【正文】 根據(jù)組態(tài)設(shè)置，自動(dòng)生成注射泵控制代碼， 使食品 檢測(cè) 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 。 配方是機(jī)器設(shè)置參數(shù)的一個(gè)集合，而對(duì)于批處理器，一個(gè)配方可能被用來(lái)描述批處理過程中的不同步驟。比如當(dāng) 檢驗(yàn) 過程需要大量的控制變量參數(shù)時(shí)，如果一個(gè)接一個(gè)地設(shè)置這些變量參數(shù)就會(huì)耽誤時(shí)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(jìn)行樣品加液功能、樣品均質(zhì)粉碎功能、清洗功能，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)處理 16 個(gè)樣品的加液均質(zhì)的功能。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(dòng)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(jī)組態(tài)界面對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的自動(dòng)提取和凈化。產(chǎn)生了許多粉碎設(shè)備，主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式粉碎機(jī)。在超細(xì)粉碎中，電動(dòng)式粉碎機(jī)技術(shù)是公認(rèn) 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?，F(xiàn)在市場(chǎng)大多是流行的國(guó)外產(chǎn)品，類型多樣性能較好，如美國(guó)自然基因公司的Harvard Apparatus PHD 22/2022 型注射泵（控制精度為 %，速度范圍 微升 /小時(shí)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(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。 國(guó)內(nèi)對(duì)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(chǎng)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(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出報(bào)警。 控制學(xué)院 氣升 0701 班學(xué)生 趙延平 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 45 頁(yè) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 總的來(lái)說(shuō)，在歐美國(guó)家注射泵研制和應(yīng)用都以進(jìn)入一個(gè)相對(duì)成熟和穩(wěn)定的階段，而國(guó)內(nèi)注射泵的研制和檢測(cè)使用尚落后于歐美國(guó)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(chǎng)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(dòng)化樣品加液粉碎處理模塊單元，還有相關(guān)報(bào)導(dǎo)。而本課題對(duì)現(xiàn)有均質(zhì)器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，通過編程控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)均質(zhì)器的轉(zhuǎn)速和均質(zhì)時(shí)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(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(lái)的一種技術(shù)。 雖然 PLC 問世時(shí)間不長(zhǎng)，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(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家相繼研制成各自的 PLC。 （ 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。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(chǎng)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(diǎn)包括簡(jiǎn)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(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。通信技術(shù)使 PLC 的應(yīng)用得到了進(jìn)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(yuǎn)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(yùn)算、計(jì)時(shí)、記數(shù)等功能外，還增加了算數(shù)運(yùn)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(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。這樣使得 PLC 軟、硬件功能得到進(jìn)一步的提高。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。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(jī)電一體化設(shè)計(jì)。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。 （ 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(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。為了使 PLC 處理模擬量、必須實(shí)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(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。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。 （ 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)。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。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(yè) 共 45 頁(yè) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)專用紙 裝置。在機(jī)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(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)。 課題的引進(jìn) 根據(jù) 項(xiàng)目工藝要求 設(shè)計(jì) 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(duì)研究的課題進(jìn)行詳細(xì)的 描述。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(cè)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(cè)樣品。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。 樣品自動(dòng)制備系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)樣品的自動(dòng)制備，需要自動(dòng)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(dòng)抽濾；自動(dòng)吹干；自動(dòng)凈化萃?。蛔詣?dòng)定容。設(shè)計(jì)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(jì)系統(tǒng)一次完成最多 16個(gè)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(cè)項(xiàng)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(yàn) 的效果也不準(zhǔn)確。詳細(xì)工藝見工藝流程圖 11所示。優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)： 成本高。但其成本低廉，應(yīng)用廣泛。在外接設(shè)備時(shí)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(shí)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(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。該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面。 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(lái)連接）、粉碎機(jī)（通過模擬量模塊來(lái)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(lái)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。共兩個(gè)智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，兩個(gè)這智能驅(qū)動(dòng)器之間通過輸入 /輸出點(diǎn)連接。 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)控制的 。為了準(zhǔn)確的定位機(jī)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(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(yè) 共 45 頁(yè) 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。 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。可連接 7 個(gè)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)。 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。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸?？赏耆m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(jì)和制造各種實(shí)驗(yàn)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(tuán) — 德國(guó) IKA174。 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。無(wú)極調(diào)速可慢速不同速度要求的場(chǎng)合。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。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(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)。使 MSP1C1 輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的高精度和高準(zhǔn)確性的流體傳輸、稀釋、分配等廣泛應(yīng)用。其編程特點(diǎn)更易于對(duì)加液泵的人性化控制。 本系統(tǒng)機(jī)械臂要運(yùn)動(dòng)的工位較多且機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制是由步進(jìn)電機(jī)控制的，為了分擔(dān)PLC 的 CPU 的負(fù)擔(dān)和控制精度本系統(tǒng)選用智能可編程驅(qū)動(dòng)器。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。 6）程序駐留模式。 7） Mis Programmer 使用圖形化編程界面，簡(jiǎn)單方便，僅 ST5I/ST10I 可用。四、 2 個(gè)模擬輸入， 2 個(gè)光隔數(shù)字輸入， 4 個(gè)光隔數(shù)字輸出五、自檢和自動(dòng)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（ ST