以太网及LabVIEW平台在凹版彩印系统中的应用研究

论文摘要

在工业通信和自动化应用中日益采用以太网和TCP/IP协议作为最主要的通信接口和手段的今天,向网络化、标准化、开放性方向发展将是各种控制系统技术发展的主要潮流。以太网是在很广的范围内已经被证明了的先进技术,而作为21世纪未来工业网络的首选,它将成为在控制和现场设备级标准的高速工业网络。因此研究基于以太网的分布式控制系统的设计有着重要意义。 本课题研究以太网技术在凹版印刷自动套色系统中的应用。在传统的套色系统多采用RS-485,CAN等现场总线作为主要的通信方式来实现分布式控制。而以太网具有应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续发展潜力大等优点,因此,在凹版彩印系统中应用以太网技术,可以提高现有套色系统的印刷性能,对包装行业的发展起到促进作用,并可以推而广之,加速以太网技术在工业领域中的广泛应用。 本课题以C8051F020和RTL8019AS为硬件平台,C8051F020控制RTL8019A,完成RTL8019AS的复位,初始化等操作,完成RTL8019AS的驱动程序,实现智能节点与以太网的接口。针对8位微控制器的特点,我们对传统TCP/IP进行不同程度的简化和优化,成功实现TCP/IP协议在微控制器中的加载。并根据实际套色系统加载测控程序,完成智能节点的硬件和软件设计。 本课题还采用了虚拟仪器开发平台LabVIEW来实现人机界面,LabVIEW是一个图形化的开发环境,有大量的内置功能,能够完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析、数据显示和过程监控等任务。LabVIEW以其强大的数据处理能力,简单而灵活的编程语言,使得程序的实现方便而又灵活,节约开发周期,使得界面更直观和人性化。在研究中,利用LabVIEW中的通信节点,实现上位机与下位机之间的数据通信。并在LabVIEW开发平台上编程实现协议解析和套色波形还原。 TCP/IP协议在微控制器C8051F020中的实现,使得智能节点可以与Internet进行数据交换,为工业生产提供远程监控机制;以太网技术在工业领域的不断发展和完善,为其提供标准、共享、高速的信息化通道解决方案,这必将对分布式控制技术的发展产生深远影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 研究目的和意义
• 1.1.2 以太网在凹版印刷控制系统中的应用
• 1.1.3 虚拟仪器开发平台LabVIEW简介
• 1.2 工业以太网研究现状和发展趋势
• 1.2.1 工业以太网的研究现状
• 1.2.2 工业以太网的发展趋势
• 1.3 主要研究工作
• 第2章 系统总体结构设计
• 2.1 凹版彩印系统印刷原理
• 2.1.1 套色问题的由来
• 2.1.2 套色误差检测原理
• 2.2 系统的整体结构设计
• 2.2.1 通信方案选择
• 2.2.2 系统架构
• 2.2.3 智能节点设计概要
• 2.2.4 终端LabVIEW人机界面设计概要
• 第3章 智能节点的硬件设计与实现
• 3.1 以太网核心控制模块
• 3.1.1 微控制器C8051F020简介
• 3.1.2 利用C8051F020的资源实现本系统设计的几点优势
• 3.1.3 RTL8019AS性能与内部结构
• 3.2 智能节点的硬件实现
• 3.2.1 脉冲细分方法
• 3.2.2 传感器信号的输入
• 3.2.3 智能节点与以太网接口的硬件设计
• 第4章 智能节点的软件设计与实现
• 4.1 网络接口层的实现
• 4.2 协议栈在智能节点上实现的软件流程
• 4.2.1 数据结构
• 4.2.2 软件流程
• 4.2.3 ARP协议设计
• 4.2.4 IP协议设计
• 4.2.5 ICMP协议的设计
• 4.2.6 UDP协议的实现及可靠性设计
• 4.3 套印偏差测量程序的设计
• 4.3.1 脉沖捕捉计数测量方法
• 4.3.2 测量程序实现
• 第5章 上位机软件的设计
• 5.1 利用LabVIEW平台进行上位机软件设计
• 5.1.1 虚拟仪器
• 5.1.2 LabVIEW中UDP协议的实现
• 5.2 应用层协议的定义及解析
• 5.3 套色波形还原结果显示
• 第6章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢