【《基于PLC的自动进样器控制系统设计》12000字】

基于PLC的自动进样器控制系统设计摘要本设计是以PLC控制器为核心单元的自动进样器控制系统，选用步进电机控制机械手在X、Y、Z三个方向上的运动和取样针模块的运动，选用步进电机驱动样品旋转托盘模块；通过CAN总线通讯在上位机可以输入取样量的多少及洗针次数；当实际取样量与设定值不符时系统报警，进样系统停止运行；最终通过组态王进行仿真验证。关键词：PLC；自动进样器；步进电机；CAN总线目录TOC\o"1-3"\h\u16003第1章绪论 绪论1.1课题研究背景由于新型计数的不断进步，使得科研发展中对于样品的需求量不断增加。传统的样品输送都是以人工进行进样与取样，样品的供给呈现出复杂化和不确定性，增加了人工成本。同时由于样品种类的繁多，进样与取样过程中增加了不可靠性以及不稳定性。因此，如何将现有的自动化技术与传统的样品供给系统进行有效结合，形成高规模、高安全、高便捷的样品输送控制系统就显得至关重要。现代化工业的高速发展，使得工业制造自动化的水平也越来越高，对于很多行业而言高速的自动化将会提高生产的效率，然而对于当前的取样器来说，传统的人工操作已经没有办法满足实时社会的需求量，尽管可以通过增加人员数量去增加工作效率，但是对于长期的社会发展的角度而言，已经不能充分满足。一方面，社会发展的速度单单依靠人工数量增加的方法不能解决社会需求而带来的产品数量极剧变化的需求；另一方面复杂化的操作流程，人工的方式已经不能够提供较为高质量的保障，促使自动进样的控制系统的极剧发展，进一步发展工业自动化的水平。随着科研和生产技术的不断发展,优良实验室的规范已经确立,人们对分析测试的要求在样品数量、分析周期、数据准确性、降低工作成本和提高工作效率等方面都提出了更高的标准和要求REF_Ref10537\w\h[4]。传统的进样操作由于是人为操作，不可避免地会出现一定的误差，不仅会影响最后的实验结果，而且效率低。采用自动进样器替代传统的由实验员完成的操作，既能减少人为因素对实验数据的影响，提高分析实验的准确性；又可以避免一些危险药品对实验员的所造成的伤害REF_Ref8039\w\h[1]。这不仅简化了操作流程，还减轻了工人的劳动强度。相信在将来自动进样器会越来越普及。1.2国内外研究现状到目前为止，自动进样器在国外的许多实验室都得到了应用，它们在实验过程中所起到的作用也越来越大。科技总是在一直进步的，所以自动进样器他能扮演的角色也越来越多，功能越来越强大。20世纪末，国内开始引进自动化技术，进取控制系统不再由传统的人工进行进取样品，逐渐向自动化进取的转变，因此对于自动化进取的技术研究仍然处于相对的不成熟，或者其研究成本较高等等，仍然存在对其研究的重要意义。国内对于自动进样器的控制系统的研究也一直没有停过，从近代开始的民族企业发展的人工搬运式的进样，到如今利用半人工的方式进行识别物品的等等，随着科技与集成芯片的发展，人工智能的理论开始逐渐演进于各个领域中。在自动进样中，已经开始将人工智能将其运用其中，以图像识别加深度强化算法对样品进行有效分拣。自动进样系统是自动进送样品系统的一个重要分支，广泛应用于各个领域的样品的进取样。自动进取样品系统主要由位置检测装置、输送装置、控制系统、机械手装置等部分组成，是对样品进行自动进取、整理的关键设备之一。进样器是能够定额的将实验试剂送入色谱仪的装置。广泛应用于石油，化学，农业化学，生物化学，医药卫生，食品等领域。国内第一台自动进样器于2009年被克莱克特公司生产研发出来，身为先行者率先打开了国内在该领域的市场，冲破了其他国际公司对该关键技术的封锁，高精度的马达被应用于该公司研制的设备，在很大程度上提高了驱动精度，和取样精度。同时稳定性较其他公司设备也有所提高。到二十一世纪的今天，国外许多国家已经将其应用到工业各个领域等，成熟的样品进取系统可以快速精确的处理样品的各个状态。当前，样品进取系统已经分布在国外国家生活的各个领域，人们对于样品进取系统的关注始终都是放在重要位置，随着科技的不断进步，样品进取系统也将伴随着科技的进步日趋完善。1.3应用价值及应用前景当今世界，伴随着各种检测设备的日益更新迭代，自动进样器作为一种高度自动化的设备，可以辅助色谱仪完成准确无误的进样操作，进而得出更准确的实验结果。在药品检验领域,随着药品质量标准的不断提高,药品检验工作越来越倚重于仪器设备,仪器的性能确认能够为检验数据的准确性提供重要保障,证明仪器能达到预期的检验分析效果REF_Ref8289\w\h[13]。本次系统的设计从实际角度出发，基于PLC对自动进样系统进行设计，其研究的系统不仅拥有较强的理论价值，同时还具有较强的社会意义和社会价值。1.4主要研究内容本次基于PLC的自动进样系统设计主要分成三个部分，分别是输入端、输出端以及组态监控端，在输入端中主要是对进取转动圆盘位置的采集、样品的感应、清水感应以及机械臂的各个状态检测以及拉取的限位检测，输出端主要是对机械手的控制、转盘电机的控制、取样台垂直运动控制以及指示灯控制，监控端主要是利用MCGS组态软件实现对系统的实时监控与对系统的功能验证。基于上述准则，本次设计内容主要有四大功能，分别如下：（1）检测功能：实时检测转盘上工位的位置变化、样品瓶检测以及机械臂的抓手、取样模块位置检测，实时完成对上述四个不同传感器信号的采集；（2）步进电机控制：根据各个传感器输入的信号。利用PLC控制步进电机的各个动作；（3）监控功能：在组态软件中创建仿真画面，实时反映各模块的工作状态，并验证自己的设计思想是否有误；（4）夹取控制：在接收到传感器的信号后，PLC控制机械手对对应位置的试剂瓶进行夹取与放松；第2章总体设计方案当前，使用的自动化技术的自动进样器都是以控制强弱电的逻辑程序与传统的机械式电气结构组成的一套完成的系统。通常在该系统中，主要是以机械臂的抓手位置识别系统、机械臂控制系统、转盘识别系统、样品瓶识别系统、夹紧气缸系统以及监控系统组成的自动进样管控系统。在识别系统主要利用光电、限位以及样品瓶识别实现对不同转盘、样品瓶、拉伸位置以及机械臂的抓手正确识别，并且进行信号传输，其设定传感器信号是以转盘、机械手识别与样品的识别，最终形成识别系统。在此过程涉及对不同识别后的样品使用分拣气缸夹紧样品，利用机械臂的功能将其放入到转盘中，随后进行对其使用后的样品进行清洗，并且利用机械臂控制不同的样品放置到不同的地方。控制对象是以分拣气缸与电机为对象，利用不同的传感器形成不同的控制决策。自动进样器示意图如图2.1所示。图2.1自动进样器示意图对系统进行功能需求分析，包括对系统的信号检测、控制决策以及功能组成，具体的功能分析如下：所有的转盘工作必须使用PLC控制步进电机进行动作执行，转盘的运动是由步进电机驱动的；样品的进取的选取必须经过机械臂进行动作，机械臂的动作，必须是由传感器检测信号进行控制执行；所有样品进行清洗时，其清洗的次数与时间直接是由PLC进行；对于每一个样品进取而言，使用传感器正确识别后，PLC将会控制机械臂与气缸对不同的样品进行进取与夹紧动作控制；本次的控制系统处于正常自动进样状态时，此时PLC将会控制工作指示灯进行正常显示；由于利用步进电机进行运动控制的时候，距离方面没有办法进行把控，因此设置了每个维度方向的限位开关进行信号传递；在所有的系统当中，必须配备有可以进行系统紧急制动的开关；机械臂的抓手的到位的控制也是必须由限位开关进行控制。具体系统框图如图2.2所示。图2.2总体设计框图2.1机械手方案设计为确保机械手移动的精确可靠，本系统使用三个步进电机来提供动力，以实现X、Y、Z三个方向的移动，同时加装限位传感器，保障精度。用滚珠丝杠传动机构实现三个方向的运动传递。机械手的执行部分由一个手爪和吸盘组成。对每个位置建立水平坐标系XOY，以最边角为原点，根据每相邻两个试剂瓶孔中心的距离设置坐标点，根据位置指示按照编好的路径以一定的速度到达目标点。如每一行，每一列之间都相距两厘米，当需要移动到（2,3）时，X轴先运动4厘米，Y轴再移动6厘米。检测处的物料盘每次需要放置或者夹取的位置都停在同一处，等待机械手过去放置或夹取，所以机械手每次与检测处的物料盘接触都是在同一位置，可以直接设坐标点，每次都到固定的该坐标点处。如(3,-4)点。2.2旋转托盘方案设计本次设计中样品托盘可容纳的试剂瓶数为六个，圆形码盘的正反方向旋转和定位，依靠其下方的步进电机来实现。主要包括圆形码盘的初始和停止位置、样品位置定位、仪器进样口位置定位。定位精度靠其转子旋转一定的角度、光电传感器来实现。2.3取样模块方案设计取样模块的上下移动和定位靠位移电机实现，具体需要定位的位置大概有三个：针筒插入试剂瓶深度的定位，针筒插入进样口深度的定位，和初始位置的定位。用同步带传动实现取样模块和电机之间的联系，并加装导轨实现整个取样模块做垂直运动。电机径向极限距离为针头将要到试剂瓶底到承载拖车上极限之间的距离。可知这段距离为一定值，根据这段距离来定位每次针头插入进样口的深度。溶液试剂抽取和注射控制，是由一个特定的电机用于控制针筒的拉杆，通过一定的换算关系，将提升的行程换算成一定的体积，电机与针筒拉杆之间的传动靠定比传动皮带实现。因此选用一个高精度的电机，和皮带传动机构就尤为重要。第3章系统硬件设计本章主要是对本次进样器控制系统设计的各个硬件选型进行选择，包括对控制器、上位机、及进样器各部分硬件结构进行理论依据选择，同时对进样器控制系统设计的电路与PLC端口配置进行设计。3.1PLC选型如果单纯地从控制器的角度说，STC89C52单片机无疑是一个不错的选择，其采用的是经典的8051引脚结构，同时8位的中央处理器被集中于芯片的内部，提高了运算速度，并且在编程时可调整的空间也是相当大的，大大的节约了工作人员的时间和精力，下载的步骤更简单。但是针对本次的系统而言，其控制的步进电机的精确度以及输入信号的具体采集，52单片机已经远远不能满足系统的需求。针对该功能需求，本次系统选择PLC为系统的主要控制芯片，具体的优势如下：首先使用PLC的系统在当前的自动化产业中具有很高的应用场所与应用实用性。对于一般的系统而言，使用PLC可以具有稳定的系统运行效率。同时对于一个系统而言，通常根据不同的控制对象可以将其划分为4大类控制功能，它们为“0,1”的开关量、运动理论的控制、信息传输通信控制以及常见的模拟量控制。针对上述四大类的功能控制，使用PLC可以很好的解决控制的难题。在使用PLC时，由于其维护性高，现场调试的难度较小以及安装的简易性，使得在绝大数的自动化产业中，都是以PLC为主要的控制器，因此本次的自动自动进样系统也是选择PLC为控制器。通过三菱系列PLC与西门子系列PLC的对比发现，西门子系列编程简单，方便控制。并且西门子系列曾在之前的课程中学习过一段时间，并且价格相较三菱便宜一些。对于企业来说应综合考虑成本，价格，后期维修等费用。所以应选择西门子系列。西门子PLC型号主要分为：小型、中型、大型三种，依次为：S7-200，S7-1200是一档，S7-300，S7-400是一档。越往上逻辑处理能力越强。西门子S7系列PLC不仅体积小巧、信号处理速度快、结构标准化，还具有网络通信能力高，功能多，可靠性高等优点。从本次设计出发，共需I\O口30个，型号为CPU226的PLC完全能够满足设计要求。图3.1S7-200CPU226原理图3.1.1I\O口分配表考虑到使用人员对该仪器的灵活配置，本设计对功能进行了充分细化REF_Ref26233\r\h[3]。本次设计一共定义了18个输入点，12个输出口，具体的I/O端口分配如表3.3所示。表3.1I\O口分配表输入信号名称输出信号名称I0.0启动Q0.0机械手左电机信号I0.1停止Q0.1机械手右电机信号I0.2转盘1号光电传感器Q0.2机械手前电机信号I0.3转盘2号光电传感器Q0.3机械手后电机信号I0.4转盘3号光电传感器Q0.4机械手上电机信号I0.5转盘4号光电传感器Q0.5机械手下电机信号I0.6转盘5号光电传感器Q0.6转盘正转信号I0.7转盘6号光电传感器Q0.7转盘反转信号I1.0机械手左限位Q1.0气动机械手夹I1.1机械手右限位Q1.1取样针抽样电机I1.2机械手前限位Q1.2取样台拉伸电机上I1.3机械手后限位Q1.3取样台拉伸电机下I1.4机械手上限位Q1.4报警指示灯I1.5机械手下限位I1.6样品感应I1.7清水感应I2.0取样拉伸电机下限I2.1取样拉伸电机上限I2.2提取量异常检测信号3.2上位机设计3.2.1人机界面设计在本次系统设计中，需要用到上位机来反映各个模块的工作状态等信息，各个模块的信息采集主要是由各个传感器和PLC进行手机与处理。本系统上位机的仿真设计需要用到“MCGS”组态软件，其人机界面主要由几个模块组成，包括系统工作模块，指示灯模块，参数修改模块等。具体的功能如下：系统工作画面：系统工作画面主要模拟呈现自动进样器系统的工作状态，实现实时监测。其中又包含“启动”、“停止”按键，当按下“启动”按键时，进样系统启动，进入初始化状态。按下“停止”按键时，进样器停止当前任务。工作指示灯画面：工作指示灯画面主要呈现系统工作时各个运动部件的位置情况。参数设定画面：参数设定画面其功能包括可以设置取样量的多少和洗针的次数。故障报警画面：当系统定位不准确或者取样时吸取的量和设定的值不一致时指示灯会发出报警信号。3.2.2上位机通讯设计上位机与PLC之间的通讯网络可以是总线，CAN总线属于现场总线。它是一种串行通信网络，可以有效地支持分布式控制或实时控制，与许多基于R线的RS-485分布式控制系统相比，基于CAN总线的分布式控制系统具有许多优点，例如，实时通信能力强,网络节点之间的时间间隔短，开发周期短，前景广阔等。上层计算机通过适配卡接口连接到CANBUS以进行信息交换，而PLC通过串行接口芯片连接到CANBUS，PC负责监视和管理整个CANBUS系统。它具有几个功能模块，如设置系统参数，设置监视状态，发送数据，数据请求，本地状态查询，节点状态查询，数据接收中止等，上位机将命令发送到下位节点和PLC识别并执行相应的读操作；PLC还可以根据设置将工作状态发送给上位机，以实现对PLC的监控。3.3电源模块设计本此设计中由于需要用到步进电机驱动器和PLC，它们都需要24V电压来驱动，因此需要选取合适的降压元件，查阅相关资料并进行比对后，选用开关电源LRS-150-24型，其主要参数如表3.2所示。表3.2开关电源参数表输入范围170~264VAC直流电压24V额定电流6.5A额定功率156WLRS-150-24型开关电源实物图如图3.5所示：图3.2电源实物图3.4驱动系统选型3.4.1三轴机械电机选型以下是以X轴为例电机的选型过程。1惯性的计算螺杆的负载惯性JJ式中ρ为丝杠密度，L为丝杠长度，D为螺杆轴颈。工作物与工作台的负载惯性JJ式中P为螺杆导程，m为工件与工作台的总质量。总负载惯性JJ2所需转矩的计算工作物与工作台的轴向负载FF=式中FA为外力，α负载转矩TT式中η为电机效率0.9，μ0为螺杆内部摩擦系数0.3，F0为预负载工作脉冲数AA=式中λ为移动量，θs运动脉冲频率ff=式中t0为定位时间，t加速转矩TT所需转矩TT=3选型电机的判定项目的计算安全率SS=式中Tr为1.317N惯性比ββ加减速常数TT经过计算，选用型号为AZM66AC+AZD-C+CC010VZF的步进电机，安装尺寸60mm,其励磁最大静止转矩为1.2N∙m，转子转动惯量为370×3.4.2样品旋转托盘电机选型本次设计中的旋转码盘电机采用步进电机，其选型计算过程如下所示。假设转盘直径D=310mm，厚度Lt=40mm，材料密度ρ=2×101惯性的计算工作台的负载惯性J工作物的负载惯性J总负载惯性J2所需转矩的计算负载转矩T工作脉冲数AA=运动脉冲频率f加速转矩T所需转矩T=3选型电机的判定项目的计算安全率S=惯性比β加减速常数T综上所述选择的步进电机型号为DGM200R-AZAC+AZD-C+CC010VZF脉冲序列输入性电机,其安装尺寸为200mm,转动惯量9.16×10−2kg∙m3.4.3取样针模块电机选型位移电机的选型过程如下：1惯性的计算带轮的负载惯性JJ式中ρ为带轮密度，ω为带轮宽度，D为带轮直径。工作物与工作台的负载惯性JJ式中m为工件与工作台的总质量。总负载惯性JJ2所需转矩的计算滑动部的摩擦力FF=式中FA为外力，α负载转矩TT式中η为电机效率0.9。工作脉冲数AA=式中λ为移动量，θs运动脉冲频率ff=式中t0为定位时间，t加速转矩TT所需转矩TT=3选型电机的判定项目的计算安全率SS=式中Tr为12N惯性比ββ加减速常数TT经过计算，选用型号为DGM130R-AZAC+AZD-C+CC010VZF的步进电机，安装尺寸130mm,其励磁最大静止转矩为12N∙m，转子转动惯量为147.38×取样电机的选型过程如下：1惯性的计算滑轮的负载惯性JPJ式中ρ为带轮密度，ω为丝杠长度，D为带轮直径。工作物与皮带的负载惯性JJ式中m为工作物与皮带的总质量。总负载惯性JJ2所需转矩的计算滑动部的摩擦力FF=式中FA为外力，α负载转矩TT式中η为电机效率0.9。工作脉冲数AA=式中λ为移动量，θs运动脉冲频率ff=式中t0为定位时间，t加速转矩TT所需转矩TT=3选型电机的判定项目的计算安全率SS=式中Tr为1.317N惯性比ββ加减速常数TT经过计算，选用型号为AZM48AC+AZD-C+CC010VZF的步进电机，安装尺寸42mm,其励磁最大静止转矩为0.77N∙m，转子转动惯量为115×3.5检测模块设计检测模块需要实现的功能是对自动进样器各个模块是否正常工作进行实时监测，运用光电传感器和限位传感器进行信号收集，再经过信号处理电路处理后，向外界展示系统是否正常运行。3.5.1光电传感器选型本次的基于PLC的自动进样控制系统中对于转动光盘是否存在或者是否到达指定转达中的位置进行检测，其传感器的类型为光电传感器，该传感器具有高灵敏度、低功耗，实时检测到关于转动光盘的位置。传感器主要是以光信号与电信号之间的关系，实现对转动光盘位置的检测，起具体的原理主要是以对转动光盘进行照射，而产生反射光，接收端对反射光进行采集，一旦转动光盘进入到该传感器检测的单位之内时，此时传感器内部将会自动调节光进行发射，经过转动光盘的反射接收端将会接受到光，，此时的信号量将会产生较大变化，代表转动光盘到达指定的位置，否则，当入光型反射式传感器没有检测到任何信号时，表示没有货品出现，此时信号输出较小。图3.3光电传感器3.5.2限位传感器选型本次的自动进样系统中对于样品是否存在或者是否到达指定位置进行检测，其传感器的类型为EE-SPY402，该传感器具有高灵敏度、低功耗，实时检测到关于样品的位置。同时该传感器是由当今较为出名的自动化厂家欧姆龙生产与研发。传感器主要是以光信号与电信号之间的关系，实现对样品以及机械臂等位置的检测，起具体的原理主要是以对样品进行照射，而产生反射光，接收端对反射光进行采集，一旦样品以及机械臂进入到该传感器检测的单位之内时，此时传感器内部将会自动调节光进行发射，经过样品以及机械臂的反射接收端将会接受到光，，此时的信号量将会产生较大变化，代表样品以及机械臂到达指定的位置，否则，当入光型反射式传感器没有检测到任何信号时，表示没有样品以及机械臂出现，此时信号输出较小。具体的传感器的构造如下图3.3所示。图3.4限位传感器3.6报警模块设计报警模块是比较重要的模块，当系统运行出现错误时，对应的报警指示灯就会点亮以提醒操作人员及时对机器进行维修。本系统当出现以下信号时进行报警，机械手夹取时定位错误，转盘旋转定位时定位不准确，取样针取样时取样量的错误等。报警电路的使用一方面可以防止危险情况的发生，另一方面也可以给操作人员以提醒，来判断此时的系统工况是否正常。在本次设计中，仅依靠红色报警灯的点亮与否来判断，当指示灯点亮时代表系统出现故障，之后系统内部根据各个传感器发出的信号来判断到底是那部分出现的问题，再将具体的故障码显示在上位机中。3.7电气原理图设计在确认完本系统所需的I\O口之后，那么就需要针对自身系统的特点和该型号CPU架构绘制出本系统的电气原理图。具体的外部接线图如图3.2所示。图3.5CPU226外部接线图3.8本章小结本章主是对主控制器选型进行分析，同时利用本次自动进样的实际运行情况，分析了各传感器具体工作参数，进行选择合理的器件，同时完成了I/O口的分布以及外部接线图的设计。系统软件设计4.1编程软件和梯形图介绍针对本系统所采用的PLC，有固定搭配的编程软件位STEP7，编程方式灵活，界面简洁人性化，方便初学者上手。该软件拥有的函数库，可以很好的将开发者想要的程序编写出来，并且在后期寻找错误时，可以根据软件的备注提醒，方便的查找出来，可以说不管是用户体验，还是软件操作，都比较符合本次的设计要求。现如今的工业公司都在逐步实现自动化，而在实现这一目标的过程中必不可少的都要用到梯形图这一编程语言，在本次系统设计中，同样也采用梯形图进行程序的编写。相较于其他的编程语言，其编程逻辑更加直观简洁，便于刚刚接触这一行业的人员学习。另外，梯形图也受到市面上大多自动化公司的青睐，所以也方便后续的维修与改变。4.2系统工作流程图本次的样品分拣控制系统设计的主要工作流程为：利用系统配备的检测功能，进行功能切换，当系统上电之后，此时所有单元将会进入到初始化中，并进行位置标定；当机械手开始对样品进行抓取动作处理，并将样品进行夹紧操作，同时机械臂开始移动，并将其样品进行实时特定的，夹紧移动到抓盘中，而转盘的检测是由光电传感器进行实时检测，并将其检测的信号传输到PLC中，控制器将会控制机械臂将样品放入到转盘中，随后进行实时处理；此时当样品放入到转盘中，转盘将会实时转动，转到一定次数后，此时样品感应传感器将会进行检测，到感应完毕后，此时将会对样品进行清洗，清洗一定次数后，此时PLC将会根据清洗的结果，对其限定，清洗完毕后，此时机械臂将会在PLC控制下，对其进行取样，将清洗完毕后的样品重新放置到取样台上。为了保证系统整体运行的安全性，系统配备有急停操作，该操作可以将样品运输过程将立即停止，即机械臂、气缸以及传感器将立即关闭。根据系统工作过程的分析得出，示意图4.1所示。图4.1程序流程图4.2.1机械手系统设计在系统启动后，操作人员在PC上输入需要抓取试剂瓶的位置信息，经电脑分析后向PLC发出电信号，PLC在收到信号后控制电机运动，使得机械手能够运动到指定试剂瓶的上方，之后夹具夹紧试剂瓶，PLC再次控制电机使机械手将试剂瓶运送到旋转托盘的指定位置处，然后松开会到初始位置。待进样操作完成后，再将试剂瓶运回初试位置。图4.2机械手系统流程图4.2.2旋转托盘系统设计机械手将试剂放到旋转码盘上后，托盘旋转至取样针下方，此时用试剂洗针，次数与设定值相等，第一次洗针完成后，旋转托盘与取样针配合完成进样与取样操作。之后旋转托盘将清水试剂旋转至取样针下方，用清水洗针，次数与设定值相等。最后再将试剂瓶旋转至初始位置处。图4.3旋转托盘系统流程图4.2.3取样针系统设计取样针在收到PLC的指令后向下移动，其工作方式是取样还是进样取决于它运动的路程大小，小行程是取样，大行程是进样。取样或进样操作完成后按照PLC的指令向上移动，直到上限位停止。图4.4取样针系统流程图4.6本章小结本章完成了系统程序的编译，并绘制出主要的功能流程图。第5章系统模拟测试5.1组态工程的建立本次设计所采用的仿真工程软件是“MCGS6.2”通用组态软件，作为一款致力于制作仿真的工程软件，它面向用户的操作也是非常简单的，首先打开软件点击文件，新建工程就可以生成一个新工程。如下图5.1所示，是该组态软件的初始界面。图5.1初始界面之后我们就要新建一个工程文件，第一步首先点击文件里的新建工程，然后就要设置对应的PLC型号，建立系统的变量库，如图5.2和5.3所示。图5.2PLC选择图5.3数据库5.2组态软件界面设计经过上面的介绍后，我们已经通过软件建立了一个我们自己的工程文件和数据库，接下来我们要做的就是绘制仿真时需要用到的图形等。首先我们需要进入特定的制作界面，之后调出工具箱，在工具箱里选择图形绘制，绘制出自己想要的效果，也可以直接点击想要的图标进行拖曳，再然后就是绘制一些辅助元器件，比如各种指示灯，或者电机等等。图5.4组态仿真界面5.3建立动画连接在所有的组态仿真中，最为重要的步骤当属于将上述定义的各种工作画面与工作变量进行关联，利用变量的变化实现哦工作画面的动作，根据不同的变量指令实现将画面的三维动态变化，具体的就是以时间或者数值为核心进行画面的不断重塑，实现多元化的动态视频。本次的自动进样系统的动画连接就是将不同变量与实时状态指示灯进行连接，同时对模式的切换的功能进行动画连接，具体的动画如下图4.4所示。图5.5元件绘制与属性设置5.4组态仿真在上述所有流程以及系统设计完毕之后，此时需要对系统的本身进行验证，除了对梯形图语法检测意外，就是需要利用组态软件对设计的样品分拣系统进行全面检测，确保系统从理论上不存在任何偏差，具体的组态示意图如下：图5.6初始界面图机械臂开始对样品进行进样处理，同时PLC开始控制机械臂进行处理，处理后的样品将会在机械臂的抓手的作用将其放置到转盘中，转盘经过旋转将试剂瓶运送到指定地方，等待取样台的伸缩，进行后续的取样处理。图5.7机械手运行画面当系统中的样品到达指定位置时，此时取样台伸缩并开始对其进行取样，取样的多少与设定值相等，如下图为取样操作的组态示意图：图5.8取样操作取样容量达10ml以后，此时取样结束，根据设定取样的设定，对其进行样品瓶清洗，不仅保证清洗后的样品瓶的干净，也保证取样针的干净，以防下次工作室对实验结果造成影响，具体的组态示意图如下：图5.9清洗操作5.5仿真中存在的问题在本次自动进样系统的调试过程中遇到了一些问题，主要分为三个部分，分别是程序控制方面、信号输入输出问题以及组态仿真上的问题。1、程序控制方面程序控制之前关联就是控制器，在使用控制器对程序进行逻辑控制的时候，存在延迟时间设置不合理，设置的监测判定逻辑存在不合理，为了便于验证延迟设置的是否合理，使用组态以及上下梯形图进行校验，同时为了满足对于信