控制器在生物發(fā)酵中的應(yīng)用———BL2100控制器在生物發(fā)酵中的應(yīng)用

隨著生物工程的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，生物制藥出現(xiàn)了廣闊的發(fā)展前景，目前，生物制藥及其試驗(yàn)研究的裝置主要是中小型的發(fā)酵罐，其控制系統(tǒng)主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的開關(guān)控制，調(diào)節(jié)合適控制參數(shù)的過程繁瑣，控制性能較差，因此，開發(fā)適用于工業(yè)級(jí)的生物發(fā)酵控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，中小型的生物發(fā)酵罐控制器采用的是單片機(jī)或者PLC，軟件開發(fā)調(diào)試環(huán)境繁瑣，開發(fā)周期長，采用嵌入式系統(tǒng)可以有效的解決這些問題，嵌入式系統(tǒng)具有友好的軟件開發(fā)環(huán)境，聯(lián)機(jī)調(diào)試方便，實(shí)時(shí)性好，可靠性高，并且，有些嵌入式系統(tǒng)還擴(kuò)展了A/D、D/A、DI/DO和通訊端口。BL2100嵌入式系統(tǒng)正是集成了以上的所有優(yōu)點(diǎn)，Ethernet 通訊方式可以方便地實(shí)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)酵罐與多臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)之間組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。因此，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到生物發(fā)酵系統(tǒng)中，可以從本質(zhì)上提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。BL2100控制器的Rabbit2000微處理器是專為面向Internet的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的MCU，具有實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它很好地解決了存儲(chǔ)空間、運(yùn)算速度、網(wǎng)絡(luò)通信以及程序開發(fā)的問題，BL2100控制器模塊的以太網(wǎng)芯片RTL8019AS，支持全雙工通信，通信速率為10Mbps，提供Socket級(jí)TCP/IP編程，支持多種應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如HTTP、FTP、SMTP、PPP）。軟硬件的緊密結(jié)合使得嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮，有力地保證了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。BL2100控制器還擴(kuò)展了11路AD輸入、4路DA輸出、16個(gè)DO數(shù)字量輸出、24個(gè)DI數(shù)字量輸入、2個(gè)RS232和一個(gè)RS485通信端口、以及一個(gè)外部中斷口。另外，數(shù)據(jù)線和外部地址線接口可以方便地實(shí)現(xiàn)二次擴(kuò)展。






研制開發(fā)的新型生物發(fā)酵控制系統(tǒng)SY-3000E，從結(jié)構(gòu)層次上可以分為三個(gè)部分：上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PC，發(fā)酵系統(tǒng)控制器和信號(hào)處理模塊。上位機(jī)PC可以非常方便地實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交換界面，在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，與下位機(jī)通信采用交換式以太網(wǎng)，可以保證通信的實(shí)時(shí)性和可靠性，并且，有利于組成發(fā)酵網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，具有良好的可擴(kuò)展性。發(fā)酵系統(tǒng)控制器主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、控制器計(jì)算、數(shù)字量輸出以及通信功能。信號(hào)處理模塊可以分為輸入信號(hào)變送模塊和信號(hào)輸出模塊，信號(hào)變送模塊實(shí)現(xiàn)把傳感器產(chǎn)生的微弱電信號(hào)變換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。由于發(fā)酵系統(tǒng)的執(zhí)行器的工作電壓為交流220VAC，而控制器輸出一般為小于10V的直流信號(hào)，因此需要信號(hào)輸出模塊完成控制器輸出信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的功能,如下圖所示。