采用T5智能触摸显示终端的移印机控制系统设计

任 雯，赖森财，曾显杰，张宗铄，于月朋

（1.三明学院 机电工程学院，福建 三明 365004；）2.装备智能控制福建省高校重点实验室，福建 三明 365004；3.三明恒顺印刷机械有限公司，福建 三明365001）

移印机是一种特种印刷机械。它与传统印刷设备相比的显著特点是能在不规则的凹凸曲面或平面上印出精美的文字和图案，塑料、金属、陶留、尼龙、玻璃等材料的制品均可印刷，尤其适用于柔软物品和表面脆弱的物体印刷。 这种印刷方法，与贴纸、喷棒、烫金、丝印等相比，具有成本低、效率高、效果好等优点[1-3]。 当前主流应用的移印机控制系统人机界面多采用薄膜轻触面板，具有人机交互性差（显示单调，单面显示信息量小，操作不便）等固有缺陷。 如对设备功能升级或改型，需要整体更换薄膜面板，开发周期长、成本高对企业设备升级造成成本壁垒。 同时，当前企业用户希望生产装备拥有远程监控、网络化生产管理的功能[4-6]，通过提高信息化水平而减少现场操作工人数量，提高经营效益。 因此本文提出了一种基于T5 智能触摸屏的新型移印机控制系统设计开发策略，具有移印胶头自动清洁功能[7]，人机界面友好，性能稳定。

1 移印机结构组成及工作原理

1.1 移印机结构组成

本文设计的移印机结构如图1 所示，包括机械部件、气动装置（垂直气缸、上墨气缸、清洗气缸）、电动装置（清洁带驱动电机）、限位和测距传感器以及柔性胶头、蚀刻钢板、清洁台以及油墨等辅料。 该机型操作简便，结构灵巧，智能化、自动化程度高。

图1 SPD1040E 型移印机结构示意图

(1）各气缸功能

垂直气缸：驱动柔性胶头上下往复运动，完成沾墨、清洗、印刷动作。

上墨气缸：该气缸为水平气缸，驱动蚀刻钢板前后往复穿梭，为胶头提供油墨。

清洗气缸：该气缸为水平气缸，驱动清洁台前后往复穿梭，为胶头提供清洗工位。

(2）其它部件功能

清洁带及驱动电机、清洁台：置于清洁台上方的清洁带用于去除胶头余墨，保证印刷质量。 驱动电机用于驱动滚轴带动清洁带在每一次清洗胶头后卷取沾有油墨的部分，保证胶头下方为清洁面，等待下一次胶头清洗动作。

位置检测传感器：本机有胶头上限位、墨台（表面安装有蚀刻钢板）前限位、墨台后限位、清洁台前限位、清洁台后限位5 个光电位置检测开关。

光栅传感器：用于检测胶头从初始位置垂直向下方运动的距离（深度），工作原理如图1 和图2 所示，本机设计为沾墨深度＜清洁深度＜印刷深度。

控制电路板：实时检测各部件位置，控制气缸按照印刷流程运动。

触摸屏：显示机器运行状态信息；提供设备自动、手动运行以及参数设置触摸按键。

图2 光栅传感器的基本结构

如图2 所示光栅传感器主要由光源、透镜、主光栅、指示光栅、和光电元件组成。 光源通过透镜照射到光栅上，当指示光栅在主光栅移动的时候就形成了亮暗相间的条纹，条纹之间相隔1 mm，光线从光栅透出照射到光电元件上，转换成电脉冲信号进行计数。 光栅传感器从上至下用于检测沾墨、清洗、印刷三个工位，深度可以通过触摸屏参数设置页面进行设置。

1.2 移印机工作原理

为了满足生产需要，移印机一般包括用于调试的手动模式和连续工作的自动模式。 手动模式一般为自动模式的特殊单步方式。 移印机自动工作流程有以下步骤

(1）制作蚀刻钢板。 根据用户需求将待印图案、文字、字母等信息蚀刻在钢板上。

(2）依照产品特性，设置系统参数。由于当前企业订单多呈现为定制化、小批量特点，印刷对象的尺寸、材料差异较大，在设计夹具的基础上，每个生产批次需要通过触摸屏设置运行模式、沾油深度、印刷深度、清洗深度、清洗间隔、印刷时间、沾墨时间、往返时间、收料时间、自动时间等运行参数。

(3）移印机气缸回归原点。 通过控制初始化操作使水平方向的上墨气缸、清洗气缸回到后限位，垂直气缸回到上限位，保证系统处于原点状态（初始状态），这是设备可靠自动运行的基本保证。 此时垂直气缸上限位传感器、上墨气缸后限位传感器、清洗气缸后限位传感器为ON，上墨气缸前限位传感器、清洗气缸前限位传感器为OFF。

(4）移印机自动工作程序逻辑。 移印机工作过程总体包括沾墨、移印、清洁三个环节。

①胶头沾墨。 对处于初始状态的移印机按下自动运行启动按键后，上墨气缸驱动蚀刻钢板向前运动（简称前行），碰到前限位传感器后，停在该处，0.1 s（时长可通过往返时间设置）后垂直气缸驱动胶头向下运动（简称下移），通过光栅传感器检测下移的深度，当到达设定的沾墨深度（初始状态与蚀刻钢板上表面间的垂直距离），停在该处，0.2 s（时长可通过沾墨时间设置）后上移返回至初始位置，一次沾墨动作完成。 如果根据工艺要求需要多次沾墨，则需要多次执行沾墨环节。

②产品印刷。 垂直气缸驱动胶头下移，当达到设定的印刷深度（初始状态与承印物表面间的垂直距离），停在该处，0.2 s（时长可通过印刷时间设置）后上移返回初始位置，一次印刷动作完成。

③胶头清洗。根据工艺要求，可设定胶头清洗间隔。当胶头清洗间隔满足设定值时，在印刷动作完成后，需要使用胶带将胶头上的余墨清洗一次后再进行下一次沾墨动作。 胶头清洗过程为：水平清洗气缸驱动清洗台和胶带前行，碰到前限位传感器后，停在该处后垂直气缸驱动胶头下移，当到达设定的清洗深度（初始状态与胶带上表面间的垂直距离）后上移返回至初始位置，一次清洗动作完成，清洗过程完成后，通过电机卷动胶带将沾有油墨的胶带滚动回收，保证胶头垂直下方是干净的胶带。

2 控制系统设计

2.1 控制电路设计

本设计采用STC15 系列高性能微控制器为核心，输入输出端口采用光耦芯片PS2805 隔离，保障了系统的抗干扰能力，采用UL2068 达林顿管全数字化驱动气缸高速全自动完成移印过程，电路原理如图3 所示。电源采用35 W 工业通用24 V 开关电源，通过转换模块（24 V 转5 V）模块给电路板芯片供电的同时，通过三线式输入输出接线端子给输入传感器供电。

2.2 智能串口触摸屏设计

人机交互界面采用基于T5 内核、具备远程网络功能的迪文串口电容触摸屏，如图4 所示。 本设计软件部分采用DGUS 软件客户端通过配置13.BIN、14.BIN、22.BIN 文件以及图片素材设计系统监控、参数设置和诊断测试三个用户界面，如图4～5 所示。 通过DWIN OS 软件进行安全管理（权限、密码等）、CAN 总线协议、串口外设（比如打印机）、控制程序状态机配置等自定义高级功能，扩展系统功能。

图3 嵌入式控制系统硬件结构图

图4 基于T5 智能屏的软件设计架构

T5 触摸屏硬件部分采用双核8051 CPU 架构，分别独立运行DGUS 软件和DWIN OS 软件，支持T5 自定义指令集，通过0X80～0X84 指令实现触摸屏变量区、曲线缓冲区、功能寄存器与内嵌移印算法的控制系统进行数据交互，完成参数设置、数据显示、曲线动态跟踪、触摸动作执行等功能。

图5 所示为采用DGUS 软件设计的用户界面。 在系统监控界面中主要显示系统的运行状、总印刷数。 并可以实现对沾墨、印刷、清洗三个胶头下移深度的调整。 同时在手动状态，可以对墨台前后穿梭、胶头上下移动、清洗台前后穿梭单功能动作进行调试。 在参数设置界面实现主要系统参数的设置。 在诊断测试界面实现对输入输出I/O 口的实时监控。

图5 系统人机交互界面

3 控制算法设计流程

根据1.2 节所述的移印机工作原理，基于 Keil C 软件平台所设计的STC15 系列微处理器的移印控制算法流程如图6所示。

图6 移印控制算法流程

4 结束语

设计的新型智能移印机采用了T5 内核的电容触摸屏作为人机界面，采用气动驱动的工作方式高效环保，具有自动清洁胶头装置，自动化程度高。与传统采用薄膜轻触面板的传统机型相比显示信息丰富美观，操作便捷性大幅提升，结构紧凑性价比高。 经实践应用表明，性能稳定，定位精准，对于印刷装备的信息化升级具有较大借鉴价值。