基于三菱PLC的BOD5稀释仪的设计说明书及程序
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基于三菱PLC的BOD5稀释仪的设计 摘 要近年来，环境保护在各个层面已成为热点话题，总的来说，在工业自动化控制方面最为突出的是生活废水和工业废水处理问题,因此水质测量尤为关键，而BOD5的提出起了关键性作用【1】。本设计中采用三菱PLC和显控触摸屏作为控制器，将从河流、湖泊、海洋中采集的含有微生物的污水进行稀释处理。因为PLC的稳定性可以胜任多通道稀释，因此它大大的节省了研究人员进行污水处理的工作时间，提高了采样的均匀性。 本设计中PLC上位机选择了GX WORK2编程软件，编程语言为梯形图和SFC编程，显控触摸屏选择SKworkshop 编程软件，通信方式为RS422串口通讯。在以PLC控制为核心，触摸屏为显示方式的自动控制中,PLC将所有的运行动作、报警信号、和完成指示传递给触摸屏以作显示。在触摸屏中可以进行不同工作模式的选择，人性化的设计，极大的满足了工业需求。关键词：三菱PLC BOD5 显控触摸屏 多通道 Mitsubishi PLC dilution of BOD5 Instrument BasedABSTRACTIn recent years, environmental protection has become a hot topic in many aspects.In general,industrial automation and control are the most prominent problem in the treatment of the domestic waste water and industrial waste water. Thus,Water quality measurements are particularly critical ,and the proposal of BOD5 has played an important role. In this design, we use the Mitsubishi PLC and touch-screen controller to collect dirty water containing micro-organisms from rivers and lakes, and the sea,and later go on the dilution treatment. Due to the stability of the PLC ，it can be competent for the multichannel dilution。Thus,much time has been saved for the researcherswork on sewage treatment, which improve the uniformity of the sample.In this design, the PLC PC GX WORK2 programming software is selected and ladder diagram and the programming language are the SFC programming, and we use the SKworkshop touch screen programming softwareas for the Samkoon.The communication way is the RS422 serial communications. In the In automatic control ,PLC control serve as the core, touch screen control are used to display. PLC will run all the movements, alarm signals, and complete instructions to touch screen for displays. In the choice of operating modes of the touch screen, we can select different operating modes .This user-friendly design is great to meet industrial needs.Keywords：BOD5 PLC touch-screen multichannel Samkoon目录1绪论11.1选题的依据及意义11.2国内外研究现状12 PLC简介与控制原理32.1 PLC发展历程32.2 PLC的功能32.3 PLC控制原理42.3.1 PLC的硬件结构42.3.2中央控制处理单元的种类(CPU)42.3.3 输入电路52.3.4输出电路52.3.5工作原理53、稀释仪硬件设计73.1器件选型73.1.1 FX3U PLC简介73.1.2 规格型号83.1.3 外形尺寸83.1.4 PLC端子排列93.1.5 I/O输入输出配置表93.2 BOD5稀释仪控制简图103.2、控制功能说明113.2.1稀释仪所需控制器件和传感器113.2.2稀释仪功能需求123.3 传感器和其他材料工作原理123.3.1 霍尔接近开关123.3.2交流电机143.3.3 水泵153.3.4 夹管阀163.4稀释仪功能说明183.4.1 手动功能183.4.2自动功能184稀释仪触摸屏软件设计264.1设备驱动264.1.1 硬件连接264.1.2 SK系列触摸屏默认连接参数如表4-2所示274.2自动模式界面设计284.3参数设定界面设计294.4 喷头移动距离设定334.5稀释 槽液量设定334.6 手动操作364.7 仪器异常375技术指标验证395.1控制精度验证395.1.1 200ml测量395.1.2 170ml、110、85ml、55ml测量405.2运行速度验证426总结与致谢44参考文献46附录47461绪论1.1选题的依据及意义近年来，我国各类污染事故层出不穷，其中主要包含生活废水和工业废水。由于废水中包含大量各类有机物，当污染水域之后，这些有机物在水中被分解时消耗大量溶解氧，导致水中氧气缺乏，使水质恶化，因水质恶化造成鱼类或其他水生生物死亡【2】。污水中各种有机物得到完会氧化分解的时间，总共约需一百天，为了缩短检测时间，一般生化需氧量以被检验的水样在20下，五天内的耗氧量为代表，称其为五日生化需氧量，简称BOD5，对生活污水来说，它约等于完全氧化分解耗氧量的70%【3】。英国皇家污水处理委员会确定：在BOD的测量中，通常规定使用20、5天的测试条件，并将结果以氧的mg/L表示，记为五日生化需氧（即BOD5)【4】。BOD5稀释的提出为我们解决污水问题做出了巨大贡献，加速了水质处理的速度，通过对水质的测定，我们可以针对不同水域因地制宜，合理的解决污水问题。对于有毒的工业废水常采用专门的设备处理，减少盲目性。1.2国内外研究现状BOD5生化需氧量的经典测量方法是稀释测定法，1936年美国公共卫生协会将20五日生化需氧量稀释法作为标准方法沿用至今.它是间接表示有机物污染程度及衡量生化处理过程中净化效率的综合指标，并对废水处理构筑物设计提供科学依据，对水体的环境保护具有重要意义【5】。日本1990年颁布了微生物电极法（JIS K3602-1990),其中使用了微生物膜传感器，测定时间在20min左右。我国也研制出以微生物电极为核心的相关快速BOD测试仪【5】。经过多家实验室验证，实际稀释法测定与标准稀释法对照，效果良好。1.3方案综述本设计以上海某公司科研项目为背景，选用三菱FX3U PLC作为控制器，以及用显控触摸屏作为HMI配合其他器件组成控制系统。根据国家稀释比例的精度需求，选择了每次稀释控制精度小于2%。稀释方式分为三段稀释和两段稀释，每次稀释溶液后为100ML。三段稀释运行一次稀释12个培养瓶，运行时间小于3分钟；三段稀释运行一次稀释12个培养瓶，运行时间小于2分钟40秒。本设计按照以下几章进行研究设计。第2章 ：介绍PLC的发展历程以及控制原理第3章 ：介绍BOD5稀释仪的硬件选型及工作流程设计第4章 ：触摸屏软件设计第5章 ：技术指标验证。第6章 : 总结与致谢。2 PLC简介与控制原理2.1 PLC发展历程PLC发展40年来，在1970年至今，已经广泛的应用在机械、冶金、化工、轻工、纺织等行业。随着微电子和互联网的发展，PLC的作用也变得尤为突出【6】。现在的PLC无论在可靠性、复杂性和功能的完善性都变得越来越强。在需求的不断提高，PLC的实时性和开放性已成为高端的代名词。2.2 PLC的功能PLC是一种根据顺序控制要求，为了取代传统的继电器/接触器而发展而来的工业控制设备。起初它具有顺序控制和基本逻辑运算能力，随着PLC的完善，网络通信、实时在线监视功能已成为PLC的重要指标之一。基本功能如图2-1所示：图2-1 PLC的功能2.3 PLC控制原理从工作形式来说，PLC也是一种工业计算机，其工作原理是建立在计算机的运行基础之上的。为保证PLC在恶略的工业作业环境可靠运行，同时考虑到面向的控制对象与应用维修方面的需求，PLC基友较多的接口器件和特定的程序运行方式【8】。因此，普通计算机和PLC有着较大的区别，包括在控制方式、使用方法、编程语言等。2.3.1 PLC的硬件结构可编程控制器主要组成部分为：中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等。PLC的硬件结构如图2-2所示：图2-2 PLC的硬件结构2.3.2中央控制处理单元的种类(CPU)可编程控制器中通常采用的CPU有：通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。通用的微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机型号有8031、8096等；位片式微处理器有AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机1。2.3.3 输入电路PLC的输入电路由;外部输入、PLC输入接线端、等效输入继电器组成。PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。当输入器件与PLC连接成功时，每个继电器与输入信号相对应，外部信号输入信号变为“1”时，输入继电器线圈的电，内部输入触点吸合。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(1224)V输入、交流(100120)V输入与交流(200240)V输入和交直流(1224)V输入。2.3.4输出电路 PLC的输出形式有：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。输入电路组成方式有;输出触电、PLC输出接线端、执行元件。输出触点经PLC的输出接线端与执行元件连接，每个输出触点与内部控制电路中的输出线圈相对应。当输出线圈为“1”时，输出触点接通，且每一输出线圈只能有一个用于驱动外部执行元件的触点。2.3.5工作原理PLC的工作方式：采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。等效工作电路分为输入电路、内部控制和输出电路3部分。输入电路又分为接口电路、输入采样、输入缓冲部分，内部控制电路代表着PLC的程序执行过程，输出电路分为输出接口电路、输出刷新、输出缓冲部分。工作原理图如图2-3所示:图2-3 PLC工作原理图3、稀释仪硬件设计3.1器件选型BOD5稀释仪的三菱PLC台湾产的三菱PLC（FX3u-64MT/ES-A）。触摸屏为国产显控（SK-050AE)触摸屏。PLC通过422串口线与触摸屏进行通信控制。3.1.1 FX3U PLC简介三菱FX3U-64MT/ES-A型PLC是三菱第三代小型可编程控制器。具有速度、容量、性能、功能的新型、高性能机器3。业内最高水平的高速处理，内置定位功能得到大幅提升。1、FX3U-64MR/ES-A的运算速度FX3U-64MT/ES-A系列三菱PLC继承了FX2N的强大功能外，进一步在运算处理速度，程序容量方面，指令数量都得到了明显的提升，基本指令0.065s，是FX2N的3倍2、FX3U-64MR/ES-A的程序指令程序容量64K步，是FX2N的8倍之多，新增变频器通信指令.浮点运算指令以及其他应用指令，同时强化了通信功能和模拟量扩展性，3、FX3U-64MR/ES-A的通信接口自带两路高速通讯接口（RS-422和Mini-USB）。通过CC-link网络的扩展可以实现最多达384点的控制，运算速度大幅提升。4、FX3U-64MR/ES-A的指令增加指令数量增加，比如支持浮点数运算如DEDIV，增加三菱变频通讯指令，如IVCK，IVDR等。5、FX3U-64MR/ES-A的高速计数内置高速计数器2路60KHZ和4路10KHZ。晶体管机型可支持2轴定位，100KHZ脉冲输出。6、FX3U-64MT/ES-A的特殊扩展模块可连接FX3U-4AD-ADP或FX3U-ENET-ADP等适配器。实现模拟量、以太网、MODBUS等功能。输入输出的扩展设备可以连接FX2N系列的输入输出扩展单元/模块。此外，FX3U系列最多可以连接8台。3.1.2 规格型号规格型号如表3-1所示:表3-1 规格型号型号FX3U-64MR/ES-A品牌三菱输入32点输出32点外形尺寸(mm)宽*高*深220*90*86电源规格AC100V-240V输入规格DC24V输入输出规格继电器输出3.1.3 外形尺寸三菱FX3U-64MR/ES-A安装尺寸如图4所示:图3-1 外形尺寸3.1.4 PLC端子排列PLC端子排如图3-2所示：图3-2 PLC端子排列3.1.5 I/O输入输出配置表稀释仪PLC输入输出配置表如表3-2所示表3-2 稀释仪PLC输入输出配置表稀释仪输入输出表序号输入接口名称输出接口名称1X005搅拌异常传感器Y000CH1稀释阀2X006前端到位Y001CH2稀释阀3X010移动最末端Y002CH3稀释阀4X011CH1定容Y003CH4稀释阀5X012CH2定容Y004喷头前移6X013CH3定容Y005喷头后移7X014CH4定容Y006喷头前移8Y007喷头后移9Y010水泵打开10Y013气泵11Y014170ml定容12Y015110ml定容13Y01685ML继电器14Y01755ml继电器15Y020蜂鸣器报警16Y021搅拌子搅拌17Y030CH1注入18Y031CH2注入19Y032CH3注入20Y033CH4注入21Y034排水22Y035气泵3.2 BOD5稀释仪控制简图BOD5稀释仪的工作目的是将采集来的污水进行三段或两端稀释，有4路稀释通道，分别有55ML、85ML、110ML、170ML和一个公共端5个定容针可以根据需求进行设置，本产品每次注入为105ml（5ml）。稀释可根据需求选择3段或2段稀释。本设计通过三菱PLC作为控制器，显控触摸屏作为上位机，通过定容探针传感器，电机移动霍尔接近开关、转子旋转霍尔传感器作为输入端。电机、继电器、电磁阀、水泵、气泵作为输出端。控制简易图如图3-3所示：图3-3 BOD5稀释仪控制简图3.2、控制功能说明3.2.1稀释仪所需控制器件和传感器（1）控制16个夹管阀，控制不同流程溶液流通和关闭。（排气4个、稀释4个、排水4个、注入4个）（2）1个蜂鸣器，报警和稀释完成时的声音提示。（3）测量4个通道定容传感器。液位共计4通道，每通道5个定容液位高度，分别为200ml、170ml、110ml、85ml、55ml。（4）气泵1个，注入完成时打开气泵将管道中的溶液排入到培养瓶中。（5）24V继电器4个，每个继电器针对定容液位，通过选择控制继电器控制液位。（6）24v直流电机1个。直流电机用于搅拌，在搅拌末端需要添加旋转检测（其中的1个限位接口）。24v交流电机1个，交流电机B用于控制喷头的移动距离。3.2.2稀释仪功能需求BOD5稀释仪具有一下功能：1、可通过触摸屏进行手动操作 比如注入、稀释、排水、定容等。2、稀释仪可进行三段或两段两种模式可供选择。3、稀释仪具有搅拌功能在定容之后进行搅拌，使废水与稀释水稀释充分。4、自动运行进行稀释时可随时停止，停止关闭时可继续运行。5、在稀释过程中注入、稀释、搅拌、定容每步都有异常报警功能。6、稀释一共有4路通道可随意选则定容或稀释。7、稀释仪具有复位功能，当有报警产生时，按下复位按钮，清除报警电机回到初始位置，排水阀排水。3.3 传感器和其他材料工作原理3.3.1 霍尔接近开关霍尔式接近开关的产生极大的推进了工业自动化和机电一体化进程，当磁铁接近单极性霍尔器件时，霍尔器件A1104L和利用放大电路以及滤波稳压电路，将磁铁的磁信号转变为电信号，产生霍尔电动势，霍尔电动势经过单极性霍尔器件A1104L的输出，通过晶体管的放大，最后输出开关量电信号，控制开关提供数字信号。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。 如图3-4所示：图3-4 霍尔开关1、霍尔开关参数类型：NPN供电电压（Vs）5-30 VCD V； 工作电流：200mA； 工作温度范围（Working Temp)-4085；探测距离：10 mm2、 工作和接线原理从内部原理图中可以分析出：当给予A1104L的输入端即VCC端口24V的工作电压时，单极性霍尔器件即可开始工作，通过稳压部分和放大器部分，当磁信号B逐渐增大时，通有电流的金属导体薄片两端的霍尔电位差也组建增加，增加到一定值B1时，达到施密特触发器临界出发点，输出电平随即发生翻转，从Vout端口输出，从实物霍尔器件A1104L也可以看到器件的三个引脚，输出电信号经过晶体管放大电路部分，变为能点亮LED灯的开关。原理图如图3-5所示，输入输出特性如图3-6所示：图3-5 内部原理图 图3-6 输入/输出特性接线原理如图3-7所示：图3-7 接线原理棕色为电源正极，蓝色为电源负极，黑色为电源信号端。当磁铁到达传感器有效控制范围之内时，传感器触发动作，黑色信号端电平拉低，信号指示灯亮。霍尔接近开关，在本设计中有：1） 对电机喷头前后移动限位，防止电机移动超限导致电机堵转，烧坏电机。2） 转子搅拌信号采集，防止皮带脱落，搅拌子不搅拌，检测搅拌子搅拌信号。3.3.2交流电机由永磁同步电动机和减速机构合成一体的可控制正反的同步电动机。具有功耗小、力矩大、噪音低、体积小、重量轻、使用方便的特点。在额定频率下电机转速不受电压影响，保持稳定不变。电机在负载时如果过载或堵转，电机线圈不会烧毁！如图3-8所示：图3-8 交流永磁同步电动机1、交流永磁同步电动机的特点：1）、效率高、更加省电：2）、功率因数高：3）、电机结构简单灵活4）、可靠性高。5）、体积小，功率密度大。6）、起动力矩大、噪音小、温升低 。2、接线方式：白线和黑线接AC24V时电机正转，白线和红线接AC24V时电机反转。3、永磁同步电机的发展趋势：永磁同步电机是众多高新技术和高新技术产业的基础，它与电力电子技术和微电子控制技术相结合，可以制造出许多新型的、性能优异的机电一体化产品和装备，代表了21世纪电机发展的方向。3.3.3 水泵水泵工作的目的就是把水从一个地方输送到另一个地方，或者是增加压力把原动的机械能转换成液体能量。水泵如图3-9所示：图3-9水泵A、水泵工作原理水泵工作原理：在打开水泵后，叶轮在泵体内做高速旋转运动（打开水泵前要使泵体内充满液体），泵体内的液体随着叶轮一块转动，在离心力的作用下液体在出品处被叶轮甩出，甩出的液体在泵体扩散室内速度逐渐变慢，液体被甩出后，叶轮中心处形成真空低压区，液池中的液体在外界大气压的作用下，经吸入管流入水泵内。泵体扩散室的容积是一定的，随着被甩出液体的增加，压力也逐渐增加，最后从水泵的出口被排出。液体就这样连续不断地从液池中被吸上来然后又连续不断地从水泵出口被排出去.B、使用范围：广泛应用于通用工业设备、医药设备、农业（草坪及花园）、旅游车辆、专用车辆、船舶、饮料、车辆清洗、地毯清洗、地面清洗、水净化及水处理设备。a.生产农业使用的电动喷雾器，也可以手压喷雾器改装电动喷雾(在手压喷雾器上直接安装微型水泵，再配一块电瓶或手提灯即可)。b.解决车辆、船舶、游艇、船艇等在使用中的饮食、洗簌、沐浴、厕所、冲洗的用水。c.食品、饮料加工及处理等设备，实现流体食品的转移、分配、灌装等。d.家庭供水。例如，节水卫生间、节水座便器、电动座便器、水管增压系统等。e.太阳能工业，给太阳能热水器供水。f.水净化业。例如，净化设备、水处理设备、饮水机、纯水机等。 可为柔巾机、饮水机、可乐机、果汁机、洗碗机、消毒机、太阳能盆景、汽车玻璃冲洗等生产企业配套。g.其它需液体转移、喷射乃至计量的设备和系统。例如，垃圾车、洒水车、地毯清洁设备、地面清洗设备、车辆清洗设备、道路施工设备、洗碗机、医药设备、消毒设备、冷却系统、增压系统等。3.3.4 夹管阀胶管阀(亦称管夹阀)是一种具有独特结构形式的新型阀门,因其卓越的耐磨防腐性能而倍受青睐,适应于低压管道的颗粒浆体或化学介质的输送控制系统。胶管阀开启方便灵活,密封性能好,杜绝了跑冒滴漏等现象的发生,胶管可定期更换,而阀体能长期使用,节省费用。胶管阀可以替代闸阀、截止阀和调节阀，提高使用寿命5-10倍。如图12所示图3-10 夹管阀A、使用寿命及结构夹管阀最高寿命为1000万次。硅胶管使用时有限位装置，限位装置防止管子夹断或黏住。夹管阀能在长时间内满负荷连续工作，且不会受到任何损伤。在设计中设定了精密冲程与有效的关紧力保护了软管，并大大延长了夹管阀的寿命。阀体有PBT/PC合金及阀杆有不锈钢材料组成，具有良好的耐温度、耐化学腐蚀性。连接导线表面镀层为TefLon材料，长度为（100mm），另外，夹管阀机构进行优化设计，工作效率更高效，可以与其它设备可直接连接，不需要其它电子设备驱动。B、主要特点a.采用独特的橡胶配方,耐磨损,抗腐蚀。2.阀门全断面设计,几乎没有流动阻力。b.阀门可更换配件橡胶管。只需简单地更换胶管，阀门即完好如新。c.绝对密封。阀门的机械部分受到保护，仅有橡胶管接触到处理介质，整体法兰，不需要密封垫，无密封装置，绝对没有问题。5.调节、截止双种作用。可作截止阀也可作调节阀。d.耐寒性能好。由于流体介质在富有弹性的橡胶管中流动,从而排除了流体晶化所造成的壳体冻裂等恶果。e.根据不同的流体介质选用不同配方工艺制造的胶管,适用范围广。3.4稀释仪功能说明3.4.1 手动功能打开稀释仪时，可以手动进行所有操作，当稀释仪出现问题时，也可以通过点手动按钮来判断哪一个环节出了问题。手动功能包括水泵、继电器、气泵、蜂鸣器、排水阀、注入阀、稀释阀、电机推进和拉出。如表3-3所示:表3-3稀释阀14注入阀14排水阀14注气阀14空气泵稀释泵蜂鸣器搅拌器推进推出170ml继电器110ml继电器85ml继电器55ml继电器3.4.2自动功能在自动模式选择之后可以选择两种稀释方法：（1）2段稀释法 （2）3段稀释法。1、 稀释概要本产品仪器为间接稀释法，稀释时可采用2段和3段进行稀释。初段的稀释倍率可任意设置，2段*3段是前段的两倍。（稀释为浓度的倍率非液体体积的倍率。）稀释说明图如图3-11所示：图3-11 稀释概要2、稀释总流程点击自动运行进入自动运行模式，有从那一排稀释的稀释排数开始进行选择，选择之后会显示二段运行和三段运行进行选择，选择之后点击OK，进入稀释界面开始进行模式运行工作直到工作结束。流程图如图3-12所示：图3-12 稀释总流程1）二段稀释选择则两段稀释之后，喷头从任意位置回到选择稀释排（默认第一排），水泵和稀释阀打开开始稀释液位到达200ml时停止稀释，等待500ms开始搅拌，搅拌时间在参数设置里设置，搅拌完成之后，注入阀打开开始注入当液位到达85ml时停止注入，气泵打开将管道中的液体排入到培养瓶中。排气完成之后，移动喷头到第二排，重新开始稀释，第二排液位定容到170ml，搅拌过后注入到55ml，注入完成之后排气，再将剩余的溶液通过排水阀排出。排出完成进行清洗搅拌排水，排水完成之后，蜂鸣器鸣叫3s表示稀释完成。停止按钮自动按下，等待下一次开始，直到移动到最后一排，当移动到最后一排结束，下一次移动到第一排开始。 说明：1、每排的定容液位不同执行功能也不同。2、在喷头移动、稀释、注入、搅拌、排水都有报警功能，当动作时间大于响应时间时，蜂鸣器报警，停止运行。（1）2段稀释第一段如图图3-13所示：图3-13 2段稀释第一段（2）2段稀释第二段2段稀释第二段如图图3-14所示： 图 3-14 2段稀释第二段 （2）稀释完清洗如图图3-15所示： 图3-15 稀释完清洗流程图2）三段稀释选择三段稀释之后，喷头从任意位置回到选择稀释排（默认第一排），前两排过程和二段稀释一样，在注入到55ml之后，重新打开水泵和稀释阀，液位定容到110ML，定容之后进行搅拌、全部注入、排气过程。排气完成后进行清洗搅拌排水，排水完成之后，蜂鸣器鸣叫3s表示稀释完成。停止按钮自动按下，等待下一次开始，直到移动到最后一排，当移动到最后一排结束，下一次移动到第一排开始。3段稀释和2段稀释前两段以及稀释完成相同，因此三段稀释第三段运行流程图如图所示说明：1、每排的定容液位不同执行功能也不同。2、在喷头移动、稀释、注入、搅拌、排水都有报警功能，当动作时间大于响应时间时，蜂鸣器报警，停止运行。（1）3段稀释第三段，前两段和稀释完成同二段稀释，如图图3-16所示： 图3-16 段稀释第三段流程图（3）计量计量是在手动状态下，进入计量模式。通过选择CH1CH4通道，表示对当前稀释桶进行定容。选择200ml、170ml、110ml、85ml、55ml继电器，表示对某一高度进行定容。定容时定容的液位只能选一个，否则继电器会乱跳液位偏差失效，液体会冲出稀释管。选好定容液位时，点击定容，该量筒到达该位置后，自动关闭稀释泵及稀释阀。然后用户通过点击排水，将水排入量筒中。用户通过调整探针的高度，进行容量调整。4稀释仪触摸屏软件设计SKWorkshop通用版工业自动化组态画面编辑软件是一种用于快速构造和生产嵌入式计算机监控系统的组态软件。在汇集了多年组态软件开发与应用经验的基础上，采用目前先进的计算机软件技术，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。4.1设备驱动本设备驱动用于SKWorkshop系列触摸屏读写Melsec FXxn/Q00J/C24N系列PLC寄存器的数据或状态。通过触摸屏中的串行口与Melsec FXxn/Q00J/C24N系列PLC的串行口建立起串行通讯连接，从而达到操作Melsec FXxn/Q00J/C24N系列PLC的目的。4.1.1 硬件连接连接电缆：RS422- Melsec-FXxn/FX3U/3G，接线方式如表4-1所示：表4-1 接线方式SK系列触摸屏COM1/COM2Melsec-FXxn6RX-4TX-7RX+7TX+8TX-1RX-9TX+2RX+ SK系列触摸屏端为DB9F，Melsec FXxn系列PLC端为MD8M。如图4-1所示：图4-1 DB9F接线方式4.1.2 SK系列触摸屏默认连接参数如表4-2所示设置项默认参数值设定范围PLC类型Melsec-FX2NMelsec-FX/ FX2N/ FX3U/3G /Q_C24N Q00J通讯口类型RS422RS232/RS422/RS485波特率96001200/2400/4800/9600/19200/38400/57600/115200数据位长度77/8奇偶校验位EVENEVEN/ODD/NONE停止位长度11/2PLC站号00255HMI站号00255表4-2 SK系列触摸屏默认连接参数4.2自动模式界面设计点击触摸屏中自动模式按钮进入自动模式，如图4-2所示：按下自动模式按钮，进入自动模式图4-2 开始界面点击自动模式之后，进入稀释排数和稀释段数选择（默认为第一排三段稀释）。如图4-3所示：选择稀释段数按下OK按钮选择稀释排数图4-3 稀释选择选好之后点击OK按钮，进入稀释界面，按开始键，稀释开始。如图4-4所示：按开始键，稀释开始图4-4 稀释界面（开始）仪器停止时（ 停止键亮灯时） ，按复位键，排放稀释槽内的稀释液，喷头自动移动推进。如图4-5所示：按复位键，排放稀释槽内的稀释液，喷头自动移动推进。图4-5稀释界面(复位）4.3参数设定界面设计从菜单键面，移行到副菜单 ，进入设置键面。如图4-6所示：选择设置键 图4-6 图4-6参数设定界面设计 第1页第一页界面如图4-7所示：图4-7 第一页界面参数设置说明如表4-3所示：表4-3 参数设置说明名称内容搅拌时间在样品中注入稀释液后，需要进行稀释搅拌。排空气时间 被稀释后的样品注入培养瓶后， 加入空气清空残留样品。全注入时间被稀释后的样品注入培养瓶时及排液时， 液面低于55毫升液面检测棒，通过时间设定来控制注入时间。 第2页第二页界面如图4-7所示：图4-7 第二页界面参数设置说明如表4-4所示：表4-4 参数设置说明名称内容定容最大容量异常测出最大容量定容（1 段稀释）时，超过设定时间后，液面检测棒无应答时，定容为异常。定容异常测出最大容量定容以外（23段稀释）时，超过设定时间后，液面检测棒无应答时，定容为异常。注入异常测出被稀释后的样品注入培养瓶时，超过设定时间后，液面检测棒一直在应答时，为注入异常。 第3页第三页界面如图4-8所示：图4-8 第三页界面参数设置说明如表4-5所示：表4-5 参数设置说明名称内容喷头移动异常测出注液喷头复归原位时，超过设定时间后，喷头传感器无应答时，喷头移动为异常。 第4页在时间设定栏进行更改时间，按时间更新键确认，程控内部时间更改完成。如图4-9所示：图4-9时间更新4.4 喷头移动距离设定培养瓶第1排和第2排之间的距离， 为实际的推进移动。从菜单键面，移行到副菜单 ，进入喷头移动设定键面。选择移动喷头键，进入到移动参数设置界面。如图4-10所示：喷头移动喷头复归原位图4-10 参数设置界面4.5稀释 槽液量设定从菜单键面，移行到副菜单 ，进入计量键面。选择计量键，进入稀释槽液面设定键面。 选择稀释槽数（1CH2CH3CH4CH）如图4-11所示：选择计量槽数（1CH2CH3CH4CH） 图4-11选择稀释槽数 选择稀释计量容量选择稀释计量容量界面如图4-12所示：选择稀释计量容量图4-12 稀释计量容量界面 按定容键，定容稀释开始如图4-13所示：选择定容键，进行定容稀释 图4-13 定容稀释开始 在仪器内侧部有锁定排液软管紧固件，从紧固件取出排液软管，并参照下图准备好量筒。如图4-14所示：图4-14 量筒 按排水键，排空稀释槽内的液体。并参照上记再次准备好量筒如图4-15所示：排空稀释槽内的液体 图4-15排空稀释槽内的液体 通过上记步骤，测量量筒里的液体，调整传感器的位置， 重复的步骤， 直到液体体积达到稀释计量容量。如图4-16所示： 图4-16调整传感器的位置4.6 手动操作从菜单键面，移行到副菜单 ，进入手动键面。在手动键面，程序可个别进行操作。如图4-17所示： 图4-17手动操作4.7 仪器异常仪器发生异常时，键面会出现警报。发生警报时，自动进入上面键面根据提示，可以解除异常。如图4-18所示：复位按钮报警内容图4-18 解除异常【警报项目】报警分为以下种类，当报警发生时执行以下动作，如表4-6所示：表4-6警报项目名称内容动 作定容异常在定容工程时，超过设定时间，液面传感器没有检出稀释样品时发生。马上停止注入异常在注入工程时，超过设定时间，液面传感器还在反映时发生。马上停止喷头推进异常在喷头原点复归工程时，超过设定时间，感应器没有反应时发生。马上停止搅拌回转异常搅拌探头回转时，感应器无反应时发生。马上停止电池电压低下仪器开机5秒后， 程序发生器如检查到电池电压低下时发生。-5技术指标验证根据需求针对稀释溶液定容的液位精度进行控制精度要求小于2%。快速性要求3段稀释运行一次完成12个瓶子稀释运行时间小于4分钟，2段稀释运行一次完成8个瓶子稀释，运行时间小于3分钟。5.1控制精度验证通过公司严格验证，在公司姚红利（质检测试人员）的协助下，我们进行CH1通道稀释样品采集。使用量筒分别采集了200ML定容、170ML定容、85ML定容和55ML定容液位测量。具体如下所示5.1.1 200ml测量进入副菜单选择计量界面，然后点击稀释通道和200ml定容如图5-1所示，定容结束后将量筒放于排水管道下，电点击排水按钮后将定容的样品排入到量筒中。量筒中的液位如图5-2所示。图5-1:200ml定容图5-2:200ml测量值5.1.2 170ml、110、85ml、55ml测量进入副菜单选择计量界面，然后点击稀释通道和170ml定容同上所示，定容结束后将量筒放于排水管道下，电点击排水按钮后将定容的样品排入到量筒中。170ml量筒中的液位如图5-3所示。110ml量筒中的液位如图5-4所示。85ml量筒中的液位如图5-5所示。55ml量筒中的液位如图56所示。图5-3:170ml测量值图5-4:110ml测量值图5-5:85ml测量值图5-6:55ml测量值5.2运行速度验证 通过公司严格验证，在公司姚红利（质检测试人员）的协助下，进行视频拍摄，选择3段稀释点击开始运行当运行结束蜂鸣器鸣叫后停止拍摄记录拍摄时间，2段稀释同3段稀释。3段稀释如图5-7所示，2段稀释如图5-8所示。图5-7：3段稀释图5-8：2段稀释6总结与致谢通过本设计在XX老师以及公司XX老师精细的讲解使我了解到：可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）【11】。简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。PLC从1969年由美国数字设备公司（DEC）率先研制成
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