸和切纸 等动作，保护操作者在出现误操作、机器故障等情况下人身的安全，该单元与逻辑控制单元 相配合，极大的提高了切纸机的安全性，符合安全设计原则和国家相关标准。图2所示为本发明所述高速智能切纸机用嵌入式电控系统及其裁切生产线的组 织结构，本文从裁切生产线和切纸机电控系统两个角度来说明。一般来说，裁切生产线上包括有升纸机(stack lifter),闯纸 机(Automat ic Jogger)、缓冲区(Buffer)、切纸机(PaperCutter)和卸纸机(transomatmachine)组成，分别完成纸堆升高、分堆闯齐、缓冲挪放、裁切和裁后卸车动 作，可以支持1到2个工人进行大任务量的裁切工作。整条生产线的生产速度和效率取决于 信息交互程度和切纸机工作效率，当前流行的切纸机裁切速度为45次/分，推纸器运动速 度为12米/分，但对于裁切生产线来说，这个速度是不够的，不能充分发挥其他辅助机械的 效率，为整体提高流水线的水平，目前，对生产线上的切纸机提出的基本要求为裁切速度60 次/分，推纸速度18-20米/分，本发明采用的伺服和逻辑控制单元独立、并行工作，可以支 持切纸机跟上生产线；本发明在HMI、PLC和SERVO端均开放有CANbus总线接口，可以直接 或间接的支持生产线上设备互联，并以切纸机的HMI为中心，控制整条生产线流水化操作。 本实用新型所提供的切纸机用嵌入式电控系统在每一路物理通道上通过用户自 由接线选择，即可以用来实现数字量输入功能，又可以用来实现字量输数字量输出功能。单 一的PLC扩展模块装置(如DI或DO)，在满足用户多样化需求方面受到局限；例如，用户需 要四路DI和两路D0，若采用单一模块装置，至少需要两个模块装置(即四路以上的DI和两 路以上的DO)，而用多路DI0复用通道模块装置，仅用一块模块装置就能满足要求，极大的 增强了用户的使用灵活性，提高了产品的性价比，为用户创造了更大的价值。
权利要求1.一种切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于其包括控制电脑、逻辑控制单元、伺服 定位单元、安全控制单元以及传感器单元，所述的控制电脑分别与伺服定位单元以及逻辑 控制单元相连，所述的传感器单元分别安全控制单元以及逻辑控制单元相连，所述的逻辑 控制单元分别与该伺服定位单元和安全控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的传感器单元 包括裁切、压纸、托板动作检测用的开关，以及手轮、清废、加油检测用的传感器。
3.根据权利要求1所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的控制电脑包 括基于520MHz CPU硬件平台的WinCE嵌入式操作系统触摸屏人机界面以及键盘。
4.根据权利要求3所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的嵌入式操作 系统触摸屏人机界面包括至少3路UART扩展出支持RS232、RS485或RS422接口标准的串□。
5.根据权利要求4所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的RS485通信 标准串口分别连接触摸屏人机界面和逻辑控制单元，以及连接触摸屏人机界面和伺服定位单元。
6.根据权利要求3所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的触摸屏人机 界面包括CPU专用通道扩展出2路USB Host接口，该两路USB支持多样的USB接口设备。
7.根据权利要求3所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的触摸屏人机 界面包括通过数据地址总线方式扩展出了 1路工业以太网接口，该工业以太网接口直接挂 接在企业信息网络上。
8.根据权利要求1所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的伺服定位单 元包括伺服驱动器、伺服电机、与推纸机相连的同步传动机构，所述的伺服驱动器直接挂接 在裁切生产线的数据总线上，所述的伺服电机与该同步传动机构相连。
9.根据权利要求8所述的切纸机用嵌入式电控系统，其特征在于所述的伺服驱动器 包括总线接口和两个串口接口。
专利摘要本实用新型提供一种切纸机用嵌入式电控系统，其包括控制电脑、逻辑控制单元、伺服定位单元、安全控制单元以及传感器单元，所述的控制电脑分别与伺服定位单元以及逻辑控制单元相连，所述的传感器单元分别与安全控制单元以及逻辑控制单元相连，所述的逻辑控制单元分别与该伺服定位单元和安全控制单元相连。
文档编号G05B19/05GK201780481SQ20102003295
公开日2011年3月30日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者张怀周, 欧阳运升, 池家武, 詹根基, 马学童 申请人:上海步科自动化有限公司