【正文】 ，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、準確度和更小的樣品用量，并且分析方法更快速 。 配方是機器設(shè)置參數(shù)的一個集合，而對于批處理器，一個配方可能被用來描述批處理過程中的不同步驟。比如當(dāng) 檢驗 過程需要大量的控制變量參數(shù)時，如果一個接一個地設(shè)置這些變量參數(shù)就會耽誤時間，而使用配方，則可以一次設(shè)置大量的控制變量參數(shù)，滿足生產(chǎn)過程的需要。 With the globalization and the internationalization of food trade, food safety has bee a global challenge and an important public health problem. In recent years, major food safety incidents occur frequently, and consumer demand for safe food, making food safety the focus of attention as the world39。 Injector。 Formula。該處理模塊具備按設(shè)定參數(shù)進行樣品加液功能、樣品均質(zhì)粉碎功能、清洗功能，從而實現(xiàn)同時處理 16 個樣品的加液均質(zhì)的功能。根據(jù)實驗流程及關(guān)鍵技術(shù)點的研究，本科題設(shè)計出一套操作靈活、控制精度高的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化樣品加液粉碎處理模塊單元的程序控制。建立的系統(tǒng)使 用上位機組態(tài)界面對設(shè)備進行控制。實現(xiàn)對樣品的自動提取和凈化。產(chǎn)生了許多粉碎設(shè)備，主要有機械式、氣動式、電動式粉碎機。在超細粉碎中，電動式粉碎機技術(shù)是公認 的能有效獲得最小微粒的一種高效粉碎技術(shù)，是現(xiàn)在深加工不可缺少的手段。廣泛適用于化工、制藥、食品、防疫和商檢、醫(yī)療衛(wèi)生部門。現(xiàn)在市場大多是流行的國外產(chǎn)品，類型多樣性能較好，如美國自然基因公司的Harvard Apparatus PHD 22/2021 型注射泵（控制精度為 %，速度范圍 微升 /小時到 ）和 SP500 型注射泵控制精度為 1%，最小流速 、最高流速300ml/h,美國 IMED 公司 Gemini PC2TX 型注射泵，速度范圍 ，并且可以實現(xiàn)四路控制，此外還有德國貝朗（ B|BRAUN）公司的 Multifuse 型、 Perfusor Compact型（控制精度可達到 2%）、 Infusomat fms 型，型號眾多，以色列也有相應(yīng)產(chǎn)品。 國內(nèi)對注射泵的研制起步較晚，大都在 90 年代中期經(jīng)行研制，市場也有一些注 射泵，如北京科力豐高科技發(fā)展有限公司的 ZNB 系列產(chǎn)品，其中 ZNBXB 的控制精度為 3%5%，注射范圍 ,北京思路高公司的恒速注射泵 TCIII產(chǎn)品的控制精度 3%,速度范圍 ,深圳康福特公司也有注射泵。 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。注射泵還向更智能化發(fā)展。當(dāng)血糖過高時，系統(tǒng)將會發(fā)出報警。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 45 頁 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 總的來說，在歐美國家注射泵研制和應(yīng)用都以進入一個相對成熟和穩(wěn)定的階段，而國內(nèi)注射泵的研制和檢測使用尚落后于歐美國家，只在大的企業(yè)和研究所獲得應(yīng)用，目前仍 處于推廣階段，因此注射泵的市場前景很廣闊。但將樣品粉碎模塊及注射泵結(jié)合在一起，形成自動化樣品加液粉碎處理模塊單元，還有相關(guān)報導(dǎo)。而本課題對現(xiàn)有均質(zhì)器的基礎(chǔ)上加以改進，通過編程控制從而實現(xiàn)對均質(zhì)器的轉(zhuǎn)速和均質(zhì)時間的控制。 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）是隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的進步而發(fā)展起來的一種技術(shù)。 雖然 PLC 問世時間不長，但在 PLC 誕生不久即顯示出了其在工業(yè)控制中的重要地位，如德國、日本、法國等國家相繼研制成各自的 PLC。 （ 1） 早期的 PLC 早期的 PLC（ 20 世紀 60 年代末至 70 年代中期）稱為可編程邏輯控制器。它是繼電器控制裝置的替代物，在硬件上以準計算機的形式出現(xiàn)，并且它在 I/O 接 口電路上改進以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的要求。在硬件上采取了一定得措施，以提高其抗干擾的能力。因此，早期的 PLC 的性能優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂、便于安裝、體積小、功耗低、有故障指示及能重復(fù)使用等。 （ 2） 中期的 PLC 從 20 世紀 70 年代中期到 20 世紀 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。通信技術(shù)使 PLC 的應(yīng)用得到了進一步的發(fā)展。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、遠程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、記數(shù)等功能外，還增加了算數(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信、自診斷等功能。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。這樣使得 PLC 軟、硬件功能得到進一步的提高。比較著名的廠家有美國的 AB、通用 (GE)、莫迪康（ MODICON），日本的三菱（ MITSBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、富士電機（ FUJI）、松下電工、德國的西門子 （ SIEMENS）、法國的 TE、施耐德（ SCHNEIDER）、以及韓國的三星（ SUMSUNG）、 LG 等。既可以用于舊設(shè)備的技術(shù)改造，又可以用于新產(chǎn)品的開發(fā)和機電一體化設(shè)計。隨著 計算機技術(shù)、自動控制技術(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，其功能遠遠超出早期 PLC 的邏輯控制，更多的具有了強大的網(wǎng)絡(luò)通信能力。 （ 1） 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，也是 PLC 最適合的應(yīng)用領(lǐng)域。 PLC 可用于單臺設(shè)備的控制、多機群控制及生產(chǎn)自動化流水線控制等，如印刷機、注塑機、訂書機械、組合機床、切紙機械、磨床、包裝機械、電鍍流水線及電梯控制等。為了使 PLC 處理模擬量、必須實現(xiàn)模擬量（ Ａｎａｌｏｇ ）和數(shù)字量（Ｄｉｇｉｔａｌ）之間的轉(zhuǎn)換（Ａ／Ｄ及Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換）， PLC 廠家都生產(chǎn)配套的Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換模塊，使PLC 用于模擬量控制。如可驅(qū)動步進電機或私服電機的單軸或多軸位置控制模塊。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運動平滑。 （ 4） 過程控制 過程控制是指對溫度、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)。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參數(shù)值進行比較，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 第 7 頁 共 45 頁 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 裝置。在機械加工中， PLC 作為主要的控制和管理系統(tǒng)，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，工廠自動化網(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)。 課題的引進 根據(jù) 項目工藝要求 設(shè)計 樣品粉碎模塊及加液泵控制系統(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，對研究的課題進行詳細的 描述。一般的樣品制備過程是：將試樣放入有機溶劑中粉碎，濾去殘渣；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。制備過程要求加入和抽取準確體積的溶劑，多次清洗均質(zhì)器、取樣針，操作繁復(fù)，過程很長，人工制備效率很低容易污染樣品。 樣品自動制備系統(tǒng)設(shè)計 為實現(xiàn)樣品的自動制備，需要自動完成以下操作過程：均值器的清洗；試樣的粉碎；溶劑的添加；自動抽濾；自動吹干；自動凈化萃??；自動定容。設(shè)計如下樣品粉碎模塊。 圖 樣品粉碎 系統(tǒng)的工藝要求 為提高樣品制備效率，設(shè)計系統(tǒng)一次完成最多 16個樣本的制備。其基本步驟是：將樣本切割后放入試管，試管中根據(jù)樣本特征及檢測項目加入不同溶劑，使用粉碎器，將試管中的樣本粉碎。該溶劑，是樣本制備的中間產(chǎn)品。人工操作不僅效率低而且檢驗 的效果也不準確。詳細工藝見工藝流程圖 11所示。優(yōu)點：技術(shù)含量高、易上手、使用靈活、 成本低廉 。 方案二： 控制器采用可編程控制器 (PLC)。缺點： 成本高。但其成本低廉，應(yīng)用廣泛。在外接設(shè)備時連線較多，只適用于小型的控制電路。 從系統(tǒng)穩(wěn)定性和開發(fā)時間的角度考慮，最終方案確立選擇控制器為可編程邏輯控制器（ PLC）。 （ 2）軟件控制部分 上位機采用組態(tài)軟件完成現(xiàn)場工作狀況的實時監(jiān)控，及時獲得現(xiàn)場 I/O 數(shù)據(jù)，適時下傳控制命令。該系統(tǒng)具有良好的人機界面。 3 硬件選型及設(shè)計 樣品粉碎及加液控制系統(tǒng)有一個注射泵（注射泵與 PLC 之間通過通信來連接）、粉碎機（通過模擬量模塊來控制，所以 PLC 應(yīng)具有模擬量模塊）、智能步進電機驅(qū)動器（該驅(qū)動器控制步進電機是靠在智能驅(qū)動器中編寫程序來完成對步進電機的控制）其具有 4 個輸入， 8 個輸出。共兩個智能步進電機驅(qū)動器，兩個這智能驅(qū)動器之間通過輸入 /輸出點連接。 機械臂的運動是由步進電機控制的 。為了準確的定位機械臂上需要安裝位置傳感器。 表 31 輸入輸出地址分配表 變量名 輸入地址 對應(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 第 10 頁 共 45 頁 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專用紙 Zero_x 機械臂傳感器 1 Zero_z 機械臂傳感器 2 Limit_Position_1 機械臂傳感器 3 Limit_Position_2 機械臂傳感器 4 Limit_Position_3 機械臂傳感器 5 Limit_Position_4 機械臂傳感器 6 Work_position_1 機械臂傳感器 7 Work_position_2 智能步進電機驅(qū)動器 Work_position_3 智能步進電機驅(qū)動器 Work_position_4 智能步進電機驅(qū)動器 Add_liquor_position 智能步進電機驅(qū)動器 Shatter_position 智能步進電機驅(qū)動器 Cleanout_position_1 智能步進電機驅(qū)動器 Cleanout_position_2 智能步進電機驅(qū)動器 Cleanout_position_3 智能步進電機驅(qū)動器 Prepare_for_work 智能步進電機驅(qū)動器 Filtrate_position 智能步進電機驅(qū)動器 Clean_pump 智能步進電機驅(qū)動器 變量名 輸出地址 對應(yīng)的外部設(shè)備 Prepare_for_work 智能步進電機驅(qū)動器 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，歐姆龍實用，西門子全面。 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價格比?？蛇B接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬 量I/O 點。 6 個獨立的 30kHz 高速計數(shù)器， 2 路獨立的 20kHz高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)考慮到體積、重量、和轉(zhuǎn)速，選用 在世界范圍內(nèi)專業(yè)從事設(shè)計和制造各種實驗室產(chǎn)品、分析儀器和工業(yè)混合分散設(shè)備的世界著名集團 — 德國 IKA174。 125W 高效馬達，即使攪拌不同的溶液，轉(zhuǎn)速也能保持極高的穩(wěn)定性。無極調(diào)速可慢速不同速度要求的場合。于其他類型的粉碎機相比體積小、控制方便、調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速更穩(wěn)定。例如有微量注射泵、單通道注射泵、多通道注射泵等等。它通過外部計算機后臺軟件實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)微處理器的精準控制，完成復(fù)雜而廣泛的操作任務(wù)。使 MSP1C1 輕松實現(xiàn)自動化的高精度和高準確性的流體傳輸、稀釋、分配等廣泛應(yīng)用。其編程特點更易于對加液泵的人性化控制。 本系統(tǒng)機械臂要運動的工位較多且機械臂的運動控制是由步進電機控制的，為了分擔(dān)PLC 的 CPU 的負擔(dān)和控制精度本系統(tǒng)選用智能可編程驅(qū)動器。一、先進的技術(shù) 1）先進的電流控制技術(shù)，電流大小由高速 DSP 芯片通過軟件控制，精度可達 2）輸入信號平滑處理，自動微步計算，即使在低細分下也能保證運行平滑 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。 6）程序駐留模式。 7） Mis Programmer 使用圖形化編程界面，簡單方便，僅 ST5I/ST10I 可用。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，檢驗系統(tǒng)狀態(tài)六、強大的保護功能：過壓、欠壓、過熱和過流保護七、2448VDC（ ST