【正文】 過組態(tài)界面與西門子 PLC 可編程控制器通信達(dá)到對各個設(shè)備控制的目的。機(jī)械式粉碎機(jī)有振動粉碎機(jī)、離心粉碎機(jī)、擠壓粉碎機(jī)、雷蒙粉碎機(jī)、塔式粉碎機(jī)、高速粉碎機(jī)等。 國外對注射泵的研制較早，如日本、美國和德國等國家上世紀(jì) 80 年代末就進(jìn)行了注射泵的研制。相比只下，國內(nèi)產(chǎn)品在價格上有一定的優(yōu)勢，但是在控制精度和最小輸注速度上和國外產(chǎn)品有很大的差距。如以后將在糖尿病患者皮下植入連續(xù)血糖測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個小型傳感器，它每隔一段時間檢測皮下體液并獲得血糖數(shù)據(jù)。 通過 資料查新和市場調(diào)查，關(guān)于樣品粉碎模塊及注射泵控制系統(tǒng)在國內(nèi)外都有單獨(dú)的設(shè)備及研究。同時對均質(zhì)器、注射泵控制系統(tǒng)及機(jī)械臂進(jìn)行集成控制編程，從而實現(xiàn)自動化樣品加液粉碎處理模塊單元。隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步， PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三個階段。PLC 裝置中的器件主要采用分立元件和中、小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。其中 PLC特有的編程語言 — 梯形圖，一直沿用至今。這樣使 PLC 的功能大大增強(qiáng)。 （ 3） 近期的 PLC 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 從 20 世紀(jì) 80 年代中、后期 至今， PLC 技術(shù)已非常成熟。 如今， PLC 技術(shù)已非常成熟，其中世界上生產(chǎn) PLC 產(chǎn)品的廠家就多大 200 多個。早期的 PLC 大多作為繼電器控制系統(tǒng)的升級換代產(chǎn)品，只要實現(xiàn)簡單的邏輯控制。它取代最傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制。 （ 3） 運(yùn)動控制 早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成運(yùn)動控制，現(xiàn)在一般使用 PLC制造商提供的拖動步進(jìn)電機(jī)或私服電機(jī)的單軸或多軸的位置專業(yè)的位置控制模塊完成運(yùn)程控制。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)程控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 （ 5） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具 有數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。 （ 6） 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信包含 PLC 之間的通信、主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 口之間的通信以及 PLC 與其它智能設(shè)備（如計算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。研究下位機(jī)的控制設(shè)計與實施及上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，主要對 粉碎和加液部分 進(jìn)行主要分析和描述，并且把在分析中用到的資料和軟硬件進(jìn)行必要的引述，而且把要用到的一些編程軟件、組態(tài)監(jiān)控軟件的功能和應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的引述。 一般手工進(jìn)行樣本制備，先將試樣切碎，放入試管加入溶劑后，手持均質(zhì)器將試樣粉碎，接上真空泵，經(jīng)濾紙抽出溶劑，濾去固體殘渣；將溶劑放入 xx 設(shè)備吹干后，加入定量溶 劑再次溶解，將溶劑通過 xx 小柱洗凈雜質(zhì)，完成樣品制備。因此設(shè)計采用機(jī)械臂帶動均質(zhì)器和加液管，自動定位試管和清洗槽位置；采用注射泵完成試劑的自動添加和定容。 根據(jù)食品檢測要求，首先需要將送檢樣品在特定的溶劑中粉碎，使得被檢測物充分溶解在溶劑中。目前，通常采用人工操作，實驗測試人員，手工加入溶劑、手持粉碎器，將樣本粉碎后，抽濾出中間樣本。 圖圖圖圖圖 控制 系統(tǒng)設(shè)計方案 根據(jù)粉碎和加液系統(tǒng)的要求，現(xiàn)擬定一下設(shè)計方案： 方案一： 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 控制器選用 單片機(jī) 。優(yōu)點： 對于防干擾、設(shè)備接口、聯(lián)網(wǎng)、模塊化都有完善的技術(shù)支撐，使用更簡單 。特別適合于開發(fā)消費(fèi)電子、商業(yè)應(yīng)用的電子、玩具、家電等等。 圖 方案框架與構(gòu)思 （ 1）硬件控 制部分 根據(jù)樣品粉碎及加液控制系統(tǒng)的硬件裝置（可編程邏輯控制器（ PLC）、粉碎機(jī)、注射泵、智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、機(jī)械臂），確定可編程邏輯控制器（ PLC）和智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器需要控制 I/O 點數(shù)（具體分為數(shù)字量和模擬量）通過選用合適的 PLC 型號及所需外擴(kuò)模塊，并通過接收上位機(jī)界面的數(shù)據(jù)來完成樣品粉碎和加液的邏輯控制。為 操作人員提供了方便，并設(shè)置了報警顯示，以便工作人員及時發(fā)現(xiàn)并處理故障。所以要占用 4 個 PLC 輸入點。 變量的編制 具體變量表如表 31所示。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。公司的 IKAT10 基本型粉碎機(jī)，處理量為 的高性價比粉碎機(jī)，即使是很小的轉(zhuǎn)子也能保持很好的線性控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 度。同時具有過載保護(hù)。 本系統(tǒng)采用 采用蘭格公司（中美合資）自主研發(fā)的高性能、高可靠性適合工業(yè)自動化應(yīng)用的精密注射泵（工業(yè)用注射泵）。與其他注射泵相比其優(yōu)點如下：加液速度隨機(jī)控制、加液體積可以選擇、狀態(tài)檢測等。 AMP 公司 ST 系列驅(qū)動器采用新技術(shù)研發(fā)出來的智能型驅(qū)動器，參數(shù)由軟 件進(jìn)行設(shè)置，可編程控制，直觀，方便，準(zhǔn)確，操作簡單，優(yōu)秀的性能、良好的質(zhì)量和較高的性價比可以幫助您成功的完成運(yùn)動控制項目?？墒褂?Q Programmer 編寫運(yùn)動控制程序，并下載到 DSP 閃存中，獨(dú)立運(yùn)行。 Hub 實現(xiàn)多軸控制，最多可同時控制 32 軸（可選模塊）十二、編碼器反饋模塊，堵轉(zhuǎn)檢測 /堵轉(zhuǎn)預(yù)防（可選模塊）十三、外形尺寸小十四、 CE 和 RoHS。掛壁式結(jié)構(gòu)的 X 軸由兩根龍門式導(dǎo)軌上下排布組成，其跨度按 Y 軸行程而定 ，做水平運(yùn)動。 X 軸通常 固定在機(jī)器人支架上。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 （ 6） 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)根據(jù)機(jī)械臂來選配。 MCGS 的數(shù)據(jù)庫訪問功能是通過編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)的， MCGS 具有訪問數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部函數(shù)，腳本語法采用類 BASIC 的結(jié)構(gòu)，可以快速訪問數(shù)據(jù)庫，如添加、修改或刪除記錄。 組態(tài)王 是由北京亞控科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的，也是國內(nèi)比較有名的國產(chǎn)組態(tài)軟件。 WinCC 使用 Microsoft SQL Server 2021 作為其組態(tài)數(shù)據(jù)和歸檔數(shù)據(jù)的存儲數(shù)據(jù)庫，可以使用ODBC， DAO， OLEDB， WinCC OLEDB 和 ADO 方便的訪問歸檔數(shù)據(jù)。 5 基于樣品粉碎及加液控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 在大多數(shù)控制系統(tǒng)中，緊緊實現(xiàn)控制是不夠的。 本文采用組態(tài)王設(shè)計 樣品粉碎及加液控制系統(tǒng) 的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括 粉碎機(jī)、注射泵操作參數(shù)設(shè)定、動作和狀態(tài)監(jiān)控界面和機(jī)械臂工作監(jiān)控界面。它是 SIMATIC 工業(yè)軟件的組成部分。本系統(tǒng)在 STEP7 中的新建項目如圖 11 所示。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 圖 12 整體工藝流程圖 （ 3） 具體程序如下： 注射泵清洗均質(zhì)器 加 液 是否完成 均質(zhì) 是否按設(shè)定參數(shù)均質(zhì)完成 機(jī)械臂到達(dá)設(shè)定工位（ X 軸） 初始化 加液 結(jié)束 機(jī)械臂到達(dá)加液工位（ Z 軸） 機(jī)械臂（ Z 軸）返回 機(jī)械臂（ X 軸）返回 否 是 是 否 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 主程序 通過梯形圖進(jìn)行編程。 粉碎機(jī)控制的子程序設(shè)計（模擬量控制） 粉碎機(jī)的速度是由可編程控制器（ PLC）來控制的，具體控制是 PLC通過模擬量模塊控制單向直流調(diào)壓模塊來控制粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速。一下程序 的功能是對應(yīng)粉碎機(jī)的 5個不同的轉(zhuǎn)速。首先繪制工藝流程圖如下，見圖 13所示。大多數(shù)的命令參數(shù)有默認(rèn)值；針對不同應(yīng)用默認(rèn)值不一定是最優(yōu)設(shè)置。 程序舉例： Z25IS30A1195OS12A0R 注射量為 5ml Z25IS20A5630OS20A0IS20A4510OS20A0R 注射量為 45ml Z25gIS20A5630OS20A0G3R 注射量為 75ml Z25gIS20A5630OS12A0G3IS20A4510OS12A0R 注射量為 95ml S7200 PLC 與注射泵之間采用 RS485 的通信方式，考慮到通信協(xié)議的問題，采用S7200PLC 的自由口通信協(xié)議，將注射泵程序轉(zhuǎn)換為 PLC 程序如下： （ 1） 主程序： 所有的功能全都寫成子程序的形式，方便程序的閱讀和修改。 （ 2）發(fā)送加液子程序 : 本系統(tǒng)中利用 S7200 通信，來達(dá)到對注射泵的程序控制。在 ATCH中設(shè)置發(fā)送完成中斷，最后開全局中斷。 （ 2） 發(fā)送初始化命令 : 當(dāng)注射泵出現(xiàn)活塞驅(qū)動能力過載、閥驅(qū)動能力過載、活塞不允許移動時只能接收初始化命令。編寫具體的 PLC程序如下： 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 清洗泵控制子程序是由兩個定時器來實現(xiàn)脈沖輸出的，輸出點定義為 。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 圖 21 驅(qū)動器硬件設(shè)置界面 (2) 程序舉例 單擊程序功能選擇對話框中的 彈出如下對話框，見圖 22 所示。 圖 23 模擬運(yùn)行曲線界面 在此對話框中你可以查看電機(jī)的加速時間，減速時間、勻速運(yùn)行時間、指令總的運(yùn)行時間、總的運(yùn)行距離等。見控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 圖 25 所示。 ProjManager 用于新建工程、工程管理，并能對已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)字典的導(dǎo)入和導(dǎo)出。 組態(tài)王 是 一 套基于 Windows 平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。 S7200 PLC 與 組態(tài)王 的 PPI 通信 在制作 PLC 的監(jiān)控畫面之前，我們需要將組態(tài)王與 PLC 連接起來。組態(tài)王的驅(qū)動程序采用 ActiveX 技術(shù)，每一驅(qū)動都是一個 COM 對象，這種方式使驅(qū)動和組態(tài)王構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，從而保證運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，如圖 414 所示。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 圖 31 組態(tài)王與外部設(shè)備通訊示意圖 組態(tài)王和 PLC200 的通訊有多種方式，比如：自由口協(xié)議、 PPI 協(xié)議、 Modbus 協(xié)議、MPI 協(xié)議；使用自由口方式進(jìn)行通訊時，亞控公司（組態(tài)王）提供了自由口通訊的初始化程序（組態(tài)王光盤中提供此程序）；使用 PPI 協(xié)議相對最簡單，這也是國產(chǎn)軟件中最多的驅(qū)動； S7200 使用 Modbus 協(xié)議進(jìn)行通訊時，亞控公司提供了 PLC(MODBUS)通訊的初始化程序（組態(tài)王光盤中提供此程序）；上述三種都需要使用 PC/PPI 硬件電纜，經(jīng)濟(jì)上比較實惠；當(dāng)然具體配置可以參考在線 幫助；使用 MPI 協(xié)議需要上位機(jī)安裝 MPI 通訊卡（ CP5611 或者CP5613），成本相對高一些；當(dāng)然還可以使用 DP 協(xié)議，那 PLC 還需要配置 EM277 作為 DP從站來配置，價格也相對更高。該方式下有兩種硬件連接方法，一種是 使用 PPI 電纜將 PC機(jī)串口和 S7200 的通訊口相連，采用串行通訊方式。這兩種方式的上位機(jī)組態(tài)王的設(shè)置基本相同，首先使用“設(shè)備配置向?qū)А? 定義外部設(shè)備，分別選擇西門子 S7200 系列 PPI 通信和西門子 S7200 系列通訊卡通信，并設(shè)定如下通信參數(shù) :波特率 9600bps,數(shù)據(jù)位 8 位，停止位 1 位，偶校驗。注意，組態(tài)王只支持 V 寄存器，如果要監(jiān)控 Q、 I、M 寄存器，可以先在 PLC 程序 中將 Q、 I、 M 寄存器傳至 V 寄存器，組態(tài)王通過對 V 寄存器的操作來實現(xiàn)對 Q、 I、 M 寄存器的監(jiān)控。打開組態(tài)王 后，將西門子 PLC200 上電，用 RS232 通過 PLC200 的編程口，把電腦和 PLC 連接起來，定義組態(tài)王設(shè)備 PLC\西門子 \S7200 系列 \PPI。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延