【正文】 0 型注射泵控制精度為 1%，最小流速 、最高流速300ml/h,美國(guó) IMED 公司 Gemini PC2TX 型注射泵，速度范圍 ，并且可以實(shí)現(xiàn)四路控制，此外還有德國(guó)貝朗（ B|BRAUN）公司的 Multifuse 型、 Perfusor Compact型（控制精度可達(dá)到 2%）、 Infusomat fms 型，型號(hào)眾多，以色列也有相應(yīng)產(chǎn)品。 注射泵發(fā)展將向更小型化、更便攜化、控制更精確、更安全可靠發(fā)展。當(dāng)血糖過高時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出報(bào)警。但將樣品粉碎模塊及注射泵結(jié)合在一起，形成自動(dòng)化樣品加液粉碎處理模塊單元，還有相關(guān)報(bào)導(dǎo)。 可編程控制器（ PLC）的發(fā)展及應(yīng)用 可編程控制器（ PLC）的發(fā)展 可編程控制器（ Programmable Logic Controller,PLC）是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的一種技術(shù)。 （ 1） 早期的 PLC 早期的 PLC（ 20 世紀(jì) 60 年代末至 70 年代中期）稱為可編程邏輯控制器。在硬件上采取了一定得措施，以提高其抗干擾的能力。 （ 2） 中期的 PLC 從 20 世紀(jì) 70 年代中期到 20 世紀(jì) 80 年代中、后期，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。在硬件方面，在保留了原有的開發(fā)模塊的基礎(chǔ)上，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，微處理器價(jià)格的大幅下降，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。比較著名的廠家有美國(guó)的 AB、通用 (GE)、莫迪康（ MODICON），日本的三菱（ MITSBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、富士電機(jī)（ FUJI）、松下電工、德國(guó)的西門子 （ SIEMENS）、法國(guó)的 TE、施耐德（ SCHNEIDER）、以及韓國(guó)的三星（ SUMSUNG）、 LG 等。隨著 計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展， PLC 技術(shù)也得到了很好的發(fā)展，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出早期 PLC 的邏輯控制，更多的具有了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力。 PLC 可用于單臺(tái)設(shè)備的控制、多機(jī)群控制及生產(chǎn)自動(dòng)化流水線控制等，如印刷機(jī)、注塑機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、切紙機(jī)械、磨床、包裝機(jī)械、電鍍流水線及電梯控制等。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或私服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 （ 4） 過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等閉環(huán)模擬量的控制， PLC 能夠控制大量的過程控制總的參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參數(shù)值進(jìn)行比較，完成一定得控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 裝置。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 在本論文中主要應(yīng)用的是可編程控制器 PLC、 MCGS 組態(tài)監(jiān)控軟件，對(duì)研究的課題進(jìn)行詳細(xì)的 描述。制備過程要求加入和抽取準(zhǔn)確體積的溶劑，多次清洗均質(zhì)器、取樣針，操作繁復(fù)，過程很長(zhǎng)，人工制備效率很低容易污染樣品。設(shè)計(jì)如下樣品粉碎模塊。其基本步驟是：將樣本切割后放入試管，試管中根據(jù)樣本特征及檢測(cè)項(xiàng)目加入不同溶劑，使用粉碎器，將試管中的樣本粉碎。人工操作不僅效率低而且檢驗(yàn) 的效果也不準(zhǔn)確。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)含量高、易上手、使用靈活、 成本低廉 。缺點(diǎn)： 成本高。在外接設(shè)備時(shí)連線較多，只適用于小型的控制電路。 （ 2）軟件控制部分 上位機(jī)采用組態(tài)軟件完成現(xiàn)場(chǎng)工作狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)獲得現(xiàn)場(chǎng) I/O 數(shù)據(jù)，適時(shí)下傳控制命令。 3 硬件選型及設(shè)計(jì) 樣品粉碎及加液控制系統(tǒng)有一個(gè)注射泵（注射泵與 PLC 之間通過通信來連接）、粉碎機(jī)（通過模擬量模塊來控制，所以 PLC 應(yīng)具有模擬量模塊）、智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（該驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)是靠在智能驅(qū)動(dòng)器中編寫程序來完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制）其具有 4 個(gè)輸入， 8 個(gè)輸出。 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)控制的 。 表 31 輸入輸出地址分配表 變量名 輸入地址 對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 Zero_x 機(jī)械臂傳感器 1 Zero_z 機(jī)械臂傳感器 2 Limit_Position_1 機(jī)械臂傳感器 3 Limit_Position_2 機(jī)械臂傳感器 4 Limit_Position_3 機(jī)械臂傳感器 5 Limit_Position_4 機(jī)械臂傳感器 6 Work_position_1 機(jī)械臂傳感器 7 Work_position_2 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Work_position_3 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Work_position_4 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Add_liquor_position 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Shatter_position 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Cleanout_position_1 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Cleanout_position_2 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Cleanout_position_3 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Prepare_for_work 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Filtrate_position 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Clean_pump 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 變量名 輸出地址 對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備 Prepare_for_work 智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Filtrate_position 真空泵 Clean_pump 清洗泵 Disintegrator AQW0 EM232 系統(tǒng)硬件設(shè)備的選型 （ 1） 控制器 三菱普及，松下不常見，歐姆龍實(shí)用，西門子全面。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz高速脈沖輸出，具有 PID 控制器?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 125W 高效馬達(dá)，即使攪拌不同的溶液，轉(zhuǎn)速也能保持極高的穩(wěn)定性。于其他類型的粉碎機(jī)相比體積小、控制方便、調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速更穩(wěn)定。它通過外部計(jì)算機(jī)后臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)微處理器的精準(zhǔn)控制，完成復(fù)雜而廣泛的操作任務(wù)。其編程特點(diǎn)更易于對(duì)加液泵的人性化控制。一、先進(jìn)的技術(shù) 1）先進(jìn)的電流控制技術(shù)，電流大小由高速 DSP 芯片通過軟件控制，精度可達(dá) 2）輸入信號(hào)平滑處理，自動(dòng)微步計(jì)算，即使在低細(xì)分下也能保證運(yùn)行平滑 3）抗共振算法，抑制系統(tǒng)中頻共振 4）低速波形平滑算法，抑制低速力矩波動(dòng)二、模式 1）脈沖 /方向 2）雙脈沖 3）正交相位脈沖（編碼器跟隨） 4）速度模式，速度軟件設(shè)定或模擬量調(diào)節(jié) 5）命令控制模式。 7） Mis Programmer 使用圖形化編程界面，簡(jiǎn)單方便，僅 ST5I/ST10I 可用。 （ 5） 機(jī)械臂 由德國(guó)百格拉公司提供型號(hào)。 X 軸通常固定在機(jī)器人支架上，也可固定在墻壁上。 Y 軸由兩根龍門式導(dǎo)軌并排組成，其跨度大約 100 到 600 mm， Y 軸固定在 X 軸上，做上下運(yùn)動(dòng)。 4 上位機(jī)監(jiān)控軟件的選擇 本設(shè)計(jì)要求上位機(jī)監(jiān)控軟件不僅能夠 對(duì)整套系統(tǒng)的設(shè)備 進(jìn)行控制 ，而且還可以 監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警處理。但是 MCGS 沒有自帶的能夠訪問數(shù)據(jù)庫的控件，很難實(shí)現(xiàn)顯示記錄數(shù)不定的數(shù)據(jù)表的全部?jī)?nèi)容的功能。組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫訪問功能是通過腳本和控件實(shí)現(xiàn)的，也具有訪問數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部函數(shù)，其腳本語法采用類 C 的結(jié)構(gòu)，可以很方便的編寫訪問數(shù)據(jù)庫的腳本程序。但是 WinCC 的控件和內(nèi)部腳本函數(shù)只能訪問 SQL Server 2021 中的歸檔數(shù)據(jù)，而無法讀出或?qū)懭肫渌鼣?shù)據(jù)。在許多情況下也需要組態(tài)監(jiān)控界面對(duì)系統(tǒng)經(jīng)行監(jiān)控。以及報(bào)警指示、報(bào)表打印、配方和故障處理功能。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 （ 1） 創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)。 圖 11 新建項(xiàng)目界面 （ 2） 創(chuàng)建程序 在這里 對(duì) PLC 進(jìn)行編程，首先使用梯形邏輯圖（ LAD）作為編程語言。在編程過程中，根據(jù)工藝要求進(jìn)行編程，下面將介紹一下不同工藝段在程序中的作用，也就是說實(shí)際工程是怎樣通過程序來實(shí)現(xiàn)的?？刂频年P(guān)鍵點(diǎn)在于量程的轉(zhuǎn)換，例如：輸入量為電流信號(hào)其對(duì)應(yīng)關(guān)系是電流 020mA(0~32021),420mA(6400~32021)。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 粉碎機(jī)速度控制程序（粉碎機(jī)的控制是由 PLC 通過模擬量模塊通過單向直流調(diào)壓模塊來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 圖 13 注射泵控制流程圖 SP1C1 是一款結(jié)構(gòu)緊湊，用于精密流體傳輸?shù)?OEM產(chǎn)品。泵可接受單命令或命令串。 在主程序中調(diào)用發(fā)送加液子程序、中斷程序、發(fā)送狀態(tài)查詢子程序、接收加液泵狀態(tài)子程序、初始化子程序等。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 利用 S7200PLC的自由口通信協(xié)議，通信協(xié)議可由用戶根據(jù)需要通信的設(shè)備自己編寫。 （ 1） 發(fā)送查詢狀態(tài)子程序： 注射泵的運(yùn)行的過程中會(huì)不斷的往 PLC返回?cái)?shù)據(jù)，通過對(duì)注射泵返回?cái)?shù)據(jù)分析可以獲知注射泵的運(yùn)行狀態(tài)。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 通過初始化命令可以將活塞移動(dòng)到頂端 0位，閥的位置到 0位。本程序?yàn)?HZ的脈沖輸出。 圖 22 Feed to Length 設(shè)置界面 這條命令的功能是：使電機(jī)移動(dòng)到一個(gè)固定的位置。 單擊程序功能選擇對(duì)話框中的 彈出如下對(duì)話框。 圖 25 模擬運(yùn)行曲線界面 選擇 output parameters 選項(xiàng)卡可以設(shè)置到達(dá)位置后 I/O 點(diǎn)的輸出形式。TouchExplorer 是“組態(tài)王”軟件的核心部分 和管理開發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境，內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，可完成對(duì)畫面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫的連接等工作。為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 組態(tài)王的通訊機(jī)制是組態(tài)王把每一臺(tái)與之通訊的設(shè)備看作是外部設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)和外部設(shè)備的通訊，組態(tài)王內(nèi)置有大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)作為外部設(shè)備的通訊接口。因此，組態(tài)王可以與一些常用 I/O 設(shè)備直接進(jìn)行通訊，如可編程控制器 (PLC)、智能模塊、板卡、智能儀表等。如果是簡(jiǎn)單的小系統(tǒng)，使用 PPI 協(xié)議就足夠了。另一種是 PC 機(jī)通過 CP5611 通訊卡與 S7200 相連。在設(shè)定 PLC 地址時(shí)，兩種方式有所不同，前者將 PLC 地址設(shè)為默認(rèn)地址 2。另外，組態(tài)王不支持直接以 I/O 離散變量的定義，需以字節(jié) (BYTE)形式存取，每一 BYTE類型 (8個(gè) BIT位 )對(duì)應(yīng) 8個(gè)開關(guān)量的輸入或輸出狀態(tài)，即 BYTE 的 0~7 位分別對(duì)應(yīng)輸入或輸出的 0~7 開關(guān)量通道，如果要顯示或控制某一開關(guān)量通道的狀態(tài)，可以使用組態(tài)王提供的 BIT()或 BITSET()函數(shù)進(jìn)行取位或置位。主界面如圖 32 所示。如圖 34 所示。 圖 35 設(shè)備地址設(shè)定 設(shè)備地址設(shè)定為 2，單擊“下一步”進(jìn)行通訊參數(shù)設(shè)定，在組態(tài)王中的添加的設(shè)備為S7200，設(shè)備地址為 2，嘗試恢復(fù)間隔為 30 秒，最長(zhǎng)恢復(fù)時(shí)間 24 小時(shí)，使用動(dòng)態(tài)優(yōu)化。如圖 38 所示。建立數(shù)據(jù)庫的方式：?jiǎn)螕魯?shù)據(jù)詞典，在單擊新建則出現(xiàn)圖 49 所示，在對(duì)話框中輸入變量名，以及變量屬性，連接的設(shè)備以及數(shù)據(jù)類型，和數(shù)據(jù)的開放性即DDE 接口，以及數(shù)據(jù)的安全設(shè)置。因此，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。 （ 1） “登陸系統(tǒng) ”畫面 該監(jiān)控系統(tǒng)一方面完成對(duì)設(shè)備和 運(yùn)行 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，另一方面還要完成對(duì) 操作人員信息的采集，如登陸時(shí)間、登陸者姓名、所做實(shí)驗(yàn)等。控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 圖 312 設(shè)備狀態(tài)界面 （ 3） 試管設(shè)置界面 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì) 16 個(gè)試管中的樣品經(jīng)行批處理，通過本界面可以選擇需要樣品處理的試管，見圖 313 所示。 在此界面中可以為選擇的試管編輯新方法、調(diào)用以前保存的方法、試管中的樣品、操作人等。用戶可以通過菜單完成按鈕完成的功能。見圖 316 所示。見圖 317 所示。見圖 319 所示。 圖 320 模擬系統(tǒng)運(yùn)行界面 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第