基于樣品粉碎模塊及注射泵控制系統設計

控制學院氣升XXXX班學生趙延平畢業(yè)設計第2頁共63頁濟南大學畢業(yè)設計專用紙目錄摘要……………….……..…….3Abstract……………………….…41緒論……………51.1課題的內容及要求…………………..51.2樣品粉碎模塊及注射泵控制系統的發(fā)展歷史和應用領域………..51.3可編程控制器（PLC）的發(fā)展及應用……………….51.3.1可編程控制器（PLC）的發(fā)展………………..51.3.2可編程控制器（PLC）的應用………………..51.4課題的引進…………….………..52基于樣品粉碎模塊及加液控制系統的總體分析與設計…………………..52.1控制系統的工藝過程要求……………52.2系統設計方案…………52.3方案框架與構思……………………..53硬件選型及設計……………..53.1變量的編制……………..53.2系統硬件設備的選型……………………54上位機監(jiān)控軟件的選擇……………………..55基于樣品粉碎模塊及加液泵控制系統的軟件設計………..55.1可編程控制器（PLC）的程序設計………………….55.1.1可編程控制器（PLC）主程序設計……………55.1.2粉碎機控制的子程序設計…………..……….55.1.3注射泵控制的子程序設計………………..….55.1.4清洗泵控制的子程序設計…………………….55.1.5智能步進電機驅動器的控制程序設計……….55.2基于組態(tài)王6.53的上位機監(jiān)控軟件的設計……….55.2.1組態(tài)王6.53簡介……………..55.2.2S7-200PLC與組態(tài)王6.53的PPI通信…….55.2.3自動樣品提取凈化集成裝置界面設計………5調試過程中遇到的問題………………….5設計總結………………….5致謝……………………….5參考文獻………………….5控制學院氣升XXXX班學生趙延平畢業(yè)設計第35頁共63頁濟南大學畢業(yè)設計專用紙基于樣品粉碎模塊及注射泵控制系統設計摘要當今社會，信息技術迅猛發(fā)展，已經深入到各個領域。隨著全球一體化和食品貿易國際化，食品安全已經成為一個世界性的挑戰(zhàn)和全球重要的公共衛(wèi)生問題。近幾年，重大食品安全事件的頻頻發(fā)生以及消費者對安全食品的需求，使得食品安全問題成為全世界矚目的熱點。應用現代化的分析技術，研究建立快速準確的食品安全分析方法勢在必行。樣品粉碎是樣品制備當中非常重要的一個環(huán)節(jié)，但傳統手工操作步驟繁瑣，容易產生人工誤差。樣品粉碎及加液泵控制系統是一套全自動，全功能的樣品制備系統，采用標準計算機通過上位機軟件來控制，可以獨立完成樣品的粉碎、加液、抽濾、提取生成的樣品等工作。本課題在分析樣本制備工藝流程和控制要求的前提下，進行硬件控制部分設計和軟件監(jiān)控系統設計。為了達到可靠穩(wěn)定的控制硬件控制部分選擇S7-200PLC做主控制器。軟件監(jiān)控部分利用組態(tài)王，實現系統控制界面。同時選擇滿足精度要求的注射泵，結合工藝要求，根據組態(tài)設置，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。利用智能步進電機驅動控制器，結合工藝流程編制機械臂控制程序，完成多個工位的加液。配方是機器設置參數的一個集合，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。組態(tài)王支持對配方的管理，用戶利用此功能可以在控制過程中得心應手，提高效率。比如當檢驗過程需要大量的控制變量參數時，如果一個接一個地設置這些變量參數就會耽誤時間，而使用配方，則可以一次設置大量的控制變量參數，滿足生產過程的需要。關鍵詞：粉碎機（均質器）；注射泵；組態(tài)王；配方；數據庫；AbstractCurrentsociety,theinformationtechnologyisdevelopedrapidly,hasalreadygotdeeplytoeachfield。Withtheglobalizationandtheinternationalizationoffoodtrade,foodsafetyhasbecomeaglobalchallengeandanimportantpublichealthproblem.Inrecentyears,majorfoodsafetyincidentsoccurfrequently,andconsumerdemandforsafefood,makingfoodsafetythefocusofattentionastheworld'shotspots.Applicationofmodernanalyticaltechniquestostudytheestablishmentofrapidandaccurateanalysisoffoodsecurityisimperative.Sampleswerecrushedsamplepreparationisaveryimportant,buttraditionalmanualstepsandcumbersomeandpronetomanualerror.Samplescrushedandaddedapumpcontrolsystemisfullyautomatic,full-featuredsamplepreparationsystem,theuseofstandardcomputersoftwaretocontrolPCcanbecompletedindependentofthecrushedsample,addfluid,leaching,extractionandsoongeneratedsamples.Thisissueintheanalysissamplepreparationprocessandcontrolrequirementsunderthepremiseofcontrolpartofhardwaredesignandsoftwaredesignofmonitoringsystem.InordertoachieveastableandreliablecontrolofthecontrolpartofhardwaretochoosethemasterS7-200PLCcontroller.PartofthesoftwaretomonitortheuseofKingviewtoachievesystemcontrolinterface.Atthesametime,choosetomeettheprecisionrequirementsofinjectionpump,combinedwithtechnologicalrequirements,inaccordancewithconfigurationsettings,automaticallygeneratedcontrolcodeinjectionpump,sothatthefoodhasahigherdetectionsensitivity,accuracyandasmalleramountofsample,andanalysismorequickly.Intelligentsteppermotordrivercontroller,combinedwithprocesscontrolproceduresforthepreparationoftherobotarm,tocompleteanumberofworkersincreasesfluidspaces.Formulaisthemachinesetupacollectionofparameters,andforapprovedprocessors,aformulamaybeusedtodescribethebatchprocessofthedifferentsteps.Kingviewmanagementsupportfortheformula,theusercanusethisfunctionhandyinthecontrolprocessandimproveefficiency.Forexample,whenthetestingprocessrequiresalargenumberofparametersofthecontrolvariable,ifsetuponeaftertheparametersofthesevariableswillbetimedelay,andtheuseofformula,youcansetupalargenumberofcontrolvariableparameters,tomeettheneedsoftheproductionprocess.Keyword：Pulverizer;Injector;KingView;Formula;Database1緒論1.1課題的內容及要求本課題主要研究內容是將樣品粉碎、加液控制和直角坐標機械臂組成自動化樣品加液粉碎處理模塊單元。該處理模塊具備按設定參數進行樣品加液功能、樣品均質粉碎功能、清洗功能，從而實現同時處理16個樣品的加液均質的功能。主要設備包括粉碎機、注射泵、步進電機、機械臂、空氣隔膜泵、氣體閥等。根據實驗流程及關鍵技術點的研究，本科題設計出一套操作靈活、控制精度高的控制系統，實現自動化樣品加液粉碎處理模塊單元的程序控制。本控制系統使用西門子可編程控制器對粉碎機、注射泵、步進電機、機械臂控制實現自動樣品提取凈化組合裝置系統的設計。建立的系統使用上位機組態(tài)界面對設備進行控制。其控制過程首先是在上位機組態(tài)界面中對各個設備的參數進行設置，然后通過組態(tài)界面與西門子PLC可編程控制器通信達到對各個設備控制的目的。實現對樣品的自動提取和凈化。樣品粉碎模塊及注射泵控制系統的發(fā)展歷史和應用領域從20世紀60年代末70年代，世界上許多國家都致力于跨學科、夸行業(yè)的超細粉碎技術的研究。產生了許多粉碎設備，主要有機械式、氣動式、電動式粉碎機。機械式粉碎機有振動粉碎機、離心粉碎機、擠壓粉碎機、雷蒙粉碎機、塔式粉碎機、高速粉碎機等。在超細粉碎中，電動式粉碎機技術是公認的能有效獲得最小微粒的一種高效粉碎技術，是現在深加工不可缺少的手段。電動式粉碎機的產品，具有顆粒細、粒度分布窄、活性大、分散性能好等一系列特點。廣泛適用于化工、制藥、食品、防疫和商檢、醫(yī)療衛(wèi)生部門。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80年代末就進行了注射泵的研制。現在市場大多是流行的國外產品，類型多樣性能較好，如美國自然基因公司的HarvardApparatusPHD22/2000型注射泵（控制精度為0.35%，速度范圍0.0001微升/小時到220.82ml/小時）和SP-500型注射泵控制精度為1%，最小流速0.1ml/h、最高流速300ml/h,美國IMED公司GeminiPC-2TX型注射泵，速度范圍0.1ml/h到999ml/l，并且可以實現四路控制，此外還有德國貝朗（B|BRAUN）公司的Multifuse型、PerfusorCompact型（控制精度可達到2%）、Infusomatfms型，型號眾多，以色列也有相應產品。但是國外注射泵居高不下的價格，是國內醫(yī)療機構普及注射泵的只要障礙。國內對注射泵的研制起步較晚，大都在90年代中期經行研制，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系列產品，其中ZNB-XB的控制精度為3%-5%，注射范圍1.0ml/h-1100ml/h,北京思路高公司的恒速注射泵TCI-II產品的控制精度<3%,速度范圍0.1ml/h-600ml/h,深圳康福特公司也有注射泵。相比只下，國內產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品有很大的差距。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。如用于糖尿病治療的胰島素泵現在可隨聲攜帶而不影響大多數日常生活，甚至可帶著泵洗澡或游泳，如MiniMed公司的507型產品。注射泵還向更智能化發(fā)展。如以后將在糖尿病患者皮下植入連續(xù)血糖測量系統，該系統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據。當血糖過高時，系統將會發(fā)出報警。胰島素泵將會根據血糖傳感器測得糖尿病患者的血糖水平，然后自動控制泵向患者體內注射胰島素，實現真正的只能傳送?？偟膩碚f，在歐美國家注射泵研制和應用都以進入一個相對成熟和穩(wěn)定的階段，而國內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)和研究所獲得應用，目前仍處于推廣階段，因此注射泵的市場前景很廣闊。通過資料查新和市場調查，關于樣品粉碎模塊及注射泵控制系統在國內外都有單獨的設備及研究。但將樣品粉碎模塊及注射泵結合在一起，形成自動化樣品加液粉碎處理模塊單元，還有相關報導。市場上樣品粉碎大多是臺式或手持式均質器，國內外相關產品都有，但是基本是手動調節(jié)轉速和均質時間，且多為人工控制。而本課題對現有均質器的基礎上加以改進，通過編程控制從而實現對均質器的轉速和均質時間的控制。同時對均質器、注射泵控制系統及機械臂進行集成控制編程，從而實現自動化樣品加液粉碎處理模塊單元?？删幊炭刂破鳎≒LC）的發(fā)展及應用1.3.1可編程控制器（PLC）的發(fā)展可編程控制器（ProgrammableLogicController,PLC）是隨著計算機技術、通信技術、微電子技術和計算機控制技術的進步而發(fā)展起來的一種技術。由于傳統的繼電接觸器控制系統，存在著比較明顯的缺點，如設備體積大、可靠性差、動作速度慢、功能少、難以實現比較復雜的控制，到了20世紀60年代末，由于汽車制造業(yè)的激烈競爭，1969年，美國數字設備公司（DEC）根據美國通用汽車公司（GM）提出的著名的“GM十條”內容的要求研制出第一臺PLC，并在美國通用汽車自動裝配生產線上使用，獲得了成功。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。隨著微處理器的出現，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數據通信技術的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三個階段。（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。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。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，并且它在I/O接口電路上改進以適應工業(yè)現場的要求。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。在硬件上采取了一定得措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用電氣工程人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。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使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖，一直沿用至今。（2）中期的PLC從20世紀70年代中期到20世紀80年代中、后期，微處理器的出現使PLC發(fā)生了巨大的變化。此時的PLC產品以使用了16位、32位高性能微處理器，而且實現了多處理器的多通道處理。通信技術使PLC的應用得到了進一步的發(fā)展。這樣使PLC的功能大大增強。在硬件方面，在保留了原有的開發(fā)模塊的基礎上，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數量增加，還提供了一定數量的數據存儲器，使PLC的應用范圍得以擴大。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、記數等功能外，還增加了算數運算、數據處理和傳送、通信、自診斷等功能。（3）近期的PLC從20世紀80年代中、后期至今，PLC技術已非常成熟。由于超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(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。而且，為了進一步提高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。這樣使得PLC軟、硬件功能得到進一步的提高。如今，PLC技術已非常成熟，其中世界上生產PLC產品的廠家就多大200多個。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。1.3.2可編程控制器（PLC）的應用由于微處理器芯片及有關元件的價格大大下降和PLC功能的不斷完善及增強兩方面的原因，目前，PLC在國內外已經廣泛應用于鋼鐵、石油、汽車、機械制造、冶金工業(yè)、化工、電力、交通、采礦、建材、輕工、造紙、環(huán)保、食品等各行各業(yè)。既可以用于舊設備的技術改造，又可以用于新產品的開發(fā)和機電一體化設計。早期的PLC大多作為繼電器控制系統的升級換代產品，只要實現簡單的邏輯控制。隨著計算機技術、自動控制技術和網絡通信技術的發(fā)展，PLC技術也得到了很好的發(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絡通信能力。使用情況大體可歸納為以下6種類型。（1）開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，也是PLC最適合的應用領域。它取代最傳統的繼電器控制電路，實現邏輯控制、順序控制。PLC可用于單臺設備的控制、多機群控制及生產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。（2）模擬量控制在工業(yè)生產過程中，會經常遇到許多諸如溫度、壓力、流量、液位和速度等模擬量。為了使PLC處理模擬量、必須實現模擬量（Ａｎａｌｏｇ）和數字量（Ｄｉｇｉｔａｌ）之間的轉換（Ａ／Ｄ及Ｄ／Ａ轉換），PLC廠家都生產配套的Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ轉換模塊，使PLC用于模擬量控制。（3）運動控制早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構完成運動控制，現在一般使用PLC制造商提供的拖動步進電機或私服電機的單軸或多軸的位置專業(yè)的位置控制模塊完成運程控制。如可驅動步進電機或私服電機的單軸或多軸位置控制模塊。PLC把描述目標位置的數據，其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，確保運動平滑。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運程控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（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。PID模塊的調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統中用的較多的調節(jié)方法，大、中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。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用。（5）數據處理現代PLC具有數學運算的功能，可以完成數據采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參數值進行比較，完成一定得控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的裝置。數據處理一般用于大型控制系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品等制造行業(yè)的控制。在機械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統，可以完成大量的數據處理工作。（6）通信及聯網PLC通信包含PLC之間的通信、主機與遠程I/O口之間的通信以及PLC與其它智能設備（如計算機、變頻器、數控裝置）之間的通信。隨著計算機控制技術的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展的很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。PLC與其他職能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統。1.4課題的引進根據項目工藝要求設計樣品粉碎模塊及加液泵控制系統。研究下位機的控制設計與實施及上位機的監(jiān)控系統，主要對粉碎和加液部分進行主要分析和描述，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)控軟件的功能和應用進行了系統的引述。在本論文中主要應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。2基于樣品粉碎模塊及加液控制系統的總體分析與設計2.1樣品制備流程為檢測試樣中是否含有特定物質，需要將該物質萃取提純以利于檢測。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；還需要根據檢測物質的溶解特性，利用XX小柱，凈化清洗掉溶劑中其他雜質，得到檢測樣品。一般手工進行樣本制備，先將試樣切碎，放入試管加入溶劑后，手持均質器將試樣粉碎，接上真空泵，經濾紙抽出溶劑，濾去固體殘渣；將溶劑放入xx設備吹干后，加入定量溶劑再次溶解，將溶劑通過xx小柱洗凈雜質，完成樣品制備。制備過程要求加入和抽取準確體積的溶劑，多次清洗均質器、取樣針，操作繁復，過程很長，人工制備效率很低容易污染樣品。為提高樣品制備效率，提高樣本質量，希望進行自動的樣品制備。2.2樣品自動制備系統設計為實現樣品的自動制備，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。因此設計采用機械臂帶動均質器和加液管，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。設計如下樣品粉碎模塊。該模塊包括機械臂。。。。圖2.1樣品粉碎系統的工藝要求為提高樣品制備效率，設計系統一次完成最多16個樣本的制備。根據食品檢測要求，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。其基本步驟是：將樣本切割后放入試管，試管中根據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。之后，將固體殘渣濾掉，利用真空泵和濾網抽取溶劑。該溶劑，是樣本制備的中間產品。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。人工操作不僅效率低而且檢驗的效果也不準確。本系統要求自動加液、自動粉碎、自動清洗，自動抽濾，為提高效率，系統設計，一次進行4個樣本的制備。詳細工藝見工藝流程圖1-1所示。圖圖圖圖圖2.2控制系統設計方案根據粉碎和加液系統的要求，現擬定一下設計方案：方案一：控制器選用單片機。優(yōu)點：技術含量高、易上手、使用靈活、成本低廉。缺點：抗干擾能力低、模塊化擴展能力低。方案二：控制器采用可編程控制器(PLC)。優(yōu)點：對于防干擾、設備接口、聯網、模塊化都有完善的技術支撐，使用更簡單。缺點：成本高。單片機前期投入過大，周期較長，而且不易改動流程，抗干擾能力較PLC差一些。但其成本低廉，應用廣泛。特別適合于開發(fā)消費電子、商業(yè)應用的電子、玩具、家電等等。在外接設備時連線較多，只適用于小型的控制電路。PLC是專為工業(yè)自動化設計的，在控制電路這一塊，功能的強大是前者無法比擬的，通過多種多樣的擴展模塊，使外部接線量小、內部工作性能的可靠性高，易學易懂，雖然單個CPU貴，但性價比是最高的。從系統穩(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）。圖2.3方案框架與構思（1）硬件控制部分根據樣品粉碎及加液控制系統的硬件裝置（可編程邏輯控制器（PLC）、粉碎機、注射泵、智能步進電機驅動器、機械臂），確定可編程邏輯控制器（PLC）和智能步進電機驅動器需要控制I/O點數（具體分為數字量和模擬量）通過選用合適的PLC型號及所需外擴模塊，并通過接收上位機界面的數據來完成樣品粉碎和加液的邏輯控制。（2）軟件控制部分上位機采用組態(tài)軟件完成現場工作狀況的實時監(jiān)控，及時獲得現場I/O數據，適時下傳控制命令。利用上位機組態(tài)軟件完成設備參數的設置、數據的存儲、配方、報表。該系統具有良好的人機界面。為操作人員提供了方便，并設置了報警顯示，以便工作人員及時發(fā)現并處理故障。3硬件選型及設計樣品粉碎及加液控制系統有一個注射泵（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應具有模擬量模塊）、智能步進電機驅動器（該驅動器控制步進電機是靠在智能驅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。要實現復雜控制采樣對輸入進行編碼的形式實現。共兩個智能步進電機驅動器，兩個這智能驅動器之間通過輸入/輸出點連接。所以要占用4個PLC輸入點。機械臂的運動是由步進電機控制的。每臺步進電機有備妥、驅動、報警、應答四個信號。為了準確的定位機械臂上需要安裝位置傳感器。3.1變量的編制具體變量表如表3-1所示。表3-1輸入輸出地址分配表變量名輸入地址對應的外部設備Zero_xI0.0機械臂傳感器1Zero_zI0.1機械臂傳感器2Limit_Position_1I0.2機械臂傳感器3Limit_Position_2I0.3機械臂傳感器4Limit_Position_3I0.4機械臂傳感器5Limit_Position_4I0.5機械臂傳感器6Work_position_1I0.6機械臂傳感器7Work_position_2I0.7智能步進電機驅動器Work_position_3I1.0智能步進電機驅動器Work_position_4I1.1智能步進電機驅動器Add_liquor_positionI1.2智能步進電機驅動器Shatter_positionI1.3智能步進電機驅動器Cleanout_position_1I1.4智能步進電機驅動器Cleanout_position_2I1.5智能步進電機驅動器Cleanout_position_3I1.6智能步進電機驅動器Prepare_for_workI1.7智能步進電機驅動器Filtrate_positionI2.0智能步進電機驅動器Clean_pumpI2.1智能步進電機驅動器變量名輸出地址對應的外部設備Prepare_for_workQ1.0智能步進電機驅動器Filtrate_positionQ1.1真空泵Clean_pumpQ1.2清洗泵DisintegratorAQW0EM2323.2系統硬件設備的選型控制器三菱普及，松下不常見，歐姆龍實用，西門子全面。綜上所述選擇西門子的PLC。SIMATIC

S7-200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。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。CPU226:本機集成24輸入/16輸出共40個數字量I/O

點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數字量I/O

點或35路模擬量I/O

點。13K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能?？赏耆m應于一些復雜的中小型控制系統。粉碎機粉碎機一般有機械式粉碎機（machinemill）、氣流粉碎機（pneumaticcracker）、研磨機（grindingmachine）和低溫粉碎機（low-temperaturemill）四個大類。本系統考慮到體積、重量、和轉速，選用在世界范圍內專業(yè)從事設計和制造各種實驗室產品、分析儀器和工業(yè)混合分散設備的世界著名集團—德國IKA?公司的IKA-T10基本型粉碎機，處理量為0.5-100ml的高性價比粉碎機，即使是很小的轉子也能保持很好的線性度。125W高效馬達，即使攪拌不同的溶液，轉速也能保持極高的穩(wěn)定性。采用快速易拆式接口，易于更換分散頭，不銹鋼分散頭(直徑為5mm、8mm、10mm)無需工具即可拆卸、易于清洗。無極調速可慢速不同速度要求的場合。同時具有過載保護。于其他類型的粉碎機相比體積小、控制方便、調速范圍寬、轉速更穩(wěn)定。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。例如有微量注射泵、單通道注射泵、多通道注射泵等等。本系統采用采用蘭格公司（中美合資）自主研發(fā)的高性能、高可靠性適合工業(yè)自動化應用的精密注射泵（工業(yè)用注射泵）。它通過外部計算機后臺軟件實現對執(zhí)行機構微處理器的精準控制，完成復雜而廣泛的操作任務。它的任務可編程、存儲功能大大提高了其自動化程度，使其非常適合高自動化應用領域。使MSP1-C1輕松實現自動化的高精度和高準確性的流體傳輸、稀釋、分配等廣泛應用。與其他注射泵相比其優(yōu)點如下：加液速度隨機控制、加液體積可以選擇、狀態(tài)檢測等。其編程特點更易于對加液泵的人性化控制。步進電機驅動器二/四相微步驅動器、三相混合式驅動器、五相混合式驅動器、二/四相整、半步動器、智能可編程驅動器等等。本系統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PLC的CPU的負擔和控制精度本系統選用智能可編程驅動器。AMP公司ST系列驅動器采用新技術研發(fā)出來的智能型驅動器，參數由軟件進行設置，可編程控制，直觀，方便，準確，操作簡單，優(yōu)秀的性能、良好的質量和較高的性價比可以幫助您成功的完成運動控制項目。一、先進的技術1）先進的電流控制技術，電流大小由高速DSP芯片通過軟件控制，精度可達0.01A2）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，速度軟件設定或模擬量調節(jié)5）命令控制模式。通過RS-232串口通信接收運動控制命令，實現實時控制。6）程序駐留模式?？墒褂肣Programmer編寫運動控制程序，并下載到DSP閃存中，獨立運行。7）MisProgrammer使用圖形化編程界面，簡單方便，僅ST5-I/ST10-I可用。三、RS232串口通信。四、2個模擬輸入，2個光隔數字輸入，4個光隔數字輸出五、自檢和自動設置，檢驗系統狀態(tài)六、強大的保護功能：過壓、欠壓、過熱和過流保護七、24-48VDC（ST5）/24-80VDC(ST10)八、輸出相電流（峰值）0.1-5A(ST5)/0.1-10A(ST10)，軟件設定九、微步方式200-51200步/轉，2的倍數，軟件設定十、自動減流至0~90%之間的任意百分比，軟件設定十一、RS422/485總線控制，配合siNet;Hub實現多軸控制，最多可同時控制32軸（可選模塊）十二、編碼器反饋模塊，堵轉檢測/堵轉預防（可選模塊）十三、外形尺寸小十四、CE和RoHS。（5）機械臂由德國百格拉公司提供型號。標準化WSM系列機器人。機器人通常是掛壁式結構和龍門式結構。掛壁式結構的X軸由兩根龍門式導軌上下排布組成，其跨度按Y軸行程而定，做水平運動。X軸通常固定在機器人支架上，也可固定在墻壁上。Y軸由兩根龍門式導軌并排組成，其跨度大約100到600mm，Y軸固定在X軸上，做上下運動。龍門式結構的X軸由兩根龍門式導軌水平并列排布組成，其跨度按托盤尺寸而定，做水平運動。X軸通常固定在機器人支架上。Y軸由兩根龍門式導軌并排組成，其跨度大約100到600mm，Y軸固定在X軸上，做上下運動。定位精度為±0.1mm。（6）步進電機步進電機根據機械臂來選配。4上位機監(jiān)控軟件的選擇本設計要求上位機監(jiān)控軟件不僅能夠對整套系統的設備進行控制，而且還可以監(jiān)控各設備的運行狀態(tài)及報警處理。現在市面上位機監(jiān)控軟件有MCGS、力控、組態(tài)王、WinCC、IFIX等。MCGS6.2是由北京昆侖通態(tài)自動化軟件技術有限公司生產的，最大的特點就是易學易用。MCGS的數據庫訪問功能是通過編寫腳本程序實現的，MCGS具有訪問數據庫的內部函數，腳本語法采用類BASIC的結構，可以快速訪問數據庫，如添加、修改或刪除記錄。但是MCGS6.2沒有自帶的能夠訪問數據庫的控件，很難實現顯示記錄數不定的數據表的全部內容的功能。力控5.0是由北京三維力控科技有限公司生產的，是國內比較有名的國產組態(tài)軟件。MCGS的數據庫訪問功能也是通過編寫腳本程序實現的，也具有訪問數據庫的內部函數，其腳本語法采用類BASIC的結構，可以很方便的實現對數據庫的查詢，但是力控5.0也沒有自帶的訪問數據庫的控件，也很難實現顯示記錄數不定的數據表的全部內容的功能。組態(tài)王6.51是由北京亞控科技發(fā)展有限公司生產的，也是國內比較有名的國產組態(tài)軟件。組態(tài)王的數據庫訪問功能是通過腳本和控件實現的，也具有訪問數據庫的內部函數，其腳本語法采用類C的結構，可以很方便的編寫訪問數據庫的腳本程序。同時組態(tài)王還自帶了能夠訪問數據庫的控件，只須通過簡單設置就可顯示數據表的全部內容。WinCC是SIEMENS與Microsoft公司合作開發(fā)的、開放的過程可視化系統。WinCCV6.0使用MicrosoftSQLServer2000作為其組態(tài)數據和歸檔數據的存儲數據庫，可以使用ODBC，DAO，OLE-DB，WinCCOLE-DB和ADO方便的訪問歸檔數據。但是WinCC的控件和內部腳本函數只能訪問SQLServer2000中的歸檔數據，而無法讀出或寫入其它數據。另外，WinCC自帶的SQLServer2000數據庫與我們日常使用的SQLServer2000還有所區(qū)別，不能向訪問日常使用的SQLServer2000那樣訪問WinCC的SQLServer2000數據庫。比較各種組態(tài)軟件并考慮性價比，最終選擇使用國內組態(tài)軟件中最穩(wěn)定的組態(tài)軟件—組態(tài)王作為上位機監(jiān)控系統。5基于樣品粉碎及加液控制系統的軟件設計在大多數控制系統中，緊緊實現控制是不夠的。在許多情況下也需要組態(tài)監(jiān)控界面對系統經行監(jiān)控。通過監(jiān)控可以增加人機交互的能力，使操作人員實時的監(jiān)控系統，并使系統操作變的方便。系統的軟件設計包括上位機監(jiān)控組態(tài)界面的設計，以及智能步進電機驅動器程序、注射泵動作程序和PLC程序的設計。本文采用組態(tài)王設計樣品粉碎及加液控制系統的上位機監(jiān)控系統，該監(jiān)控系統包括粉碎機、注射泵操作參數設定、動作和狀態(tài)監(jiān)控界面和機械臂工作監(jiān)控界面。以及報警指示、報表打印、配方和故障處理功能。5.1可編程序控制器(PLC)的程序設計PLC的控制程序主要在西門子公司的STEP7MicroWINSP6軟件環(huán)境中完成。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。創(chuàng)建一個項目結構。項目就像一個文件夾，所有數據都以分層的結構存于其中，任何時候都可以使用。在創(chuàng)建了一個項目后，所有其他任務都在這個項目下執(zhí)行。本系統在STEP7中的新建項目如圖1-1所示。圖1-1新建項目界面（2）創(chuàng)建程序在這里對PLC進行編程，首先使用梯形邏輯圖（LAD）作為編程語言。梯形邏輯圖是編程語言的圖形表達形式，它的指令語法與繼電器的梯形邏輯圖相似，當電信號通過各個觸點、復合元件以及輸出線圈時，使用梯形圖可以追蹤電信號在電源示意線之間的流動。首先根據工藝及控制要求給出程序的流程圖如圖1-2所示。機械臂（X軸）返回機械臂（Z軸）返回機械臂到達加液工位（Z軸）結束加液初始化機械臂到達設定工位（X軸）是否按設定參數均質完成均質加液是否完成注射泵清洗均質器機械臂（X軸）返回機械臂（Z軸）返回機械臂到達加液工位（Z軸）結束加液初始化機械臂到達設定工位（X軸）是否按設定參數均質完成均質加液是否完成注射泵清洗均質器否否是是否否是是圖1-2整體工藝流程圖（3）具體程序如下：主程序通過梯形圖進行編程。在編程過程中，根據工藝要求進行編程，下面將介紹一下不同工藝段在程序中的作用，也就是說實際工程是怎樣通過程序來實現的。首先介紹實現工藝的幾個主要的控制編程過程：5.1.1主程序設計為了程序的閱讀和修改方便，將采用模塊化編程。在主程序中調用各個功能子程序，來達到控制的目的。5.1.2粉碎機控制的子程序設計（模擬量控制）粉碎機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壓模塊來控制粉碎機的轉速?？刂频年P鍵點在于量程的轉換，例如：輸入量為電流信號其對應關系是電流0-20mA(0~32000),4-20mA(6400~32000)。模擬量的輸出方式有很多，視用途而定。但最終還是給出0-32000的工程值的數值給AQW。一下程序的功能是對應粉碎機的5個不同的轉速。粉碎機速度控制程序（粉碎機的控制是由PLC通過模擬量模塊通過單向直流調壓模塊來控制直流電機的轉速。）模擬量的處理是由模擬量模塊將數字量轉化為模擬信號，其對應關系是電流0~20mA(0~32000）,4~20mA(6400~32000)模擬量的輸出方式很多，但是最終還是給出0~32000的工程值給AQW0。注射泵控制的子程序設計跟據工藝要求，在控制過程中需要進行多次加液。首先繪制工藝流程圖如下，見圖1-3所示。初始化完成中斷30調用初始化子程序活塞過載否（N）是（N）調用發(fā)送加液子程序0發(fā)送完成中斷00定時器開始定時0定時時間到調用發(fā)送查詢狀態(tài)子程1序0初始化完成中斷30調用初始化子程序活塞過載否（N）是（N）調用發(fā)送加液子程序0發(fā)送完成中斷00定時器開始定時0定時時間到調用發(fā)送查詢狀態(tài)子程1序0忙（N）閑（Y）結束主程序主程序開始發(fā)送完成中斷20調用接收子程序2接收完成中斷10判斷泵的狀態(tài)圖1-3注射泵控制流程圖SP1-C1是一款結構緊湊，用于精密流體傳輸的OEM產品。通過計算機或微處理器對其進行控制，自動完成移液、稀釋和分配功能。SP1-C1有強大的指令系統，用戶可設置參數。大多數的命令參數有默認值；針對不同應用默認值不一定是最優(yōu)設置。泵可接受單命令或命令串。例如：-單命令 如[A6000R]移動活塞位置到6000。-命令串 如[IA6000OA0R]移動閥到輸入口位置，移動活塞位置到6000，然后旋轉閥到輸入口位置，最終返回活塞位置到0。程序舉例：Z25IS30A1195OS12A0R注射量為5mlZ25IS20A5630OS20A0IS20A4510OS20A0R注射量為45mlZ25gIS20A5630OS20A0G3R注射量為75mlZ25gIS20A5630OS12A0G3IS20A4510OS12A0R注射量為95mlS7-200PLC與注射泵之間采用RS-485的通信方式，考慮到通信協議的問題，采用S7-200PLC的自由口通信協議，將注射泵程序轉換為PLC程序如下：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。在主程序中調用發(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。目的是實現結構化編程。方便日后查詢和修改。（2）發(fā)送加液子程序:本系統中利用S7-200通信，來達到對注射泵的程序控制。利用S7-200PLC的自由口通信協議，通信協議可由用戶根據需要通信的設備自己編寫。首先，設置通信的波特率（如果選擇PLC通信口是port0口，則在SMB30中設置，如果選擇的通信口是port1口，則在SMB130中設置。）在VB210中設置發(fā)送的字節(jié)數，本次加液一共發(fā)送26個字節(jié)，發(fā)送的數值從VB211~VW235。在ATCH中設置發(fā)送完成中斷，最后開全局中斷。發(fā)送查詢狀態(tài)子程序：注射泵的運行的過程中會不斷的往PLC返回數據，通過對注射泵返回數據分析可以獲知注射泵的運行狀態(tài)。加液過程中注射泵可能會出現錯誤狀態(tài)，例如活塞不允許移動、加液泵堵塞、活塞驅動過載、閥過載、活塞不允許移動、命令溢出等等。通過該子程序可以試試查看泵的狀態(tài)并在上位機界面中做出報警指示，通知操作者采取相應的處理措施。發(fā)送初始化命令:當注射泵出現活塞驅動能力過載、閥驅動能力過載、活塞不允許移動時只能接收初始化命令。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。5.1.4清洗泵控制的子程序設計加液完成后為了防止交叉污染需要對加液針進行清洗，本系統采用單作用式氣動隔膜泵（內置電磁閥型/氣控型）。清洗泵的控制過程是，先導入氣源壓力0.2~0.7Mpa,再通過脈沖信號來控制，輸入脈沖的最高頻率為10HZ，幅值為24V。編寫具體的PLC程序如下：清洗泵控制子程序是由兩個定時器來實現脈沖輸出的，輸出點定義為Q0.3。本程序為2HZ的脈沖輸出。5.1.5智能步進電機驅動器的控制過程（1）智能步進電機驅動器的硬件設置見圖2-1。智能步進電機驅動器可以通過軟件設置配置的驅動器的細分、輸入輸出端口、模擬步進電機的運行曲線、步進電機的型號、每相的電流、通過在智能驅動器中編程實現步進電機的加、減速控制、位置反饋信號等等。圖2-1驅動器硬件設置界面(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2-2所示。圖2-2FeedtoLength設置界面這條命令的功能是：使電機移動到一個固定的位置。在上面的對話框中設置電機要走的距離、速度、加速度、減速度、正反向等等，設置完參數后通過選擇Analysis選項卡，可以查看電機的運行曲線。見圖2-3所示。圖2-3模擬運行曲線界面在此對話框中你可以查看電機的加速時間，減速時間、勻速運行時間、指令總的運行時間、總的運行距離等。單擊程序功能選擇對話框中的彈出如下對話框。見圖2-4所示。圖2-4Feed/SetOutput參數設置界面本條指令的功能是移動到設定位置后使一個I/O輸出，設置完參數后，選擇Analysis選項卡，可以查看電機運行曲線、加/減速度時間、總的運行時間，總的運行距離等。見圖2-5所示。圖2-5模擬運行曲線界面選擇outputparameters選項卡可以設置到達位置后I/O點的輸出形式。見圖2-6所示圖2-6OutputParameters設置界面5.2基于組態(tài)王6.53的上位機監(jiān)控軟件的設計5.2.1組態(tài)王6.53簡介“組態(tài)王”是在PC機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows2000/WindowsNT4.0中文操作系統作為其操作平臺，具有圖形功能完備，界面一致友好，易學易用的特點。該軟件包由工程管理器(ProjManager)、工程瀏覽器(TouchExplorer)、畫面運行系統(TouchVew)三部分組成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能對已有工程進行搜索、備份及有效恢復，實現數據字典的導入和導出。TouchExplorer是“組態(tài)王”軟件的核心部分和管理開發(fā)系統，是應用工程的開發(fā)環(huán)境，內嵌畫面開發(fā)系統，可完成對畫面的設計、動畫的連接等工作。TouchVew是“組態(tài)王”軟件的實時運行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統中建立的動畫圖形畫面，并負責數據庫與I/O服務程序的數據交換,通過實時數據庫管理從一組工業(yè)控制對象采集到的各種數據，并把數據的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數據文件。在TouchExplorer的畫面開發(fā)系統中設計開發(fā)的畫面應用程序必須在TouchVew運行環(huán)境中才能運行。組態(tài)王6.53是一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統的組態(tài)軟件系統。為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網絡等功能。使用組態(tài)王6.53，用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定，功能全面，維護量小并且具備專業(yè)水準的計算機監(jiān)控系統的開發(fā)工作。組態(tài)王6.53具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業(yè)自動化、航空航天等領域，經過各種現場的長期實際運行，系統穩(wěn)定可靠。5.2.2S7-200PLC與組態(tài)王6.53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)王的通訊機制是組態(tài)王把每一臺與之通訊的設備看作是外部設備，為實現和外部設備的通訊，組態(tài)王內置有大量的設備驅動作為外部設備的通訊接口。在開發(fā)過程中，只需根據工程瀏覽器提供的“設備配置向導”，一步步完成連接過程，即可實現組態(tài)王和相應外部設備驅動的連接。在運行期間，組態(tài)王可以通過驅動接口和外部設備交換數據，包括采集數據和發(fā)送數據或指令。組態(tài)王的驅動程序采用ActiveX技術，每一驅動都是一個COM對象，這種方式使驅動和組態(tài)王構成一個完整的系統，從而保證運行系統的高效率，如圖4-14所示。因此，組態(tài)王可以與一些常用I/O設備直接進行通訊，如可編程控制器(PLC)、智能模塊、板卡、智能儀表等。組態(tài)王與I/O設備之間的數據交換采用五種方式:串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網絡節(jié)點方式、人機接口卡方式。見圖3-1所示。組態(tài)王組態(tài)王COM組件計算機外部設備動畫顯示線程驅動設備4驅動設備3驅動設備2驅動設備1數據采集線程歷史記錄線程其他線程模塊PLC智能儀表其他工控設備圖3-1組態(tài)王與外部設備通訊示意圖組態(tài)王和PLC200的通訊有多種方式，比如：自由口協議、PPI協議、Modbus協議、MPI協議；使用自由口方式進行通訊時，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協議相對最簡單，這也是國產軟件中最多的驅動；S7200使用Modbus協議進行通訊時，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，經濟上比較實惠；當然具體配置可以參考在線幫助；使用MPI協議需要上位機安裝MPI通訊卡（CP5611或者CP5613），成本相對高一些；當然還可以使用DP協議，那PLC還需要配置EM277作為DP從站來配置，價格也相對更高。如果是簡單的小系統，使用PPI協議就足夠了。因此本系統采用組態(tài)王6.53與PLC200的PPI通訊協議。(1)用組態(tài)王6.53和PLC200建立PPI通訊PPI(Point-to-Point)是西門子專為S7-200系列開發(fā)的一個通訊協議，為主/從協議，PC機為主站，S7-200為從站。該方式下有兩種硬件連接方法，一種是使用PPI電纜將PC機串口和S7-200的通訊口相連，采用串行通訊方式。另一種是PC機通過CP5611通訊卡與S7-200相連。在第一種方式下，使用PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN32安裝通訊硬件，在“SETPG/PCInterface”對話框中配置PC/PPIcable,選擇InterfaceParameterAssignment為PPI，并設置PPI參數默認值,雙擊通訊框中得刷新圖標后建立與S7-200的通信連接。在第二種方式下，將CP5611卡安裝在PC機的插槽中，用連接帶纜將CP5611卡與S7-200的PORT口相連，安裝STEP7-Micro/WIN32和STEP7V5.0+ServicePack5(或STEP7V5.1+ServicePack2)，運行PG/PC-interfaceparameterisation，將用戶界面配置為CP5611(PPI)方式。這兩種方式的上位機組態(tài)王的設置基本相同，首先使用“設備配置向導”定義外部設備，分別選擇西門子S7-200系列PPI通信和西門子S7-200系列通訊卡通信，并設定如下通信參數:波特率9600bps,數據位8位，停止位1位，偶校驗。在設定PLC地址時，兩種方式有所不同，前者將PLC地址設為默認地址2。后者采用“PLC地址.2”地址格式，小數點前的數字為有效地址PLC的地址(即站號)，小數點后為數字2，所設定的地址范圍為2.2～126.2，其中PLC的地址可通過編程軟件STEP7-Micro/WIN設置來實現。在組態(tài)王的“數據字典”中定義相關變量，選擇變量類型為I/O型，并選擇連接設備，指定所訪問的寄存器名及寄存器類型。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對Q、I、M寄存器的監(jiān)控。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8個開關量的輸入或輸出狀態(tài)，即BYTE的0~7位分別對應輸入或輸出的0~7開關量通道，如果要顯示或控制某一開關量通道的狀態(tài)，可以使用組態(tài)王提供的BIT()或BITSET()函數進行取位或置位。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中運行，即可建立實時通信，得到一個反映工業(yè)現場的監(jiān)控畫面。按照上述過程，結合本次設計內容，把建立PPI通訊的過程通過圖片一步步加以詳細說明。打開組態(tài)王6.53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)王設備PLC\西門子\S7200系列\(zhòng)PPI。主界面如圖3-2所示。圖3-2組態(tài)王定義設備按照組態(tài)王定義設備的要求進行設置，將所選設備設置為：生產廠家：西門子；設備名稱：S7-200系列；通訊描述：PPI。然后對所安裝設備進行邏輯名稱設置；如圖3-3所示。圖3-3對設備進行邏輯名稱設定設定好設備邏輯名稱后，單擊“下一步”選擇串口號，電腦一般采用COM1口通訊，PLC與電腦相連接的RS232也是通過COM1口經行通訊的，因此本機通訊設定為COM1，不使用虛擬串口（GPRS）因此不用設定。如圖3-4所示。圖3-4選擇串口號串口號選擇好后，單擊“下一步”進行設備地址設置，設備地址格式為：由于S7-200系列PLC的型號不同，設備地址的范圍不同，所以對于某一型號設備的地址范圍，請見相關硬件手冊。組態(tài)王的設備地址要與PLC的PORT口設置一致.PLC默認地址為2。如圖3-5所示。圖3-5設備地址設定設備地址設定為2，單擊“下一步”進行通訊參數設定，在組態(tài)王中的添加的設備為S7-200，設備地址為2，嘗試恢復間隔為30秒，最長恢復時間24小時，使用動態(tài)優(yōu)化。如圖3-6所示。圖3-6通訊參數設定通訊參數設置完后，單擊“下一步”就出現您所設定的所有通訊信息，如圖3-7所示。圖3-7信息總結所有通訊信息設置完畢后，可以對此次通訊設置經行測試，右擊組態(tài)王中的S7-200設備選擇進行測試：在通訊參數選項中：設備地址2，波特率9600，數據位8，偶校驗，停止位1，通訊超時1000毫秒，采樣頻率1000毫秒。如圖3-8所示。圖3-8串口設備測試：通訊參數設置通訊參數設置完畢后，選擇設備測試選項，如圖3-9所示。圖3-9串口設備測試：設備測試將設備測試中的寄存器選為M，數據類型選為Bit，單擊“添加”加入你所要測試的組態(tài)變量，就可以測試出現在的設置是否已經將組態(tài)與西門子PLC200通過PPI協議連接起來。組態(tài)軟件中的硬件驅動參數設置完成后，在數據變量中添加組態(tài)和硬件相連接的變量，形成變量數據庫。建立數據庫的方式：單擊數據詞典，在單擊新建則出現圖4-9所示，在對話框中輸入變量名，以及變量屬性，連接的設備以及數據類型，和數據的開放性即DDE接口，以及數據的安全設置。見圖3-10所示。圖3-10組態(tài)監(jiān)控變量數據庫建立數據庫是“組態(tài)王”最核心的部分。在運行時，工業(yè)現場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產現場，所有這一切都是以實時數據庫為中介環(huán)節(jié)。因此，所以說數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。數據庫中變量的集合形象地稱為“數據詞典”，數據詞典記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息。在組態(tài)王軟件中數據庫分為實時數據庫和歷史數據庫。5.2.3自動樣品提取凈化集成裝置系統控制界面設計本監(jiān)控系統能夠完成對樣品制備系統的監(jiān)控，通過生動、形象的組態(tài)畫面來實時監(jiān)控設備的運轉情況，系統中某些設備的控制和數據圖表的繪制會需要用腳本來完成。（1）“登陸系統”畫面該監(jiān)控系統一方面完成對設備和運行數據的實時監(jiān)控，另一方面還要完成對操作人員信息的采集，如登陸時間、登陸者姓名、所做實驗等。登陸畫面如圖3-11所示。圖3-11登陸系統界面(2)點擊控制系統進入按鈕，進入設備狀態(tài)畫面，見圖3-12。在設備狀態(tài)畫面顯示有整個樣品粉碎和注射泵控制系統主要設備，包括粉碎機、注射泵、機械臂等，可監(jiān)視它們實時的工作狀態(tài)以及液位和流量變化；在遠程模式下可在此畫面直接對設備如粉碎機、加液泵、機械臂等進行上位控制。圖3-12設備狀態(tài)界面試管設置界面本系統實現對16個試管中的樣品經行批處理，通過本界面可以選擇需要樣品處理的試管，見圖3-13所示。圖3-13試管設置界面方法編輯界面方法是一個參數集合，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。用戶利用方法可以在控制過程中得心應手，提高效率。比如當檢驗過程需要大量的控制變量參數時，如果一個接一個地設置這些變量參數就會耽誤時間，而使用方法，則可以一次設置大量的控制變量參數，滿足生產過程的需要。在此界面中可以為選擇的試管編輯新方法、調用以前保存的方法、試管中的樣品、操作人等。見圖3-14所示。圖3-14方法編輯界面方法操作界面可以進行配方的處理，包括配方的設定、配方的信息的編輯及裝載、保存，還有前一條配方的信息及后一條配方的信息的處理。菜單功能本操作系統就有Windows標準的菜單操作功能，用戶能很快的使用本操作系統。用戶可以通過菜單完成按鈕完成的功能。見圖3-15所示。圖3-15系統菜單功能參數設置界面系統設備的運行參數是通過上位機組態(tài)界面來設置。通過組態(tài)界面與PLC的連接達到遠程控制的目的。見圖3-16所示。圖3-16參數設置界面（7）報表界面數據報表是反應運行過程中的數據、狀態(tài)等，并對數據進行記錄的一種重要形式。是控制過程必不可少的一個部分。它既能反映系統實時的生產情況，也能對長期的生產過程進行統計、分析，使管理人員能夠實時掌握和分析生產情況。見圖3-17所示。圖3-17報表界（8）設備運行狀態(tài)報警界面通過報警界面可以判斷每個設備的運行狀態(tài)及故障點和故障原因。見圖3-18所示。圖3-18報警界面（9）打印界面在打印界面中可以設置打印的格式、紙張類型及打印預覽等等。見圖3-19所示。圖3-19打印界面（10）模擬系統運行界面模擬系統運行界面可以模擬實際設備的運行狀態(tài)、運行時的參數等等。通過模擬系統運行界面操作人員可以方便的控制整套系統的運行狀況。見圖3-20所示。圖3-20模擬系統運行界面調試過程中遇到的問題本次畢業(yè)設計完成的設計調試內容較多，為了能在畢業(yè)設計中圓滿的完成設計任務，所以從工程開始到做畢業(yè)設計，這段時間就一直在做相關的設備調試和編程工作。總體來看這次畢業(yè)設計完成了硬件選型、各種設備的調試工作、上位機操作數據庫的調試工作、以及整套系統的運行調試。由于此次工程涉及到注射泵、步進電機、均質器和西門子S7系列PLC以及上位機對ACCESS數據庫的添加查詢操作問題以及配方的問題，所以在整個畢業(yè)設計期間遇到的軟硬件調試問題比較多，但在指導老師的悉心指導下均得到了解答。現將系統調試過程中所遇到的問題陳列如下：硬件選型中遇到的問題粉碎機在選型是選擇的是手動操作，在控制中需要實現自動控制，擴展單項全控整流模塊，實現通過PLC對粉碎機的模擬量控制。（2）組態(tài)界面編輯中遇到的問題組態(tài)王中的內部變量也占用點數，這就造成很大的自己浪費。組態(tài)王中的配方不能另存為另一個文件，這給用戶使用造成很大的局限性。組態(tài)王自身所帶數據庫，用戶在查詢時，比較麻煩。相比之下用控件操作相對容易。（3）注射泵調試中遇到的問題注射泵調試時由于試管與閥密封有問題存在漏水現象。注射泵運行時，加速度過快容易造成泵堵塞。這種情況需要根據實際應用稍作調整。注射泵調試時，由于注射泵系統本身的問題，在注射泵程序的末尾必須加一空格才能正常完成