何靜濤，朱 程

（蚌埠學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，安徽 蚌埠 233030）

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制印刷開(kāi)槽模切機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

何靜濤，朱 程

（蚌埠學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，安徽 蚌埠 233030）

將RS-485串口應(yīng)用于計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在高速全自動(dòng)印刷開(kāi)槽模切機(jī)上的控制方式設(shè)計(jì)與研究。為生產(chǎn)紙箱的企業(yè)節(jié)省人工和時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益提供了解決方案。在系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，采用了面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言VB為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言來(lái)快速開(kāi)發(fā)出界面友好的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

RS-485；全自動(dòng)高速印刷開(kāi)槽模切機(jī)；遠(yuǎn)程控制

近幾年，瓦愣紙板行業(yè)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，生產(chǎn)技術(shù)水平顯著提高，進(jìn)而達(dá)到降低包裝成本以及減少運(yùn)輸費(fèi)用的目的，因此高強(qiáng)度、高精度、低克重成為其行業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)。如何進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)紙板印刷包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度、印刷精度和清晰度，趕超世界先進(jìn)水平已成為行業(yè)內(nèi)亟待解決的重大課題。將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用于高速印刷開(kāi)槽模切機(jī)的使用中是突破技術(shù)瓶頸的重要途徑。

1 問(wèn)題的提出

盡管先進(jìn)的全自動(dòng)高速印刷開(kāi)槽模切機(jī)自身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)程度的高速、精準(zhǔn)和自動(dòng)化，但存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能還十分欠缺，所以對(duì)于諸如客戶(hù)資料、切割的紙板型號(hào)和切割道具類(lèi)型等重要數(shù)據(jù)無(wú)法存儲(chǔ)，也就不能再利用。很顯然，這一缺點(diǎn)在日常生產(chǎn)中會(huì)直接導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：第一，重復(fù)設(shè)置待切割的紙板的型號(hào)、切割刀類(lèi)型等數(shù)據(jù)。瓦愣紙板公司的客戶(hù)往往是長(zhǎng)期合作關(guān)系，也就是說(shuō)同一個(gè)客戶(hù)，每次定做的紙板的規(guī)格及圖案是相同的，每次都要人工手動(dòng)輸入一系列相同的數(shù)據(jù)必然增加工作量。第二，在人與人相互交流，尤其是口口相傳要輸入的一組紙板數(shù)據(jù)時(shí)，容易出現(xiàn)誤差，這將導(dǎo)致大量的浪費(fèi)和返工。

如果可以利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)功能，將反復(fù)用到的數(shù)據(jù)、資料保存，在需要時(shí)直接調(diào)用，將解決業(yè)界面臨的這兩大問(wèn)題。我們知道，印刷開(kāi)槽模切機(jī)所在的生產(chǎn)車(chē)間環(huán)境嘈雜，切割粉塵污染嚴(yán)重，這樣的環(huán)境對(duì)計(jì)算機(jī)和操作員都有危害。所以在實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合印刷開(kāi)槽模切機(jī)工作的同時(shí)，我們追求更良好的工作環(huán)境，而遠(yuǎn)程控制是解決計(jì)算機(jī)與印刷開(kāi)槽模切機(jī)分離管理、使用的最佳方案。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 RS-232及RS-485串口簡(jiǎn)介

RS-232與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制訂并發(fā)布的。RS-232被定義為一種在最高速率為20 kb/s串行通訊中增加通訊距離（傳送距離最大約為15米）的單端標(biāo)準(zhǔn)，所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。RS-485和RS-232的基本的通訊機(jī)理是一致的，RS-485的最大傳輸距離約為1 219米，最大傳輸速率為10 Mb/s，它的優(yōu)點(diǎn)在于彌補(bǔ)了RS-232通訊距離短、速率低、不能進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備同時(shí)聯(lián)網(wǎng)管理的缺點(diǎn)。所以，在一個(gè)企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)印刷開(kāi)槽模切機(jī)的遠(yuǎn)程管理、控制，RS-485已經(jīng)綽綽有余。更重要的是，與為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊而設(shè)計(jì)的RS-232相比，RS-485增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上。因此，通過(guò)RS-485串口，我們既可以使計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制印刷開(kāi)槽模切機(jī)，也可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制多臺(tái)印刷開(kāi)槽模切機(jī)。

2.2 RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

臺(tái)式機(jī)通常配1至2個(gè)RS-232串口，即COM1和COM2。RS-322轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器主要由232電平轉(zhuǎn)換、485電路和電源三部分組成，其實(shí)物外形如圖1所示。

圖1 RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器

在PC端連接好RS-232線，再連接好串口線與RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器即可，RS-232轉(zhuǎn)RS-485通訊原理如圖2所示。我們采用的RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器能夠?qū)S-232串行口的第3個(gè)引腳TXD和第2個(gè)引腳RXD信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS-485信號(hào)，無(wú)需外接電源，整個(gè)電路的供電直接由PC機(jī)的RS-232串口中的第4個(gè)引腳DTR和第7個(gè)引腳RTS獲取[1]。安裝軟件和硬件使用非常簡(jiǎn)單。

圖2 RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器

2.3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

數(shù)控系統(tǒng)模塊采用基于上位機(jī)和下位機(jī)的雙CPU開(kāi)放式系統(tǒng)，其原理圖如圖3所示。

圖3 數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

在本系統(tǒng)中，上位機(jī)是指人可以直接發(fā)出操控命令的集中控制系統(tǒng)中的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其屏幕上顯示各種信號(hào)變化。下位機(jī)是指現(xiàn)場(chǎng)的工控機(jī)。上位機(jī)主要用來(lái)發(fā)出操作指令、顯示結(jié)果數(shù)據(jù)以及完成數(shù)控編程和人機(jī)交互處理等非實(shí)時(shí)任務(wù)。下位機(jī)（工控機(jī)）由PMAC（可編程多軸控制器，ProgrammableMulti-AxisController）運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要用來(lái)監(jiān)測(cè)和執(zhí)行上位機(jī)的操作指令，并承擔(dān)伺服控制、可編程邏輯控制等實(shí)時(shí)性任務(wù)。上位機(jī)首先給下位機(jī)發(fā)出命令，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)的模切機(jī)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)。操作員通過(guò)操作面板和人機(jī)界面獲取外部數(shù)據(jù)，控制內(nèi)核將獲取的數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器的參數(shù)集合中[2]。上、下位機(jī)之間的通訊采用PC總線。借助簡(jiǎn)潔靈活、誤碼率低、抗干擾能力強(qiáng)的RS485總線進(jìn)行通訊，可使得硬件接口比較簡(jiǎn)單，軟件也較易實(shí)現(xiàn)。所以上位機(jī)中的控制內(nèi)核將參數(shù)集中更新的數(shù)據(jù)，經(jīng)PC總線傳到下位機(jī)的參數(shù)模快中；而下位機(jī)也經(jīng)PC總線將模切機(jī)實(shí)時(shí)工作狀態(tài)上傳至上位機(jī)，顯示在終端界面上。系統(tǒng)中的控制內(nèi)核將圖形編程或網(wǎng)絡(luò)傳遞來(lái)的數(shù)控代碼經(jīng)過(guò)編譯生成PMAC卡能識(shí)別的運(yùn)動(dòng)程序并傳給下位機(jī)，下位機(jī)通過(guò)軌跡生成模塊，將數(shù)控代碼翻譯成每個(gè)伺服軸運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的指令代碼，然后由軸控制模塊實(shí)現(xiàn)伺服控制。

下位機(jī)通過(guò)I/O端口與外部的傳感器和執(zhí)行器相連，如按鈕開(kāi)關(guān)、指示燈等。由于下位機(jī)具有強(qiáng)大的可編程離散邏輯控制能力，可實(shí)時(shí)地監(jiān)視外設(shè)的模擬和數(shù)字輸入信號(hào)、設(shè)置狀態(tài)輸出、傳遞信息、監(jiān)視運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求更強(qiáng)的任務(wù)則由下位機(jī)直接進(jìn)行，上位機(jī)只接受處理后的完成信息，這樣可保持系統(tǒng)的運(yùn)行安全性[3]。

2.4 編程語(yǔ)言的選擇

控制系統(tǒng)可以使用JAVA、VB、C++等高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，在本研究中采用基于Basic的可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Visual Basic 6.0，它采用面向?qū)ο?、事件?qū)動(dòng)的編程機(jī)制。Visual Basic非常易用，它可以讓資深的VB程序員或是剛?cè)腴T(mén)者均可以快速開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序。而且VB的程序可以利用控件非常簡(jiǎn)單的連接數(shù)據(jù)庫(kù)。也就是說(shuō)，VB程序可以不用寫(xiě)一行代碼就綁定數(shù)據(jù)庫(kù)的所有信息。

更難得的是，VB6.0中提供了MSComm.ocx串行通信控件，該通信控件可以建立串口連接，并設(shè)置了一組標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，利用它可以編制開(kāi)發(fā)通信控制程序代碼。該控件能連接到其它通信設(shè)備，通過(guò)RS-485串口發(fā)送命令、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，傳輸和接收數(shù)據(jù)，以及監(jiān)聽(tīng)并響應(yīng)通信過(guò)程中發(fā)生的各類(lèi)錯(cuò)誤和事件，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能。有了MSComm控件，程序員不需要花精力去了解復(fù)雜的API函數(shù)，可用它編寫(xiě)事件驅(qū)動(dòng)的、高性能的全雙工通信程序，從而非常方便地完成串口編程[4]。

2.5 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

根據(jù)人機(jī)交互的需求和系統(tǒng)功能的需要，為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單易用、界面友好的人機(jī)交互界面，如圖4所示。根據(jù)工作情況在對(duì)應(yīng)的文本框中輸入客戶(hù)和產(chǎn)品名稱(chēng)、瓦楞紙的類(lèi)型、刀型、紙板的長(zhǎng)寬高等數(shù)據(jù)后，單擊“保存”按鈕，以上數(shù)據(jù)即被保存。當(dāng)同一客戶(hù)再次訂購(gòu)相同產(chǎn)品時(shí)（可能只是訂購(gòu)數(shù)量與前次不同），從系統(tǒng)中直接調(diào)出已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，只需明確并輸入本次訂購(gòu)的數(shù)量，然后印刷開(kāi)槽模切機(jī)將自動(dòng)完成設(shè)定的任務(wù)，無(wú)需人工的重復(fù)勞動(dòng)。

圖4 系統(tǒng)人機(jī)交互界面

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)RS-232轉(zhuǎn)RS-485，使得自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制高速全自動(dòng)印刷開(kāi)槽模切機(jī)。在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)紙箱訂單各項(xiàng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并自動(dòng)換單的基礎(chǔ)上，為一線工作人員和計(jì)算機(jī)創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。讓員工從大量的重復(fù)勞動(dòng)中解脫出來(lái)，從有噪音污染和空氣污染的生產(chǎn)車(chē)間里解放出來(lái)。本系統(tǒng)使操作更方便，自動(dòng)化程度更高，為企業(yè)節(jié)省各項(xiàng)成本，生產(chǎn)效率顯著提高，經(jīng)濟(jì)效益大幅度提升。

[1] 苗世洪,王少榮,彭克柱. RS-232與RS-485接口轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),1998(10):22-25.

[2] 尹紅,唐煜.單片機(jī)RS-485多機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,1999(1):34-36.

[3] 姜云柏,韓懷成,包文毅,孫衛(wèi)東 主從式RS485串行通訊在實(shí)際中的應(yīng)用[J].信息技術(shù),2001(3):14-15.

[4] 董紅政,王忠勇,史曉鵬. 基于MSComm控件實(shí)現(xiàn)串行通信的方法[J].微計(jì)算機(jī)信息,2007(27):24-26.

（責(zé)任編輯、校對(duì)：田敬軍）

The Design and Study of Automation Control System Based on Rs-485 Com for Printing Slotter and Die-cutter

HE Jing-tao, ZHU Cheng
(Department of Computer Science and Technology, Bengbu College, Bengbu 233030, China)

Automation Control System Based on RS-485 Com for Printing Slotter and Die-cutter is introduced in combination with its practical applications. Provide solutions for the companies producing carton to save cost and increase of efficiency. The object-oriented language VB as the development language is introduced to develop the friendly interface quickly for automatic control system.

RS-485; fully computerized high speed printing slotter and die-cutter; remote control

TP311

A

1009-9115(2014)02-0063-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2014.02.018

蚌埠學(xué)院自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（2013ZR04zd），蚌埠學(xué)院工程研究中心研究項(xiàng)目（BBXYGC2013C02）

2013-11-04

何靜濤（1978-），男，安徽蚌埠人，碩士，講師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)。