【正文】 見圖 317 所示?？刂茖W(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 16 個試管中的樣品經(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。如圖 38 所示。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 BIT位 )對應(yīng) 8個開關(guān)量的輸入或輸出狀態(tài)，即 BYTE 的 0~7 位分別對應(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。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。 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。 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到頂端 0位，閥的位置到 0位。泵可接受單命令或命令串。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。在許多情況下也需要組態(tài)監(jiān)控界面對系統(tǒng)經(jīng)行監(jiān)控。 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。 7） Mis Programmer 使用圖形化編程界面，簡單方便，僅 ST5I/ST10I 可用。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。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價格比。 （ 2）軟件控制部分 上位機(jī)采用組態(tài)軟件完成現(xiàn)場工作狀況的實(shí)時監(jiān)控，及時獲得現(xiàn)場 I/O 數(shù)據(jù)，適時下傳控制命令。人工操作不僅效率低而且檢驗(yàn) 的效果也不準(zhǔn)確。 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，對研究的課題進(jìn)行詳細(xì)的 描述。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或私服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。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。 （ 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。 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。根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程及關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的研究，本科題設(shè)計(jì)出一套操作靈活、控制精度高的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動化樣品加液粉碎處理模塊單元的程序控制。為了達(dá)到可靠穩(wěn)定的控制硬件控制部分選擇 S7200 PLC 做主控制器。軟件監(jiān)控部分利用組態(tài)王，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制界面。本控制系統(tǒng)使用西門子可編程控制器對粉碎機(jī)、注射泵、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂控制實(shí)現(xiàn)自動樣品提取凈化組合裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如用于糖尿病治療的胰島素泵現(xiàn)在可隨聲攜帶而不影響大多數(shù)日常生活，甚至可帶著泵洗澡或游泳，如MiniMed 公司的 507 型產(chǎn)品。這是 PLC 的主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。 PLC 把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)，其 輸出移動一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。 2 基于樣品粉碎模塊及加液控制系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計(jì) 樣品制備流程 為檢測試樣中是否含有特定物質(zhì)，需要將該物質(zhì)萃取提純以利于檢測。本系統(tǒng)要求自動加液、自動粉碎、自動清洗，自動抽濾，為提高效率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一次進(jìn)行 4個樣本的制備。利用上位機(jī)組態(tài)軟件完成 設(shè)備參數(shù)的設(shè)置、 數(shù)據(jù)的存儲、 配方 、 報(bào)表 。 CPU226:本機(jī)集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。 （ 3） 注射泵 注射泵大的方面分有醫(yī)用注射泵和工業(yè)用注射泵。三、 RS232 串口通信。 現(xiàn)在市面 上位機(jī)監(jiān)控軟件有 MCGS 、力控、組態(tài)王 、 WinCC、 IFIX 等。通過監(jiān)控可以增加人機(jī)交互的能力，使操作人員實(shí)時的監(jiān)控系統(tǒng)，并使系統(tǒng)操作變的方便。 首先介紹實(shí)現(xiàn)工藝的幾個主要的控制編程過程： 主程序設(shè)計(jì) 為了程序的閱讀和修改方便，將采用模塊化編程。例如： 單命令 如 [A6000R] 移動活塞位置到 6000。 清洗泵控制的子程序設(shè)計(jì) 加液完成后為了防止交叉污染需要對加液針進(jìn)行清洗 ， 本系統(tǒng)采用單作用式氣動隔膜泵（內(nèi)置電磁閥型 /氣控型）。見圖 26 所示 圖 26 Output Parameters 設(shè)置界面 基于組態(tài)王 的上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì) 組態(tài)王 簡介 “組態(tài) 王”是在 PC 機(jī)上建立工業(yè)控制對象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以 Windows 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 98/Windows 2021/ Windows 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，具有圖形功能完備，界面一致友好，易學(xué)易用的特點(diǎn)。組態(tài)王與 I/O 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換采用五種方式 :串行通訊方式、 DDE方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式、人機(jī)接口卡方式。在制作好的監(jiān)控畫面中，將畫面的圖素與定義的變量建立“動畫連接”，在 TouchVew 中運(yùn)行，即可建立實(shí)時通信，得到一個 反映工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控畫面。 圖 38 串口設(shè)備測試：通訊參數(shù)設(shè)置 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 通訊參數(shù)設(shè)置完畢后，選擇設(shè)備測試選項(xiàng)，如圖 39 所示。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 圖 313 試管設(shè)置界面 （ 4） 方法編輯界面 方法是 一個 參 數(shù) 集合，而對于批處理器，一個 方法 可能被用來描述批處理過程中的不同步驟。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 40 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 圖 317 報(bào)表界 （ 8）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警界面 通過報(bào)警界面可以判斷每個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障點(diǎn)和故障原因。它既能反映系統(tǒng)實(shí)時的生產(chǎn)情況，也能對長期 的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，使管理人員能夠?qū)崟r掌握和分析生產(chǎn)情況。 在設(shè)備狀態(tài)畫面顯示有整個樣品粉碎和注射泵控制系統(tǒng)主要設(shè)備，包括粉碎機(jī)、注射泵、機(jī)械臂等，可監(jiān)視它們實(shí)時的工作狀態(tài)以及液位和流量變化；在遠(yuǎn)程模式下可在此畫面直接對設(shè)備如粉碎機(jī)、加液泵、機(jī)械臂等進(jìn)行上位控制。 圖 37 信息總結(jié) 所有通訊信息設(shè)置完畢后，可以對此次通訊設(shè)置經(jīng)行測試，右擊組態(tài)王中的 S7200設(shè)備選擇進(jìn) 行測試：在通訊參數(shù)選項(xiàng)中：設(shè)備地址 2，波特率 9600，數(shù)據(jù)位 8，偶校驗(yàn)，停止位 1，通訊超時 1000 毫秒，采樣頻率 1000 毫秒。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(shí)現(xiàn)對 Q、 I、 M 寄存器的監(jiān)控。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。見控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 圖 25 所示。 （ 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。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。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì) 第 15 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 主程序 通過梯形圖進(jìn)行編程。 5 基于樣品粉碎及加液控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在大多數(shù)控制系統(tǒng)中，緊緊實(shí)現(xiàn)控制是不夠的。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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?？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。同時具有過載保護(hù)。 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(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 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(diǎn)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。目前，通常采用人工操作，實(shí)驗(yàn)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。研究下位機(jī)的控制設(shè)計(jì)與實(shí)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。 （ 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。 （ 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(jì) 第 6 頁 共 45 頁 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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。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。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。主要設(shè)備包括粉碎機(jī)、注射泵、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂、空氣隔膜泵、氣體閥等。本課題在分析樣本制備工藝流程和控制要求的前提下，進(jìn)行硬件控制部分設(shè)計(jì)和軟件監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。同時選擇滿足精度要求的注射泵，結(jié)合工藝要求，根據(jù)組態(tài)設(shè)置，自動生成注射泵控制代碼， 使食品 檢測 具有更高的靈敏度、準(zhǔn)確度和更小的樣品用量，并且分析方法更快速 。建立的系統(tǒng)使 用上位機(jī)組態(tài)界面對設(shè)備進(jìn)行控制。注射泵還向更智能化發(fā)展。它是繼電器控制裝置的替代物，在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，并且它在 I/O 接 口電路上改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的要求。這樣使得 PLC 軟、硬件功能得到進(jìn)一步的提高。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動平滑。一般的樣品制備過程是：將試樣放入有機(jī)溶劑中粉碎，濾去殘?jiān)?；將溶解了試樣的溶劑濃縮吹干后，再加入一定量的溶劑將樣品溶解定容；還需要根據(jù)檢測物質(zhì)的溶解特性，利用 XX小柱，凈化清洗掉溶劑中其他雜質(zhì)，得到檢測樣品。詳細(xì)工藝見工藝流程圖 11所示。該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面?？蛇B接 7 個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬 量I/O 點(diǎn)。例如有微量注射泵、單通道注射泵、多通道注射泵等等。四、 2 個模擬輸入， 2 個光隔數(shù)字輸入， 4 個光隔數(shù)字輸出五、自檢和自動設(shè)置，檢驗(yàn)系統(tǒng)狀態(tài)六、強(qiáng)大的保護(hù)功能：過壓、欠壓、過熱和過流保護(hù)七、2448VDC（ ST5） /2480VDC(ST10) 八、輸出相電流（峰值） (ST5)/(ST10)，軟件設(shè)定九、微步方式 20051200 步 /轉(zhuǎn)， 2 的倍數(shù)，軟件設(shè)定十、自動減流至 0~90%之間的任意百分比，軟件設(shè)定十一、 RS422/485 總線控制，配合 siNet。 MCGS 是由北京昆侖通態(tài)自動化軟件技術(shù)有限公司生