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基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统及其控制方法

阅读:503发布:2020-05-11

专利汇可以提供基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统及其控制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及基于可编程 控制器 的干细胞入料仓控制系统及其控制方法,该系统包括工业计算机、仓体控制器、执行装置以及 传感器 组件,执行装置包括送料模组以及机械手臂,工业计算机、执行装置以及传感器组件分别与仓体控制器连接;工业计算机,用于输出作业指令;传感器组件,用于检测入料仓内的环境参数以及执行装置的 位置 参数;仓体控制器,用于根据作业指令、环境参数以及位置参数输出 信号 ;执行装置,用于根据信号进行对应的移动。本发明实现自动控制装置,以自动完成入料仓内物体的移动,降低操作人员的劳动强度。,下面是基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统及其控制方法专利的具体信息内容。

1.基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,包括工业计算机、仓体控制器、执行装置以及传感器组件,所述执行装置包括送料模组以及机械手臂,所述工业计算机、所述执行装置以及所述传感器组件分别与所述仓体控制器连接;所述工业计算机,用于输出作业指令;所述传感器组件,用于检测入料仓内的环境参数以及执行装置的位置参数;
所述仓体控制器,用于根据作业指令、环境参数以及位置参数输出信号;所述执行装置,用于根据信号进行对应的移动。
2.根据权利要求1所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,所述送料模组包括送料模组伺服驱动器以及送料动源,所述送料模组伺服驱动器通过伺服放大器与所述仓体控制器连接,所述送料模组伺服驱动器与所述送料动力源连接。
3.根据权利要求2所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,所述机械手臂包括手臂驱动器、Y轴取料动力源以及Z轴取料动力源,所述Y轴取料动力源以及Z轴取料动力源分别与所述手臂驱动器连接,所述手臂驱动器通过伺服放大器与所述仓体控制器连接。
4.根据权利要求3所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,所述仓体控制器包括可编程控制器、输入模、输出模块以及运动控制模块,所述输入模块、输出模块以及运动控制模块分别与所述可编程控制器连接,所述运动控制模块与所述伺服放大器连接,所述工业计算机与所述可编程控制器连接,所述输入模块与所述传感器组件连接,所述输出模块还分别连接有电磁刹车装置以及温控装置。
5.根据权利要求4所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,所述传感器组件包括用于感应物体的光电传感器气缸行程位置传感器、夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流速、仓内外压差以及仓内温湿度的第一传感器。
6.根据权利要求5所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,所述输入模块包括数字量输入子模块以及电流型模拟量输入子模块,所述数字量输入子模块分别与所述光电传感器、气缸行程位置传感器以及夹爪位置传感器连接,所述电流型模拟量输入子模块与所述第一传感器连接。
7.根据权利要求6所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,所述输出模块包括数字量输出子模块以及电流型模拟量输出子模块,所述数字量输出子模块分别与所述电磁阀以及刹车装置连接,所述电流型模拟量输出子模块与所述温控装置连接。
8.根据权利要求4至7任一项所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,还包括触控屏,所述触控屏与所述可编程控制器连接。
9.根据权利要求8所述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,其特征在于,所述工业计算机通过以太网交换机与所述可编程控制器连接。
10.基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统的控制方法,其特征在于,包括:
工业计算机输出作业指令;传感器组件检测入料仓内的环境参数以及执行装置的位置参数;仓体控制器根据作业指令、环境参数以及位置参数输出信号;执行装置根据信号进行对应的移动。

说明书全文

基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及入料仓控制系统,更具体地说是指基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统及其控制方法。

背景技术

[0002] 干细胞培养主要在二培养箱内完成,种子细胞种入培养皿,然后加入培养基,充分混匀平铺到培养皿的内侧表面,然后把培养皿放入培养箱。一代细胞培养周期大概
为三天,中途每隔4小时要取出来,放在显微镜下观察细胞的生长状态;待新一代细胞培养
完成后,需要从培养箱中把培养皿取出,进行后续的细胞剥离收集等工序。目前细胞的培养
主要靠人手工操作完成,包括培养皿的入料操作过程,先将培养皿放置在入料仓内,在细胞
培养时,将入料仓内的培养皿手动移动至培养仓内进行培养,这种方式由于每个250L的二
氧化碳培养箱可以同时培养120瓶T175的培养皿,规模化培养,培养箱取放培养皿增加技术
员的劳动强度,并且从入料仓移动培养皿与培养瓶,频繁与培养皿接触,会带来交叉污染,
导致干细胞培养出现失败。
[0003] 因此,有必要设计一种新的系统,实现自动控制装置,以自动完成入料仓内物体的移动,降低操作人员的劳动强度。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术缺陷,提供基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统及其控制方法。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,包括工业计算机、仓体控制器、执行装置以及传感器组件,所述执行装置包括送
料模组以及机械手臂,所述工业计算机、所述执行装置以及所述传感器组件分别与所述仓
体控制器连接;所述工业计算机,用于输出作业指令;所述传感器组件,用于检测入料仓内
的环境参数以及执行装置的位置参数;所述仓体控制器,用于根据作业指令、环境参数以及
位置参数输出信号;所述执行装置,用于根据信号进行对应的移动。
[0006] 其进一步技术方案为:所述送料模组包括送料模组伺服驱动器以及送料动源,所述送料模组伺服驱动器通过伺服放大器与所述仓体控制器连接,所述送料模组伺服驱动
器与所述送料动力源连接。
[0007] 其进一步技术方案为:所述机械手臂包括手臂驱动器、Y轴取料动力源以及Z轴取料动力源,所述Y轴取料动力源以及Z轴取料动力源分别与所述手臂驱动器连接,所述手臂
驱动器通过伺服放大器与所述仓体控制器连接。
[0008] 其进一步技术方案为:所述仓体控制器包括可编程控制器、输入模、输出模块以及运动控制模块,所述输入模块、输出模块以及运动控制模块分别与所述可编程控制器连
接,所述运动控制模块与所述伺服放大器连接,所述工业计算机与所述可编程控制器连接,
所述输入模块与所述传感器组件连接,所述输出模块还分别连接有电磁刹车装置以及
温控装置。
[0009] 其进一步技术方案为:所述传感器组件包括用于感应物体的光电传感器气缸行程位置传感器、夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流速、仓内外压差以及
仓内温湿度的第一传感器。
[0010] 其进一步技术方案为:所述输入模块包括数字量输入子模块以及电流型模拟量输入子模块,所述数字量输入子模块分别与所述光电传感器、气缸行程位置传感器以及夹爪
位置传感器连接,所述电流型模拟量输入子模块与所述第一传感器连接。
[0011] 其进一步技术方案为:所述输出模块包括数字量输出子模块以及电流型模拟量输出子模块,所述数字量输出子模块分别与所述电磁阀以及刹车装置连接,所述电流型模拟
量输出子模块与所述温控装置连接。
[0012] 其进一步技术方案为:还包括触控屏,所述触控屏与所述可编程控制器连接。
[0013] 其进一步技术方案为:所述工业计算机通过以太网交换机与所述可编程控制器连接。
[0014] 本发明还提供了基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统的控制方法,包括:
[0015] 工业计算机输出作业指令;传感器组件检测入料仓内的环境参数以及执行装置的位置参数;仓体控制器根据作业指令、环境参数以及位置参数输出信号;执行装置根据信号
进行对应的移动。
[0016] 本发明与现有技术相比的有益效果是:本发明通过设置工业计算机、仓体控制器、执行装置以及传感器组件,由工业计算机下发作业指令,配合传感器组件检测的入料仓内
的环境参数以及执行装置的位置参数,仓体控制器输出信号经过伺服放大器进行处理,并
输出控制信号至执行装置执行对应操作,实现自动控制装置,以自动完成入料仓内物体的
移动,降低操作人员的劳动强度。
[0017] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普
通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019] 图1为本发明具体实施例提供的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统的结构框图
[0020] 图2为本发明具体实施例提供的电源单元的具体电路原理图;
[0021] 图3为本发明具体实施例提供的可编程控制器通讯的具体电路原理图;
[0022] 图4为本发明具体实施例提供的运动控制模块的具体电路原理图;
[0023] 图5为本发明具体实施例提供的数字量模块输入子模块接线的具体电路原理图;
[0024] 图6为本发明具体实施例提供的数字量模块输出子模块接线的具体电路原理图。

具体实施方式

[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例,都属于本发明保护的范围。
[0027] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0028] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,
除非另有明确具体的限定。
[0029] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的
连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理
解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在
第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示
第一特征水平高度小于第二特征。
[0031] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点
可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可
以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
[0032] 如图1~6所示的具体实施例,本实施例提供的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,可以运用在控制培养皿以及培养瓶自动输入培养仓的过程中。
[0033] 请参阅图1,上述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,包括工业计算机10、仓体控制器20、执行装置40以及传感器组件60,执行装置40包括送料模组以及机械手
臂,工业计算机10、执行装置40以及传感器组件60分别与仓体控制器20连接;工业计算机
10,用于输出作业指令;传感器组件60,用于检测入料仓内的环境参数以及执行装置40的位
置参数;仓体控制器20,用于根据作业指令、环境参数以及位置参数输出信号;执行装置40,
用于根据信号进行对应的移动。
[0034] 利用工业计算机10输入作业指令,驱动仓体控制器20根据该作业指令输出对应的信号,以驱动执行装置40进行对应的操作,比如送料模组以及机械手臂的配合,实现将培养
瓶与培养皿输入至培养仓等位置,从而实现自动控制装置,以自动完成入料仓内物体的移
动,降低操作人员的劳动强度。
[0035] 自动化干细胞入料仓是在一个密闭空间内,利用可编程控制器21,通过驱动执行装置40,实现培养皿和培养瓶自动进出入料箱。
[0036] 入料仓内包括以下内容:送料模组一个;存取货架一个;搬运培养皿和培养瓶的机械手臂一组;推瓶气缸43。
[0037] 工业计算机10是入料仓对外连接的对象,使用了研华IP-610L工业计算机10,与仓体控制器20之间使用CC-Link Field总线通讯。该CC-Link Field总线基于以太网技术,传
输速率为1000Mbit/S,同时有4.5K字节的数据在两者之间实时刷新。工业计算机10可以对
仓体控制器20下发取放培养瓶等作业指令,仓体控制器20依据指令做相应的执行装置40的
制动作。
[0038] 在本实施例中,请参阅图1,上述的送料模组包括送料模组伺服驱动器41以及送料动力源,送料模组伺服驱动器41通过伺服放大器30与仓体控制器20连接,送料模组伺服驱
动器41与送料动力源连接。
[0039] 在本实施例中,请参阅图1,上述的机械手臂包括手臂驱动器42、Y轴取料动力源以及Z轴取料动力源,Y轴取料动力源以及Z轴取料动力源分别与手臂驱动器42连接,手臂驱动
器42通过伺服放大器30与仓体控制器20连接。
[0040] 上述的送料动力源、Y轴取料动力源以及Z轴取料动力源分别为伺服达。
[0041] 上述的执行装置40还包括与可编程控制器21连接的推瓶气缸43。
[0042] 在一实施例中,请参阅图1,上述的仓体控制器20包括可编程控制器21、输入模块22、输出模块23以及运动控制模块24,输入模块22、输出模块23以及运动控制模块24分别与
可编程控制器21连接,所述运动控制模块24与所述伺服放大器30连接,工业计算机10与可
编程控制器21连接,输入模块22与传感器组件60连接,输出模块23还分别连接有电磁阀62、
刹车装置61以及温控装置63。
[0043] 入料仓的仓体控制器20是入料仓的控制核心,使用了三菱可最新一代R系列的中大型可编程序控制器,型号为R04EN,自带160K字节的程序存储器,指令最快处理时间为
0.98ns,同时有三个RJ45接口,具有以太网、CC-Link IE、Modbus TCP等工业总线功能,从而
实现自动控制设备进行培养瓶和培养皿的自动移动,减少操作人员的劳动强度。
[0044] 在本实施例中,请参阅图4,仓内运动定位部件即执行装置40的移动是靠伺服马达带动完成的,可编程控制器21带有一个型号为RD77MS8的运动控制模块24,该运动控制模块
24通过SSCNETⅢ网络,使用光纤串行连接伺服放大器30,同时可以控制8个伺服马达。
[0045] 在一实施例中,上述的传感器组件60包括用于感应物体的光电传感器、气缸行程位置传感器、夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓
内温湿度的第一传感器。
[0046] 在本实施例中,上述的第一传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器以及压差传感器。
[0047] 在一实施例中,请参阅图5,上述的输入模块22包括数字量输入子模块以及电流型模拟量输入子模块,数字量输入子模块分别与光电传感器、气缸行程位置传感器以及夹爪
位置传感器连接,电流型模拟量输入子模块与第一传感器连接。
[0048] 请参阅图5,上述的数字量输入子模块的型号为RX42C4,另外,该数字量输入子模块通过接线端子连接有各种按钮、行程开关、感应开关。接线端子的型号为A6TBXY36。
[0049] 上述的模拟量输入子模块内部的型号为R60ADI8,其为8通道电流型模拟量输入子模块。
[0050] 在一实施例中,请参阅图6,上述的输出模块23包括数字量输出子模块以及电流型模拟量输出子模块,数字量输出子模块分别与电磁阀62以及刹车装置61连接,电流型模拟
量输出子模块分别与温控装置63连接。
[0051] 在本实施例中,上述的数字量输出子模块的型号为RY42NT2P,用来控制电磁阀62和伺服马达的刹车等。数字量输出子模块通过接线端子连接有各种继电器、信号灯,接线端
子的型号为A6TBXY36。
[0052] 在本实施例中,上述的电流型模拟量输出子模块的型号为R60DAI8,其为8通道电流型模拟量输出子模块,用于控制层流风机风速、风管的风阀等执行元件。
[0053] 在本实施例中,上述的温控装置63包括风机。
[0054] 在一实施例中,上述的系统还包括触控屏50,触控屏50与可编程控制器21连接。触控屏50是现场人与入料仓交换的界面,触控屏50与可编程控制器21通信通过MC协议连接。
触摸屏采用了型号为威纶通MT8121IE,触摸屏界面上可以显示仓内环境参数、机械运动部
件位置参数、培养皿数量等仓体信息参数,同时可以通过触摸屏对入料仓进行手动模组操
作和自动运行作业任务操作。
[0055] 在一实施例中,请参阅图3,上述的工业计算机10通过以太网交换机与可编程控制器21连接。触控屏50也是通过以太网交换机与可编程控制器21连接。
[0056] 在一实施例中,请参阅图2,上述的系统还包括电源单元,电源单元与执行装置40、温控装置63、传感器组件60以及仓体控制器20连接。
[0057] 入料仓采用交流220V电源,需要供电的电气元件或设备有可编程控制器21、开关电源、执行装置40、温控装置63等。
[0058] 入料仓主要功能是把培养瓶放入存货架上,其主要作业流程有培养瓶入仓、培养瓶传递出仓,收取废弃培养瓶三种。
[0059] 当细胞需要进入培养仓培养时,工业计算机10会给细胞入料仓下达培养瓶和培养皿入料作业指令,指令中包括培养瓶的数量和存放培养箱的位置;入料仓的仓体控制器20
收到指令后,并接收来自传感器组件60的参数,仓体控制器20的可编程控制器21输出控制
信号,并由伺服放大器30处理后,输出至执行装置40,以使得执行装置40执行如下操作:
[0060] 打开对应培养箱的;送料模组把培养瓶送入,一次送入4个培养瓶和培养皿,机械手臂取走培养瓶和培养皿放在培养架,送料模组返回到初始位置;机械手臂从推瓶气缸
43取走培养瓶,并码放在培养架上,直到培养架上的培养瓶和培养皿数量到达;重复上面流
程直到完成作业;
[0061] 入料完成后,需要进行后续工序操作,需要把细胞从入料仓中移出,工业计算机10会给细胞入料仓下达细胞出仓作业指令,指令中包括移出培养皿的数量和其存放培养箱的
位置;入料仓的仓体控制器20收到指令后,并接收来自传感器组件60的参数,仓体控制器20
的可编程控制器21输出控制信号,并由伺服放大器30处理后,输出至执行装置40,以使得执
行装置40执行如下操作:
[0062] 打开对应培养箱的门;机械手臂从培养架中取出培养瓶,通过传递仓传递出去,直到培养皿数量到达;重复上面流程直到完成作业;
[0063] 细胞培养完成后,需要把培养瓶从培养仓中移出,设备控制器会给入料仓下达收取废弃培养瓶作业指令,指令中包括移出培养皿的数量,入料仓的仓体控制器20收到指令
后,并接收来自传感器组件60的参数,仓体控制器20的可编程控制器21输出控制信号,并由
伺服放大器30处理后,输出至执行装置40,以使得执行装置40执行如下操作:
[0064] 打开对应培养箱的门;机械手臂到指定位置接收废弃培养瓶,并通过气缸把废瓶推入收取装置中;重复上面流程直到完成作业。
[0065] 上述的基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统,通过设置工业计算机10、仓体控制器20、执行装置40以及传感器组件60,由工业计算机10下发作业指令,配合传感器组
件60检测的入料仓内的环境参数以及执行装置40的位置参数,仓体控制器20输出信号经过
伺服放大器30进行处理,并输出控制信号至执行装置40执行对应操作,实现自动控制装置,
以自动完成入料仓内物体的移动,降低操作人员的劳动强度。
[0066] 在一实施例中,还提供了基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统的控制方法,包括:
[0067] 工业计算机10输出作业指令;传感器组件60检测入料仓内的环境参数以及执行装置40的位置参数;仓体控制器20根据作业指令、环境参数以及位置参数输出信号;执行装置
40根据信号进行对应的移动。
[0068] 需要说明的是,所属领域的技术人员可以清楚地了解到,上述基于可编程控制器的干细胞入料仓控制系统的控制方法的具体实现过程,可以参考前基于可编程控制器的干
细胞入料仓控制系统实施例中的相应描述,为了描述的方便和简洁,在此不再赘述。
[0069] 上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容,以便于读者更容易理解,但不代表本发明的实施方式仅限于此,任何依本发明所做的技术延伸或再创造,均受本发明的
保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
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