注射泵控制系统毕业设计.doc

控制学院 气升0701班学生 赵延平 毕业设计 第1页 共46页目录摘要.3Abstract.41 绪论5 1.1 课题的内容及要求.5 1.2 样品粉碎模块及注射泵控制系统的发展历史和应用领域.51.3 可编程控制器（PLC）的发展及应用.5 1.3.1 可编程控制器（PLC）的发展.5 1.3.2 可编程控制器（PLC）的应用.51.4 课题的引进.52 基于样品粉碎模块及加液控制系统的总体分析与设计.52.1 控制系统的工艺过程要求52.2 系统设计方案52.3 方案框架与构思.53 硬件选型及设计.5 3.1变量的编制.5 3.2 系统硬件设备的选型54 上位机监控软件的选择.55 基于样品粉碎模块及加液泵控制系统的软件设计.55.1 可编程控制器（PLC）的程序设计.5 5.1.1 可编程控制器（PLC）主程序设计55.1.2 粉碎机控制的子程序设计.55.1.3 注射泵控制的子程序设计.55.1.4 清洗泵控制的子程序设计.55.1.5 智能步进电机驱动器的控制程序设计.55.2 基于组态王6.53的上位机监控软件的设计.5 5.2.1 组态王6.53简介.5 5.2.2 S7-200 PLC与组态王6.53的PPI通信.5 5.2.3 自动样品提取净化集成装置界面设计5调试过程中遇到的问题.5设计总结.5致谢.5参考文献.5 济南大学毕业设计专用纸控制学院 气升0701班学生 赵延平 毕业设计 第46页 共46页基于样品粉碎模块及注射泵控制系统设计摘要当今社会，信息技术迅猛发展，已经深入到各个领域。随着全球一体化和食品贸易国际化，食品安全已经成为一个世界性的挑战和全球重要的公共卫生问题。近几年，重大食品安全事件的频频发生以及消费者对安全食品的需求，使得食品安全问题成为全世界瞩目的热点。应用现代化的分析技术，研究建立快速准确的食品安全分析方法势在必行。样品粉碎是样品制备当中非常重要的一个环节，但传统手工操作步骤繁琐，容易产生人工误差。样品粉碎及加液泵控制系统是一套全自动，全功能的样品制备系统，采用标准计算机通过上位机软件来控制，可以独立完成样品的粉碎、加液、抽滤、提取生成的样品等工作。本课题在分析样本制备工艺流程和控制要求的前提下，进行硬件控制部分设计和软件监控系统设计。为了达到可靠稳定的控制硬件控制部分选择S7-200 PLC做主控制器。软件监控部分利用组态王，实现系统控制界面。同时选择满足精度要求的注射泵，结合工艺要求，根据组态设置，自动生成注射泵控制代码，使食品检测具有更高的灵敏度、准确度和更小的样品用量，并且分析方法更快速。利用智能步进电机驱动控制器，结合工艺流程编制机械臂控制程序，完成多个工位的加液。配方是机器设置参数的一个集合，而对于批处理器，一个配方可能被用来描述批处理过程中的不同步骤。组态王支持对配方的管理，用户利用此功能可以在控制过程中得心应手，提高效率。比如当检验过程需要大量的控制变量参数时，如果一个接一个地设置这些变量参数就会耽误时间，而使用配方，则可以一次设置大量的控制变量参数，满足生产过程的需要。关键词：粉碎机（均质器）；注射泵；组态王；配方；数据库； 济南大学毕业设计专用纸AbstractCurrent society,the information technology is developed rapidly, has already got deeply to each field 。With the globalization and the internationalization of food trade, food safety has become 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 worlds hot spots. Application of modern analytical techniques to study the establishment of rapid and accurate analysis of food security is imperative.Samples were crushed sample preparation is a very important, but traditional manual steps and cumbersome and prone to manual error.Samples crushed and added a pump control system is fully automatic, full-featured sample preparation system, the use of standard computer software to control PC can be completed independent of the crushed sample, add fluid, leaching, extraction and so on generated samples . This issue in the analysis sample preparation process and control requirements under the premise of control part of hardware design and software design of monitoring system. In order to achieve a stable and reliable control of the control part of hardware to choose the master S7-200 PLC controller. Part of the software to monitor the use of Kingview to achieve system control interface.At the same time, choose to meet the precision requirements of injection pump, combined with technological requirements, in accordance with configuration settings, automatically generated control code injection pump, so that the food has a higher detection sensitivity, accuracy and a smaller amount of sample, and analysis more quickly. Intelligent stepper motor driver controller, combined with process control procedures for the preparation of the robot arm, to complete a number of workers increases fluid spaces. Formula is the machine set up a collection of parameters, and for approved processors, a formula may be used to describe the batch process of the different steps.Kingview management support for the formula, the user can use this function handy in the control process and improve efficiency. For example, when the testing process requires a large number of parameters of the control variable, if set up one after the parameters of these variables will be time delay, and the use of formula, you can set up a large number of control variable parameters, to meet the needs of the production process.Key word：Pulverizer; Injector; KingView; Formula;Database 1 绪论1.1 课题的内容及要求本课题主要研究内容是将样品粉碎、加液控制和直角坐标机械臂组成自动化样品加液粉碎处理模块单元。该处理模块具备按设定参数进行样品加液功能、样品均质粉碎功能、清洗功能，从而实现同时处理16个样品的加液均质的功能。主要设备包括粉碎机、注射泵、步进电机、机械臂、空气隔膜泵、气体阀等。根据实验流程及关键技术点的研究，本科题设计出一套操作灵活、控制精度高的控制系统，实现自动化样品加液粉碎处理模块单元的程序控制。本控制系统使用西门子可编程控制器对粉碎机、注射泵、步进电机、机械臂控制实现自动样品提取净化组合装置系统的设计。建立的系统使用上位机组态界面对设备进行控制。其控制过程首先是在上位机组态界面中对各个设备的参数进行设置，然后通过组态界面与西门子PLC可编程控制器通信达到对各个设备控制的目的。实现对样品的自动提取和净化。1.2 样品粉碎模块及注射泵控制系统的发展历史和应用领域从20世纪60年代末70年代，世界上许多国家都致力于跨学科、夸行业的超细粉碎技术的研究。产生了许多粉碎设备，主要有机械式、气动式、电动式粉碎机。机械式粉碎机有振动粉碎机、离心粉碎机、挤压粉碎机、雷蒙粉碎机、塔式粉碎机、高速粉碎机等。在超细粉碎中，电动式粉碎机技术是公认的能有效获得最小微粒的一种高效粉碎技术，是现在深加工不可缺少的手段。电动式粉碎机的产品，具有颗粒细、粒度分布窄、活性大、分散性能好等一系列特点。广泛适用于化工、制药、食品、防疫和商检、医疗卫生部门。国外对注射泵的研制较早，如日本、美国和德国等国家上世纪80年代末就进行了注射泵的研制。现在市场大多是流行的国外产品，类型多样性能较好，如美国自然基因公司的Harvard Apparatus PHD 22/2000型注射泵（控制精度为0.35%，速度范围0.0001微升/小时到220.82ml/小时）和SP-500型注射泵控制精度为1%，最小流速0.1ml/h、最高流速300ml/h,美国IMED公司Gemini PC-2TX 型注射泵，速度范围0.1ml/h 到999ml/l，并且可以实现四路控制，此外还有德国贝朗（B|BRAUN）公司的Multifuse型、Perfusor Compact型（控制精度可达到2%）、Infusomat fms 型，型号众多，以色列也有相应产品。但是国外注射泵居高不下的价格，是国内医疗机构普及注射泵的只要障碍。国内对注射泵的研制起步较晚，大都在90年代中期经行研制，市场也有一些注射泵，如北京科力丰高科技发展有限公司的ZNB系列产品，其中ZNB-XB的控制精度为3%-5%，注射范围1.0ml/h-1100ml/h,北京思路高公司的恒速注射泵TCI-II产品的控制精度3%,速度范围0.1ml/h-600ml/h,深圳康福特公司也有注射泵。相比只下，国内产品在价格上有一定的优势，但是在控制精度和最小输注速度上和国外产品有很大的差距。注射泵发展将向更小型化、更便携化、控制更精确、更安全可靠发展。如用于糖尿病治疗的胰岛素泵现在可随声携带而不影响大多数日常生活，甚至可带着泵洗澡或游泳，如MiniMed公司的507型产品。注射泵还向更智能化发展。如以后将在糖尿病患者皮下植入连续血糖测量系统，该系统包含一个小型传感器，它每隔一段时间检测皮下体液并获得血糖数据。当血糖过高时，系统将会发出报警。胰岛素泵将会根据血糖传感器测得糖尿病患者的血糖水平，然后自动控制泵向患者体内注射胰岛素，实现真正的只能传送。总的来说，在欧美国家注射泵研制和应用都以进入一个相对成熟和稳定的阶段，而国内注射泵的研制和检测使用尚落后于欧美国家，只在大的企业和研究所获得应用，目前仍处于推广阶段，因此注射泵的市场前景很广阔。通过资料查新和市场调查，关于样品粉碎模块及注射泵控制系统在国内外都有单独的设备及研究。但将样品粉碎模块及注射泵结合在一起，形成自动化样品加液粉碎处理模块单元，还有相关报导。市场上样品粉碎大多是台式或手持式均质器，国内外相关产品都有，但是基本是手动调节转速和均质时间，且多为人工控制。而本课题对现有均质器的基础上加以改进，通过编程控制从而实现对均质器的转速和均质时间的控制。同时对均质器、注射泵控制系统及机械臂进行集成控制编程，从而实现自动化样品加液粉碎处理模块单元。1.3 可编程控制器（PLC）的发展及应用1.3.1 可编程控制器（PLC）的发展可编程控制器（Programmable Logic Controller,PLC）是随着计算机技术、通信技术、微电子技术和计算机控制技术的进步而发展起来的一种技术。由于传统的继电接触器控制系统，存在着比较明显的缺点，如设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能少、难以实现比较复杂的控制，到了20世纪60年代末，由于汽车制造业的激烈竞争，1969年，美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）提出的著名的“GM十条”内容的要求研制出第一台PLC，并在美国通用汽车自动装配生产线上使用，获得了成功。虽然PLC问世时间不长，但在PLC诞生不久即显示出了其在工业控制中的重要地位，如德国、日本、法国等国家相继研制成各自的PLC。随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分为三个阶段。（1）早期的PLC早期的PLC（20世纪60年代末至70年代中期）称为可编程逻辑控制器。这是PLC的主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它是继电器控制装置的替代物，在硬件上以准计算机的形式出现，并且它在I/O接口电路上改进以适应工业现场的要求。PLC装置中的器件主要采用分立元件和中、小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。在硬件上采取了一定得措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用电气工程人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、功耗低、有故障指示及能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图，一直沿用至今。（2）中期的PLC从20世纪70年代中期到20世纪80年代中、后期，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。此时的PLC产品以使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理。通信技术使PLC的应用得到了进一步的发展。这样使PLC的功能大大增强。在硬件方面，在保留了原有的开发模块的基础上，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据存储器，使PLC的应用范围得以扩大。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、记数等功能外，还增加了算数运算、数据处理和传送、通信、自诊断等功能。（3）近期的PLC从20世纪80年代中、后期至今，PLC技术已非常成熟。由于超大规模集成电路技术的迅猛发展，微处理器价格的大幅下降，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能得到进一步的提高。如今，PLC技术已非常成熟，其中世界上生产PLC产品的厂家就多大200多个。比较著名的厂家有美国的AB、通用(GE)、莫迪康（MODICON），日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工、德国的西门子（SIEMENS）、法国的TE、施耐德（SCHNEIDER）、以及韩国的三星（SUMSUNG）、LG等。1.3.2 可编程控制器（PLC）的应用由于微处理器芯片及有关元件的价格大大下降和PLC功能的不断完善及增强两方面的原因，目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、汽车、机械制造、冶金工业、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、造纸、环保、食品等各行各业。既可以用于旧设备的技术改造，又可以用于新产品的开发和机电一体化设计。早期的PLC大多作为继电器控制系统的升级换代产品，只要实现简单的逻辑控制。随着计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的发展，PLC技术也得到了很好的发展，其功能远远超出早期PLC的逻辑控制，更多的具有了强大的网络通信能力。使用情况大体可归纳为以下6种类型。（1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，也是PLC最适合的应用领域。它取代最传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制。PLC可用于单台设备的控制、多机群控制及生产自动化流水线控制等，如印刷机、注塑机、订书机械、组合机床、切纸机械、磨床、包装机械、电镀流水线及电梯控制等。（2）模拟量控制 在工业生产过程中，会经常遇到许多诸如温度、压力、流量、液位和速度等模拟量。为了使PLC处理模拟量、必须实现模拟量（）和数字量（）之间的转换（及转换），PLC厂家都生产配套的和转换模块，使PLC用于模拟量控制。（3）运动控制早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构完成运动控制，现在一般使用PLC制造商提供的拖动步进电机或私服电机的单轴或多轴的位置专业的位置控制模块完成运程控制。如可驱动步进电机或私服电机的单轴或多轴位置控制模块。PLC把描述目标位置的数据，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运程控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等闭环模拟量的控制，PLC能够控制大量的过程控制总的参数。PID模块的调节是一般闭环控制系统中用的较多的调节方法，大、中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理现代PLC具有数学运算的功能，可以完成数据采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参数值进行比较，完成一定得控制操作，也可以利用通信功能传送到别的装置。数据处理一般用于大型控制系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品等制造行业的控制。在机械加工中，PLC作为主要的控制和管理系统，可以完成大量的数据处理工作。（6）通信及联网 PLC通信包含PLC之间的通信、主机与远程I/O口之间的通信以及PLC与其它智能设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。随着计算机控制技术的发展，工厂自动化网络发展的很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。PLC与其他职能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。1.4 课题的引进 根据项目工艺要求设计样品粉碎模块及加液泵控制系统。研究下位机的控制设计与实施及上位机的监控系统，主要对粉碎和加液部分进行主要分析和描述，并且把在分析中用到的资料和软硬件进行必要的引述，而且把要用到的一些编程软件、组态监控软件的功能和应用进行了系统的引述。在本论文中主要应用的是可编程控制器PLC、MCGS组态监控软件，对研究的课题进行详细的描述。2 基于样品粉碎模块及加液控制系统的总体分析与设计2.1 样品制备流程为检测试样中是否含有特定物质，需要将该物质萃取提纯以利于检测。一般的样品制备过程是：将试样放入有机溶剂中粉碎，滤去残渣；将溶解了试样的溶剂浓缩吹干后，再加入一定量的溶剂将样品溶解定容；还需要根据检测物质的溶解特性，利用XX小柱，净化清洗掉溶剂中其他杂质，得到检测样品。一般手工进行样本制备，先将试样切碎，放入试管加入溶剂后，手持均质器将试样粉碎，接上真空泵，经滤纸抽出溶剂，滤去固体残渣；将溶剂放入xx设备吹干后，加入定量溶剂再次溶解，将溶剂通过xx小柱洗净杂质，完成样品制备。制备过程要求加入和抽取准确体积的溶剂，多次清洗均质器、取样针，操作繁复，过程很长，人工制备效率很低容易污染样品。为提高样品制备效率，提高样本质量，希望进行自动的样品制备。2.2 样品自动制备系统设计为实现样品的自动制备，需要自动完成以下操作过程：均值器的清洗；试样的粉碎；溶剂的添加；自动抽滤；自动吹干；自动净化萃取；自动定容。因此设计采用机械臂带动均质器和加液管，自动定位试管和清洗槽位置；采用注射泵完成试剂的自动添加和定容。设计如下样品粉碎模块。该模块包括机械臂。图2.1 样品粉碎系统的工艺要求为提高样品制备效率，设计系统一次完成最多16个样本的制备。根据食品检测要求，首先需要将送检样品在特定的溶剂中粉碎，使得被检测物充分溶解在溶剂中。其基本步骤是：将样本切割后放入试管，试管中根据样本特征及检测项目加入不同溶剂，使用粉碎器，将试管中的样本粉碎。之后，将固体残渣滤掉，利用真空泵和滤网抽取溶剂。该溶剂，是样本制备的中间产品。目前，通常采用人工操作，实验测试人员，手工加入溶剂、手持粉碎器，将样本粉碎后，抽滤出中间样本。人工操作不仅效率低而且检验的效果也不准确。本系统要求自动加液、自动粉碎、自动清洗，自动抽滤，为提高效率，系统设计，一次进行4个样本的制备。详细工艺见工艺流程图1-1所示。图图图图图2.2 控制系统设计方案 根据粉碎和加液系统的要求，现拟定一下设计方案：方案一：控制器选用单片机。优点：技术含量高、易上手、使用灵活、成本低廉。缺点：抗干扰能力低、模块化扩展能力低。方案二：控制器采用可编程控制器(PLC)。优点：对于防干扰、设备接口、联网、模块化都有完善的技术支撑，使用更简单。缺点：成本高。单片机前期投入过大，周期较长，而且不易改动流程，抗干扰能力较PLC差一些。但其成本低廉，应用广泛。特别适合于开发消费电子、商业应用的电子、玩具、家电等等。在外接设备时连线较多，只适用于小型的控制电路。PLC是专为工业自动化设计的，在控制电路这一块，功能的强大是前者无法比拟的，通过多种多样的扩展模块，使外部接线量小、内部工作性能的可靠性高，易学易懂，虽然单个CPU贵，但性价比是最高的。 从系统稳定性和开发时间的角度考虑，最终方案确立选择控制器为可编程逻辑控制器（PLC）。图2.3 方案框架与构思（1）硬件控制部分根据样品粉碎及加液控制系统的硬件装置（可编程逻辑控制器（PLC）、粉碎机、注射泵、智能步进电机驱动器、机械臂），确定可编程逻辑控制器（PLC）和智能步进电机驱动器需要控制I/O点数（具体分为数字量和模拟量）通过选用合适的PLC型号及所需外扩模块，并通过接收上位机界面的数据来完成样品粉碎和加液的逻辑控制。（2）软件控制部分上位机采用组态软件完成现场工作状况的实时监控，及时获得现场I/O数据，适时下传控制命令。利用上位机组态软件完成设备参数的设置、数据的存储、配方、报表。该系统具有良好的人机界面。为操作人员提供了方便，并设置了报警显示，以便工作人员及时发现并处理故障。3 硬件选型及设计样品粉碎及加液控制系统有一个注射泵（注射泵与PLC之间通过通信来连接）、粉碎机（通过模拟量模块来控制，所以PLC应具有模拟量模块）、智能步进电机驱动器（该驱动器控制步进电机是靠在智能驱动器中编写程序来完成对步进电机的控制）其具有4个输入， 8个输出。要实现复杂控制采样对输入进行编码的形式实现。共两个智能步进电机驱动器，两个这智能驱动器之间通过输入/输出点连接。所以要占用4个PLC输入点。机械臂的运动是由步进电机控制的。每台步进电机有备妥、驱动、报警、应答四个信号。为了准确的定位机械臂上需要安装位置传感器。3.1 变量的编制具体变量表如表3-1所示。表3-1 输入输出地址分配表变量名输入地址对应的外部设备Zero_xI0.0机械臂传感器1Zero_zI0.1机械臂传感器2Limit_Position_1I0.2机械臂传感器3Limit_Position_2I0.3机械臂传感器4Limit_Position_3I0.4机械臂传感器5Limit_Position_4I0.5机械臂传感器6Work_position_1I0.6机械臂传感器7Work_position_2I0.7智能步进电机驱动器Work_position_3I1.0智能步进电机驱动器Work_position_4I1.1智能步进电机驱动器Add_liquor_positionI1.2智能步进电机驱动器Shatter_positionI1.3智能步进电机驱动器Cleanout_position_1I1.4智能步进电机驱动器Cleanout_position_2I1.5智能步进电机驱动器Cleanout_position_3I1.6智能步进电机驱动器Prepare_for_workI1.7智能步进电机驱动器Filtrate_positionI2.0智能步进电机驱动器Clean_pumpI2.1智能步进电机驱动器变量名输出地址对应的外部设备Prepare_for_workQ1.0智能步进电机驱动器Filtrate_positionQ1.1真空泵Clean_pumpQ1.2清洗泵DisintegratorAQW0EM2323.2 系统硬件设备的选型（1） 控制器三菱普及，松下不常见，欧姆龙实用，西门子全面。综上所述选择西门子的PLC。SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。CPU226:本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。（2） 粉碎机粉碎机一般有机械式粉碎机（machine mill）、气流粉碎机（pneumatic cracker）、研磨机（grinding machine）和低温粉碎机（low-temperature mill）四个大类。本系统考虑到体积、重量、和转速，选用在世界范围内专业从事设计和制造各种实验室产品、分析仪器和工业混合分散设备的世界著名集团德国IKA公司的IKA-T10基本型粉碎机，处理量为0.5-100ml的高性价比粉碎机，即使是很小的转子也能保持很好的线性度。125W高效马达，即使搅拌不同的溶液，转速也能保持极高的稳定性。采用快速易拆式接口，易于更换分散头，不锈钢分散头(直径为5mm、8mm、10mm)无需工具即可拆卸、易于清洗。无极调速可慢速不同速度要求的场合。同时具有过载保护。于其他类型的粉碎机相比体积小、控制方便、调速范围宽、转速更稳定。（3） 注射泵注射泵大的方面分有医用注射泵和工业用注射泵。例如有微量注射泵、单通道注射泵、多通道注射泵等等。本系统采用采用兰格公司（中美合资）自主研发的高性能、高可靠性适合工业自动化应用的精密注射泵（工业用注射泵）。它通过外部计算机后台软件实现对执行机构微处理器的精准控制，完成复杂而广泛的操作任务。它的任务可编程、存储功能大大提高了其自动化程度，使其非常适合高自动化应用领域。使MSP1-C1轻松实现自动化的高精度和高准确性的流体传输、稀释、分配等广泛应用。与其他注射泵相比其优点如下：加液速度随机控制、加液体积可以选择、状态检测等。其编程特点更易于对加液泵的人性化控制。（4） 步进电机驱动器二/四相微步驱动器、三相混合式驱动器、五相混合式驱动器、二/四相整、半步动器、智能可编程驱动器等等。本系统机械臂要运动的工位较多且机械臂的运动控制是由步进电机控制的，为了分担PLC的CPU的负担和控制精度本系统选用智能可编程驱动器。AMP公司ST系列驱动器采用新技术研发出来的智能型驱动器，参数由软件进行设置，可编程控制，直观，方便，准确，操作简单，优秀的性能、良好的质量和较高的性价比可以帮助您成功的完成运动控制项目。一、先进的技术 1）先进的电流控制技术，电流大小由高速DSP 芯片通过软件控制，精度可达0.01A 2）输入信号平滑处理，自动微步计算，即使在低细分下也能保证运行平滑 3）抗共振算法，抑制系统中频共振 4）低速波形平滑算法，抑制低速力矩波动二、模式 1）脉冲/方向 2）双脉冲 3）正交相位脉冲（编码器跟随） 4）速度模式，速度软件设定或模拟量调节 5）命令控制模式。通过RS-232 串口通信接收运动控制命令，实现实时控制。 6）程序驻留模式。可使用Q Programmer 编写运动控制程序，并下载到DSP 闪存中，独立运行。 7）Mis Programmer 使用图形化编程界面，简单方便，仅ST5-I/ST10-I可用。三、RS232 串口通信。四、2 个模拟输入，2 个光隔数字输入，4 个光隔数字输出五、自检和自动设置，检验系统状态六、强大的保护功能：过压、欠压、过热和过流保护七、24-48VDC（ST5）/24-80VDC(ST10) 八、输出相电流（峰值）0.1-5A(ST5)/0.1-10A(ST10)，软件设定九、微步方式200-51200 步/转，2 的倍数，软件设定十、自动减流至090%之间的任意百分比，软件设定十一、RS422/485 总线控制，配合siNet; Hub 实现多轴控制，最多可同时控制32 轴（可选模块）十二、编码器反馈模块，堵转检测/堵转预防（可选模块）十三、外形尺寸小十四、CE 和RoHS。（5）机械臂由德国百格拉公司提供型号。标准化WSM系列机器人。机器人通常是挂壁式结构和龙门式结构。挂壁式结构的X轴由两根龙门式导轨上下排布组成，其跨度按Y轴行程而定，做水平运动。X轴通常固定在机器人支架上，也可固定在墙壁上。Y轴由两根龙门式导轨并排组成，其跨度大约100到600 mm，Y轴固定在X轴上，做上下运动。龙门式结构的X轴由两根龙门式导轨水平并列排布组成，其跨度按托盘尺寸而定，做水平运动。X轴通常固定在机器人支架上。Y轴由两根龙门式导轨并排组成，其跨度大约100到600 mm，Y轴固定在X轴上，做上下运动。定位精度为0.1 mm。（6）步进电机 步进电机根据机械臂来选配。4上位机监控软件的选择本设计要求上位机监控软件不仅能够对整套系统的设备进行控制，而且还可以监控各设备的运行状态及报警处理。现在市面上位机监控软件有MCGS 、力控、组态王、WinCC、IFIX等。MCGS 6.2是由北京昆仑通态自动化软件技术有限公司生产的，最大的特点就是易学易用。MCGS的数据库访问功能是通过编写脚本程序实现的，MCGS具有访问数据库的内部函数，脚本语法采用类BASIC的结构，可以快速访问数据库，如添加、修改或删除记录。但是MCGS 6.2没有自带的能够访问数据库的控件，很难实现显示记录数不定的数据表的全部内容的功能。力控5.0是由北京三维力控科技有限公司生产的，是国内比较有名的国产组态软件。MCGS的数据库访问功能也是通过编写脚本程序实现的，也具有访问数据库的内部函数，其脚本语法采用类BASIC的结构，可以很方便的实现对数据库的查询，但是力控5.0也没有自带的访问数据库的控件，也很难实现显示记录数不定的数据表的全部内容的功能。 组态王6.51是由北京亚控科技发展有限公司生产的，也是国内比较有名的国产组态软件。组态王的数据库访问功能是通过脚本和控件实现的，也具有访问数据库的内部函数，其脚本语法采用类C的结构，可以很方便的编写访问数据库的脚本程序。同时组态王还自带了能够访问数据库的控件，只须通过简单设置就可显示数据表的全部内容。WinCC是SIEMENS与Microsoft公司合作开发的、开放的过程可视化系统。WinCC V6.0使用Microsoft SQL Server 2000作为其组态数据和归档数据的存储数据库，可以使用ODBC，DAO，OLE-DB，WinCC OLE-DB和ADO方便的访问归档数据。但是WinCC的控件和内部脚本函数只能访问SQL Server 2000中的归档数据，而无法读出或写入其它数据。另外，WinCC自带的SQL Server 2000数据库与我们日常使用的SQL Server 2000还有所区别，不能向访问日常使用的SQL Server 2000那样访问WinCC的SQL Server 2000数据库。比较各种组态软件并考虑性价比，最终选择使用国内组态软件中最稳定的组态软件组态王作为上位机监控系统。5 基于样品粉碎及加液控制系统的软件设计在大多数控制系统中，紧紧实现控制是不够的。在许多情况下也需要组态监控界面对系统经行监控。通过监控可以增加人机交互的能力，使操作人员实时的监控系统，并使系统操作变的方便。系统的软件设计包括上位机监控组态界面的设计，以及智能步进电机驱动器程序、注射泵动作程序和PLC程序的设计。 本文采用组态王设计样品粉碎及加液控制系统的上位机监控系统，该监控系统包括粉碎机、注射泵操作参数设定、动作和状态监控界面和机械臂工作监控界面。以及报警指示、报表打印、配方和故障处理功能。5.1可编程序控制器(PLC)的程序设计PLC的控制程序主要在西门子公司的STEP 7 MicroWIN SP6软件环境中完成。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。（1） 创建一个项目结构。项目就像一个文件夹，所有数据都以分层的结构存于其中，任何时候都可以使用。在创建了一个项目后，所有其他任务都在这个项目下执行。本系统在STEP7中的新建项目如图1-1所示。 图1-1 新建项目界面（2） 创建程序在这里对PLC进行编程，首先使用梯形逻辑图（LAD）作为编程语言。梯形逻辑图是编程语言的图形表达形式，它的指令语法与继电器的梯形逻辑图相似，当电信号通过各个触点、复合元件以及输出线圈时，使用梯形图可以追踪电信号在电源示意线之间的流动。首先根据工艺及控制要求给出程序的流程图如图1-2所示。机械臂（X轴）返回机械臂（Z轴）返回机械臂到达加液工位（Z轴）结束加液初始化机械臂到达设定工位（X轴）是否按设定参数均质完成均质加液是否完成注射泵清洗均质器否是否是图1-2 整体工艺流程图（3） 具体程序如下：主程序通过梯形图进行编程。在编程过程中，根据工艺要求进行编程，下面将介绍一下不同工艺段在程序中的作用，也就是说实际工程是怎样通过程序来实现的。首先介绍实现工艺的几个主要的控制编程过程：5.1.1 主程序设计为了程序的阅读和修改方便，将采用模块化编程。在主程序中调用各个功能子程序，来达到控制的目的。5.1.2 粉碎机控制的子程序设计（模拟量控制）粉碎机的速度是由可编程控制器（PLC）来控制的，具体控制是PLC通过模拟量模块控制单向直流调压模块来控制粉碎机的转速。控制的关键点在于量程的转换，例如：输入量为电流信号其对应关系是电流0-20mA(032000),4-20mA(640032000)。模拟量的输出方式有很多，视用途而定。但最终还是给出0-32000的工程值的数值给AQW。一下程序的功能是对应粉碎机的5个不同的转速。粉碎机速度控制程序（粉碎机的控制是由PLC通过模拟量模块通过单向直流调压模块来控制直流电机的转速。）模拟量的处理是由模拟量模块将数字量转化为模拟信号，其对应关系是电流020mA(032000）,420mA(640032000)模拟量的输出方式很多，但是最终还是给出032000的工程值给AQW0。5.1.3 注射泵控制的子程序设计跟据工艺要求，在控制过程中需要进行多次加液。首先绘制工艺流程图如下，见图1-3所示。初始化完成中断30调用初始化子程序活塞过载否（N）是（N）调用发送加液子程序0发送完成中断00定时器开始定时0定时时间到调用发送查询状态子程1序0忙（N）闲（Y）结束主程序主程序开始发送完成中断20调用接收子程序2接收完成中断10判断泵的状态图1-3 注射泵控制流程图SP1-C1 是一款结构紧凑，用于精密流体传输的OEM产品。通过计算机或微处理器对其进行控制，自动完成移液、稀释和分配功能。SP1-C1有强大的指令系统，用户可设置参数。大多数的命令参数有默认值；针对不同应用默认值不一定是最优设置。泵可接受单命令或命令串。例如：-单命令如A6000R 移动活塞位置到6000。-命令串如IA6000OA0R移动阀到输入口位置，移动活塞位置到6000，然后旋转阀到输入口位置，最终返回活塞位置到0。程序举例：Z25IS30A1195OS12A0R 注射量为5mlZ25IS20A5630OS20A0IS20A4510OS20A0R 注射量为45mlZ25gIS20A5630OS20A0G3R 注射量为75mlZ25gIS20A5630OS12A0G3IS20A4510OS12A0R 注射量为95mlS7-200 PLC与注射泵之间采用RS-485的通信方式，考虑到通信协议的问题，采用S7-200PLC的自由口通信协议，将注射泵程序转换为PLC程序如下：（1） 主程序： 所有的功能全都写成子程序的形式，方便程序的阅读和修改。在主程序中调用发送加液子程序、中断程序、发送状态查询子程序、接收加液泵状态子程序、初始化子程序等。目的是实现结构化编程。方便日后查询和修改。（2）发送加液子程序:本系统中利用S7-200通信，来达到对注射泵的程序控制。利用S7-200PLC的自由口通信协议，通信协议可由用户根据需要通信的设备自己编写。首先，设置通信的波特率（如果选择PLC通信口是port0口，则在SMB30中设置，如果选择的通信口是port1口，则在SMB130中设置。）在VB210中设置发送的字节数，本次加液一共发送26个字节，发送的数值从VB211VW235。在ATCH中设置发送完成中断，最后开全局中断。（1） 发送查询状态子程序：注射泵的运行的过程中会不断的往PLC返回数据，通过对注射泵返回数据分析可以获知注射泵的运行状态。加液过程中注射泵可能会出现错误状态，例如活塞不允许移动、加液泵堵塞、活塞驱动过载、阀过载