基于印刷机控制系统的通用远程IO的设计与实现

摘要

印刷术起源于中国，但工业革命后的一百多年中，中国的高性能印刷机控制系统研发系统一直比较落后。同国外高档印刷机控制系统的技术相比，国内印刷机的水墨平衡控制、墨量控制、耐用性、稳定性、自动化和数字化程度较弱。目前国内的印刷机大部分以三菱的PLC作为控制中心,基于三菱主推的CC-Link总线，通过开关量的输入/输出(I/O)和模拟量的输入/输出，完成系统的监控功能。中国拥有世界上最大、增长速度最快的印刷市场，面对市场的需求，国内大部分印刷企业都选择高价购买国外进口设备，这导致了我国印刷技术比较落后、成本增加、性能较差。随着信息化的发展，印刷业又面临新的挑战:短版印刷、按需印刷以及印刷机智能化、网络化等。
　　针对众多IO需求，本文提出将系统分为网关适配器模块和输入/输出模块(I/O)两部分，通过网关适配器模块的以太网配置并现场监控输入/输出模块的方案，最终实现PLC主站对现场输入/输出设备的监控，且PLC可以监控更多的IO点数，更易于扩展和维护。鉴于性能和成本的权衡，设计了不同的硬件兼容方案，同时以太网电路为系统的远程升级提供硬件基础。
　　本文重点介绍了与三菱Q系列PLC主站相连的CC-Link从站的软硬件设计，用于配置网关适配器和输入/输出模块，并现场监控的以太网软硬件设计，网关适配器与输入/输出模块作为Modbus主站和从站的软硬件设计。为了缩短开发周期并保证系统的可靠性，在网关适配器上移植μC/OS-Ⅲ实时操作系统，最后对系统各个功能模块和系统整体进行测试，验证设计的可行性和正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 国内印刷机的发展状况

1．2 本文研究的目的和意义

1．3 课题主要完成的工作

2 系统的总体方案设计

2．1 系统的功能需求

2．2 系统的硬件总体设计方案

2．2．1 系统的硬件总体方案设计

2．2．2 微处理器的选择

2．3 系统的软件总体设计方案

2．3．1 操作系统的选择

2．3．2 系统的软件方案设计

2．4 本章小结

3 系统硬件电路的设计与实现

3．1 网关适配器总体电路设计

3．2 网关适配器最小系统的设计及外围电路

3．2．1 电源电路的设计

3．2．2 时钟电路的设计

3．2．3 复位电路的设计

3．2．4 扩展EEPROM电路设计

3．2．5 调试电路的设计

3．3 以太网电路设计

3．4 RS-232接口电路设计

3．5 RS485接口电路设计

3．6 CC-Link从站电路设计

3．6．1 站号、波特率识别电路设计

3．6．2 CC-Link接口电路设计

3．7 输入输出模块的电路设计

3．7．1 数字量输入接口电路设计

3．7．2 数字量输出接口电路设计

3．8 本章小结

4 操作系统的移植

4．1 操作系统移植的可行性分析

4．2 μC／CPU的修改

4．3 μC／OS-Ⅲ的移植

4．4 μC／OS-Ⅲ内核的裁剪

4．5 μC／OS-Ⅲ的测试

4．6 本章小结

5 系统软件设计与实现

5．1 CC-Link从站软件设计与实现

5．1．1 站号、波特率识别软件设计

5．1．2 MFP3电路软件设计与实现

5．2 以太网软件设计与实现

5．2．1 以太网驱动设计

5．2．2 LwIP协议栈的移植

5．3 Modbus主站和从站的软件设计与实现

5．3．1 Modbus协议的研究

5．3．2 Modbus从站地址分配软件设计

5．3．3 Modbus主站系统软件设计

5．3．4 Modbus从站系统软件设计

5．3．5 Modbus协议功能实现的软件设计

5．4 输入模块软件设计

5．5 输出模块软件设计

5．6 本章小结

6 系统测试

6．1 组态软件功能介绍

6．2 GX developer软件功能介绍

6．3 系统测试

6．4 本章小结

7 总结

致谢

参考文献

附录