基于FPC2000DCS的发酵过程智能控制系统

基于FPC2000DCS的发酵过程智能控制系统

摘要：针对我国发酵企业规模相对较小而控制要求较高的情况开发了适用于发酵过程优化控制的低本本、开放型、高性价比的集散控制系统。硬件采用分层阶递的分布式结构，软件采用面向对象的模块式编程方法。针对非线性、时变、大滞后的发酵过程，将智能控制技术融入传统的集散控制系统中。采用模糊控制、专家系统与常规控制相结合的技术，设计了罐温复合模糊控制系统、PH参数自调整模糊控制系统、溶氧变区域专家控制系统。控制精度与常

摘要：针对我国发酵企业规模相对较小而控制要求较高的情况开发了适用于发酵过程优化控制的低本本、开放型、高性价比的集散控制系统。硬件采用分层阶递的分布式结构，软件采用面向对象的模块式编程方法。针对非线性、时变、大滞后的发酵过程，将智能控制技术融入传统的集散控制系统中。采用模糊控制、专家系统与常规控制相结合的技术，设计了罐温复合模糊控制系统、PH参数自调整模糊控制系统、溶氧变区域专家控制系统。控制精度与常规控制方法相比提高50%。自主研制、开发的FPC2000发酵过程集散控制系统具有方便、灵活、易用、简单、可靠、高性能的特点，已在10多家单位成功地推广应用。

关键词：发酵过程；集散控制系统；组态软件；智能控制。、

1、引言

发酵工业是技术密集型的产业，它涉及到微生物学、生物化学、化工、自动控制技术和计算机技术等。在发酵工业中，发酵罐的何种从几立方米发民到几十立方米，而今是几百个立方米，甚至上千立方米。对于这样大型的发酵罐系统，若操作控制不当，将会造成极大的经济损失。对于具有高度非线性、时变性和复杂相关性的发酵过程，为了获得高的产率和提高经济效益，加强发酵过程，为了获得高的产率和提高经济效益，加强发酵过程的监督和控制是非常重要的。

集散控制系统（DCS）是70年代中期发展起来的自动控制系统装备，它集计算机软件和硬件技术、控制技术、通讯技术、图形显示技术、冗余技术、故障诊断技术和先进控制技术为一体。控制分散、危险分散，而操作集中、管理集中是DCS的基本设计思想。分层阶梯的分布式结构，灵活、易变更、易扩展是DCS的特点。

针对我国发酵企业规模相对较小而控制要求较高的情况有必要开发适用于发酵过程优化控制的低成本、开放型、高性价比的集散控制系统。并将智能控制技术融入传统的集散控制系统中，采用模糊控制、专家系统与常规控制相结合的技术，提高控制精度。

2、 FPC2000集散控制系统的硬件结构

从发酵过程管理和控制两方面综合考虑实现总体目标最优化出发，企业管理控制系统可分为3级，即管理级、监控级和直控级，构成管控一体化的综合系统。 FPC2000DCS系统硬件主要由直控级控制站、监控经计算机系统、数据通信系统和管理计算机系统四部分组成，系统硬件结构如图1所示。监控级计算机通过现场过程总线，最大可接128个直控级控制站。管理计算机通过局域网与监控级计算机相联，具有将生产现场控制和生产管理集成的功能。

直控级控制站采集现场测量信号经运算后交结果送回现场执行器对生产过程进行控制，它是DCS的基础，其它部分都是有赖于它才能发挥作用。控制站通常安装在工业现场，通过现场总线与监控级计算机相连。常用的控制单元如下：

单回路或双回路智能表、可编程控制器（PLC）、多功能控制器、数据采集器、变频器等。

监控级计算机系统主要履行工程师站、操作员站、实时通讯、实时数据库管理及系统监视、优化运算等功能。管理级计算机系统主要履行管理（调度）决策职责。

要构成这样的三经集散控制系统，其核心的问题是联网功能，它包括监控经与管理经之间构成的局域网络（目前采用广泛使用的3+网或Novell网）、各控制单元与监控级之间构成的现场总线网络（最简单的办法是用RS485串行通讯方式，对于上述各过程控制单元和监控计算机都有标准的串行通讯接口，实现起来较容易。这种通讯方式当控制单元较多时效率较低，所以适用于中小型系统）。

3、 FPC2000DCS 系统软件及功能

3.1 组态软件的层次结构

FPC2000DCS软件是基于Windows98、WinNT平台使用，为用户提供一个友好、方便、宜学、实用的操作接口。采用Microsoft公司的Visual Basic6.0程序设计语言进行编程设计。

FPC2000DCS工控组态软件的结构可分3个层次，如图2所示，底层是与直

控级控制站相连的输入输出接口数据处理层，它主要完成上层软件与直控级控制站之间的数据信号的转换和缓存。中间层是实时数据库控制层，实现实时数据、历史数据、设备数据等数据之间的关联和控制，并对图形显示模块、实时趋势模块和报警模块进行控制。上层是关系型数据库控制层，主要完成用户对数据库提出的各种操作查询请求，根据要求定期对数据库（包括实时数据记录库、登录库和其它的事件、操作、故障记录库）进行维护管理及备份，并通过它实现报表生成、历史曲线的显示等功能。

3.2 组态软件功能

FPC2000DCS的组态监控软件以数据库为核心，采用模块化方法进行程序设计。按模块功能划分，整个组态软件由工程师功能、操作员功能、通讯和数据采集功能、数据库管理和系统监控功能5部分构成。

工程师站提供系统所需的全部组态与组态与组态系统维护功能，可方便地扩充系统的功能，例如能方便地加入一个新的模块，而不需要改整个系统的软件结构。操作站提供操作员所需的各种操作功能，可以显示各种画面，生成各种报表，可综合系统历史资料，指导控制操作。

监控级通信软件分为两部分，即与控制站的通信和与管理系统的通信。数据库管理模块主要功能是记录和整理各类过程资料和信息，数据库包括实时数据库、历史数据库、报警数据库、离线数据库、智能控制系统的知识库等，其中实时数据库是FPC2000DCS组态软件的核心。除实时数据库外，其它数据库都采用关系数据库结构设计。

监控级计算机的系统监视功能可使操作员坐在控制台前便可观测到所有设

备的运行状况。每个设备不断地执行自诊断，并向操作站报告诊断结果，操作站对所有设备进行定期扫描，收集它们的诊断结果并显示。操作站的监视功能以后台方式运行，自动完成。任务调度功能协调各任务的执行，任务调度策略是按系统中各任务优先权大小决定任务被分行的先后次序。

智能控制子系统是FPC2000DCS特有的功能，针对发酵过程的特殊要求而开发，智能控制技术与集菜控制系统（DCS）结合，使DCS跃升到一个更高的水平。

4、发酵过程智能控制

4.1 FPC2000DCS在补料分批发酵过程控制中的应用

补料分批发酵是介于分批发酵和连续发酵之间的过渡类型，它兼有分批发酵和连续发酵的优点，而且克服了两者的缺点，是目前发酵工业中较有代表性的一种发酵工艺。FPC2000集散控制系统应用于补料分批发酵时用过程总线联网方式，减少布线量，使系统维护方便。

发酵过程中温度、PH、溶氧、泡沫、压力等是设定值控制。但它们有两个特点：（1）设定值并非整个过程保持常数，而是分段（曲线）控制，每段有一个优化设定点；（2）发酵过程有活细胞活动，是个不可逆的过程，大的、突然的扰动应尽量避免。

4.2 罐温复合模糊控制系统

对于罐温这样具有大滞后和时变性的系统，当τ较大时，PID控制会引起

系统的响应超调过大或发生振荡。Smith预估补偿法是解决纯滞后问题的一种有效方法，但需要知道被控对象的精确数学模型，这在罐温控制中很难做到。大量应用实例表明：模糊控制的鲁棒性较好，对纯滞后及被控对象参数的变化不敏感，但因控制规则粗糙容易产生稳态误差，当较大时，尤其如此。由于PI控制克服稳态误差的能力较强，为此采用复合模糊控制方法，其主要思想是：把模糊控制与PI控制相结合组成复合模糊控制器，通过一个切换开关对被控对象实施控制，切换时机由误差和误差变化率来确定。复合模糊控制系统的结构如图3所示。图中PI为常规比例积分调节器，FLC为模糊控制器，K为控制开关。

其控制过程是：在过渡过程中，因系统的误差和误差变化率较大，复合模糊控制器主要是模糊控制的作用；当系统接近稳态时，系统的误差变化率较小，如果误差较大，则复合模糊控制器切换到PI控制；如果稳态误差在允许的精度内，则人用模糊控制；当系统受到扰动，模糊控制在克服扰动后仍有误差，则切抑郁到PI控制，待稳态误差消除后又回到模糊控制。由此可见，PI控制作用仅仅是克服稳态误差。

图4是某制药厂多粘菌素发酵生产时罐温设定值从36℃改为35.5℃,分别采用常规PI控制（PI控制参数用自整定法确定）与采用复合模糊控制的结果比较。复合模糊（Fuzzy-PI）控制的超调量比常规PI控制降低50%，调节时间缩短30%。复合模糊控制的动态和表态特性全面改善，表现出良好的鲁棒性。因罐温控制为冷却水降温调节，所以控制规律为反作用或调节阀为气关（或电关）型。

4.3 PH参数自调整模糊控制系统

PH是微生物生长的另一个重要环境参数，在工业生产上，若发酵液PH值偏低，则通过加氨水的办法，使其PH值回升；若PH值偏高，在发酵前期可适当补加基质来调整，一般不采用加酸的控制手段。因此，在PH值控制中，必须严格控制好氨水的加入量，绝对不能过量。PH对象特性具有严重的非线性、不确定性和较大的时滞现象，采用常规PID控制精度较低。

因此PH控制采用参数自调整模糊控制，结构分别如图和图6所示。在PH 参数自调整模糊控制中，选择PH值和给定值之差e及ē作为过程输入，加酸的量为过程输出。将PH值经模糊化后，转换成模糊变量值，根据相应的模糊规则和模糊关系，做出模糊判断，求出加入的酸量。为提高控制精度应用Fuzzy修改表对量化因子参数k1 、k2 、k3进行自调整。自调整的原则是，当误差e或误差率ē较大时，进行“粗调”控制，这时可以降低对e或ē的分辨率，而采用较大的控制改变量，这可以缩小k1和k2 、放大k3。当e或ē较小时，也就是系统已接近稳态，就实行“细调”控制，这是要提高对e或ē的分辨率，而采取较小的控制改变量，要求放大k1和k2 、缩小k3。为简化起见，k1和k2放大（或缩小）的倍数与k3缩小（或放大）的倍数n相同。

参数自调整的做法按照模糊控制的方式进行。在进行参数自调整时，先以原来的k1和k2对e和ē进行量化得到Ｅ和ê，然后查模糊表得参数应放大（或缩小）的倍数n，再计算出k1= k1n, k2= k2n，k3= k3n,作为模糊控制器的新参数进行控制运算。

在PH控制中，所使用的阀门常采用开关电磁阀，所以相应的控制方式采用时钟脉冲的控制方式即开关的模拟调节来进行，时钟脉冲的周期T是根据系统的滞后时间长短面设定的。输出脉冲宽度是根据模糊控制算法得出的输出控制信号

按比例确定。通过改变开并阀的开关频率和开关脉冲宽度来调节氨水的加入量，使PH值逐步逼近设定值，从而克服了PH的非线性和滞后特性对控制的影响。

发酵过程中采用常规PID控制PH的控制误差，通常为±0.1PH,在L-谷氨酰胺、L-蛋氨酸、多粘菌素等发酵过程控制中采用PH参数自高速模糊控制方法，PH的调节迅速，控制误差在±0.05PH以内，控制精度提高100%。

4.4 溶氧变区域专家控制系统

发酵过程的溶解氧是一个综合参数，影响因素多，除了搅拌转速、空气流量、罐压和罐温等可检测参数的影响外，基质浓度、菌体浓度、产物浓度等不可检测参数对其也有影响。而且生产原料、菌种的不同，都对溶解氧有不同的要求。

在高发酵单位的生产中，供氧的制约因素主要有两个：搅拌速率和空气流量。目前，中小型发酵罐的搅拌转速可采用变频调速，因些可采用以进气量调节为主、转速调节为辅的方法控制溶解氧浓度，控制结构如图7所示。

发酵过程的溶解氧的对易特性很难通过系统辨识方法获得，引入人工智能的方法，采用变区域专家系统进行流量和搅拌转速相应的允许变化范围。变化区域由知识库给出，推理机运用知识库中的知识进行推理。在发酵过程中，专家系统不断地对目前发酵阶段（时间）和情况（如PH、基质浓度、菌体浓度、产物浓度等）进行判断，从知识库中找到相应的溶解氧变化区域和控制规则，然后根据此规则计算出进气量和搅拌转速设定值。如某条控制规则为：if（ti1<t< ti2）∧（PH

Then DO=DOi,FAil< FA< FAi2, RAil< RA< RAi2

If （DO

If （DO>DOi+△DOi）∧（FA> FAi1） then FA= FA-△FA

If （DODOi+△DOi）∧（FA≤ FAi1）∧（RA>RAi1） then RA= RA-△RA 上式中：t为发酵时间（h），ti1、ti2为发酵时间变值，DO为发酵液溶解氧浓度（%），DOi为溶解氧控制值，△DOi为溶解氧控制允许变化区域（即控制的死区或不灵敏区），S为基质浓度（g/100mL）,Si1,Si2为基质浓度变化区域，P为产物浓度（液项效价，万单位/L），Pi1，Pi2为产物浓度变化区域，FA为进发酵罐空气流量（m3/min），FAil，FAi2为空气流量允许变化区域，△FA为采用PID控制算法计算得到的空气流量变化量，RA为搅拌转速（rpm），△RA

为采用PID控制算法计算得到的搅拌转速变化量，RAi1，RAi2搅拌转速允许变化区域。

在某制药厂50m3发酵罐生产多粘菌素的发酵中，在不同的发酵阶段对溶氧有不同的要求。在每个区域规定了进气流量、搅拌转速的调整范围，采用溶氧变区域专家控制使溶氧控制在设定值的±5%范围内。采用常规控制溶氧一般会在

±10%范围内变化。

5、工业应用

FPC2000发酵过程集散控制系统已在国内10多家研究院、学校、企业使用。在L-谷氨酰胺、L-蛋氨酸、多粘菌素、柠檬酸等发酵生产过程控制中取得成功应用，发酵罐何种从几十升到几百立方米。实践表明，该系统运行可靠性高，可对发酵过程进行全面的测控，具有很强的数据采集和存贮、曲线优化分析等功能，采用智能控制提高了系统控制精度（罐温、PH、溶氧的控制精度提高50%，响应加快），使发酵生产平稳，不同发酵批次间重复性提高，发酵单位都有了不同程度的提高。

水位自动控制系统的原理是什么

水位自动控制系统就是将水位信号转换为开关信号，再用这个开关信号去控制交流接触器，交流接触器再控制一个水泵，就可以达到水位自动控制的目的。水泵有各种各样的工作方式，所以交流接触器也有多种设计方案，这些电气元件按照设计方案连接起来就是电气控制箱。现有多种成熟的设计方案，如GKY1X单台泵系统、GKY2X双台泵系统等等，在网上可以查到各种各样的设计原理图。水泵电气控制箱是很常用的控制设备，工作可靠、使用寿命长。影响水位自动控制系统可靠性和使用寿命的关键因素是液位传感器，就是将水位信号转换为开关信号这一部分。现在主要有电极式、UQK/GSK干簧管式、光电式、压力式、GKY和超声波式等几种方式。这些方式检测原理不同，因而水位自动控制的原理也不同。下面，我们根据液位传感器的检测方式来讲解水位自动控制系统的原理，这是决定水位自动控制系统使用寿命和可靠性的主要因素。 一、电极式液位控制原理 电极式是最早的液位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合，水泵就开始抽水。图1为电极式在水中控制原理示意图。但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。如果不及时清理，电极就会失去作用，这是电极式液位传感器固有的缺陷。电极式液位传感器的制造非常简单，有人将导线外皮拨开，插到水里就可以做成电极式液位控制器。所以电极式液位控制器造价很低，价格便宜，但使用寿命很短。即使采用不锈钢做电极，也需要2-3个月清理一下，在污水中电极的使用寿命就更短了。 图1 二、UQK/GSK干簧管液位控制原理 干簧管将电极触点密封在玻璃管内，这样就不直接接触液体了，所以电极不会吸附杂质，使用寿命提高。干簧管的特点就是接近磁铁，触点就会吸合。所以我们将干簧管固定在管壁内固定的位置。浮子里装上磁铁，随着浮力沿着管壁上下滑动，见图2。当浮子经过干簧管时，触点吸合。干簧管触点一般直接驱动交流接触器，可以控制水泵启动。GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（小于30°），否则会影响浮子的上下移动。

工业企业智能用电及能效管理系统解决方案

1、智能用电及能效管理系统简介 系统在线监测整个企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电、用水、用气等能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立企业能耗评估、管理体系，提高企业现有供能设备的效率，实现节能增效、高效生产。 系统为用户提供以下能耗数据和节能信息： 1）掌握企业耗能状况：能源消耗的数量与构成、分布与流向； 2）了解企业用能水平：能量利用损失情况、设备效率、能源利用率、综合能耗； 3）找出企业能耗问题：管理、设备、工艺操作中的能源浪费问题； 4）查清企业节能潜力：余能回收的数量、品种、参数、性质； 5）核算企业节能效果：技术改进、设备更新、工艺改革等的经济效益、节能量； 6）明确企业节能方向：工艺节能改造、产品节能改造、制定技改方案、措施等。

2、系统功能 1)、能源消耗过程的信息化、可视化 目前国内大多数企业是靠人工定时抄表的方式统计用电及能源消耗状况，这种方式存在数据滞后、时效性差、数据单一等问题，不能及时掌握各生产环节和重点能耗设备的实时能耗数据。能效管理信息系统在线监测整个企业（集团）的生产能耗动态信息，并将这些能耗数据与相对应的设备、车间、班组生产数据相结合，现场运行管理人员可了解和掌握生产环节和重点设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息。 如图：某工厂的工艺流程 图1 水泥磨子系统生产流程单耗监测

2)、能耗/能效信息统计、管理 系统自动生成的多种能耗信息统计图形、曲线和报表，如以日、周、月、年为周期的电、水、气、煤等能耗统计报表，报表类型分为全矿、车间、重要耗能设备三个层次，为用户提供能源消耗结构和能源消耗成本分析依据，评估节能措施的效果和关联影响。 系统提供综合能耗/能效统计报表，采用菜单或光按钮直接引导界面模式，图形界面包括企业宏观的能耗数据和相关信息，快捷、直观反映企业、生产车间、班组和重要生产环节实时和历史能耗/能效信息。 图2 企业综合能耗统计 3)、历史能耗数据对比、分析 系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，企业能效管理及生产工艺分析人员可按不同需要灵活设置工作点参数，在不同时段下生成各种能耗数据报表与能耗曲线：如设备单耗、生产线和班组单耗等，用多种方法对主要能耗设备和生产线的能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对企业能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议。 通过动态的单位产量能耗曲线和数据，可以直观地比较企业生产能耗与国际、国内标准的差距，从而对生产、管理、工艺及时进行指导和调整，使企业生产过程的单位能耗和能源效率保持在科学、合理水平。

智能矿灯管理系统使用说明

智能矿灯管理系统使用说明 1、系统登录 程序运行后，界面如图1所示，需首先进行用户登录，才能正常使用。点击用户登录按钮，根据提示输入正确用户名和密码即可登录成功。如图2所示。 图1 登录前界面 图2 用户名及密码输入

2、矿灯充电状态查看 在用户成功登录后，程序默认显示第一个充电架各充电位的状态，如图3所示。其中，不同的图片代表不同的充电状态：未关联表示该充电位尚未与矿工关联起来，下井表示矿工已取灯，充电中和充满表示矿灯正在充电或已充满电，故障表示矿灯或充电位有故障，不宜使用。 查看某一个充电架状态时，用鼠标点击左侧的灯架列表中对应的灯架号即可。（每次点击后需要一个状态更新的时间，大约在2秒钟以内，因此，尽量避免频繁点击不同的灯架号） 图3 3、人员管理 在每个代表充电位的图标上单击鼠标右键，会弹出一个菜单，如图4所示。其中，查看/修改信息用于浏览或修改某位矿工的信息以及矿灯的使用信息；添加关联为矿灯和矿工之间建立关联（图中所示情况已建立矿灯与矿工的关联，因此该菜单项为灰色）；删除关联与建立关联相反；矿灯使用设置用于设置矿灯的使用参数。

图4 弹出菜单 选择查看/修改信息，会看到如下界面，如图5所示，这个界面中，操作员可以输入矿工的基本信息和矿灯信息，还可以添加矿工的照片。在确认所有信息准确无误后，点击分配/保存按钮即可更新矿灯和矿工的信息。 选择添加关联同样会看到图5所示的界面，但是工号栏中的数字是由系统自动生成的，以保证每个矿工只有一个工号。其他的操作过程与查看/修改部分相似。 选择删除关联则会删除之前建立的关联。 图5 员工信息编辑 4、系统设置 系统中有一些参数需要操作员根据实际情况进行简单的设置。系统设置主要包括以下几个部分： 串口设置，如图6所示用于设置串口通信的速率和端口号。（建议不要随意改动）；

液位自动控制系统

控制类系统设计 ——液位自动控制系统 摘要 随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数，其测量和控制效果直接影响到产品的质量，因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。 液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。电路组成简单，调试方便，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与控制的功能。能够广泛的应用于工业场所。 液位控制有很多方法，如，非接触传感。只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁，就可以侦测到容器里面液位高度变化，从而及时准确地发出报警信号，有效防止液体外溢或防止机器干烧。由于不需要与液体接触且安装简便，避免了水垢的腐蚀，可取代传统的浮球传感和金属探针传感，延长寿命。而本设计是基于纯电路的设计，低成本且抗干扰性好。在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。 液位控制系统是以液位为被控参数的系统，液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节，以达到所要求的液位进行调节，以达到所要求的控制精度。

1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此，本系统就设计了一种电路简单，调试方便且性价比高的系统，来完成液位的自动调控。本系统主要由四部分组成：显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块，系统简单易行。 系统框图如下： 2 硬结构与功能 2.1 该设计的总体结构 该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板，实现了液位系统的控制及显示。主要功能器件包括：电源部分的7808，定时部分的555定时器，数字分段的LM3914等。 电路原理图如下图所示：

液位自动控制系统设计及调试

等级: 课程设计 2016年6月17日

电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。

四.进度安排 1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。 2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。 3.第一周星期五：上机调试程序。 4.第二周星期一：指导编写设计说明书。 5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。 6.第二周星期五：答辩。 附录：课题简介及控制要求 （1）课题简介 某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。 本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。 （2）控制要求 控制系统技术参数表

发酵pH值自动控制系统MATLAB仿真

发酵pH值自动控制系统MATLAB仿真 孙颖1，李婷2 1. 东北大学人工智能所，沈阳（110004） 2. 沈阳药科大学药物制剂教研室，沈阳（110004） E-mail：sunjunying@https://www.wendangku.net/doc/6116306943.html, 摘要：本文首先在查阅大量发酵相关文献的基础上，简述了发酵过程的相关概念及目前发酵过程的监控方法和自动控制现状；深入分析了发酵实验工艺流程及重要参数的监测与控制情况；完成了发酵实验装置和监控系统的设计和实现；同时建立了上位机监控软件RSView32与下位机RSLogix5000之间的连接。针对发酵pH对象的复杂性，原控制算法过于简单、控制精度不高的问题，本文提出了积分分离PID算法应用于发酵pH控制，取得了比较理想的效果，并用仿真实验验证了该方法的有效性。 关键词：发酵pH，罗克韦尔PLC，变速积分PID，matlab仿真 中图分类号：TP273+.1 1.引言 近年来计算机在发酵过程的应用已大幅增加，各有关实验室和工厂普遍采用发酵过程计算机监控系统[1,2]。从发酵监控系统的监控方法来看，目前用于发酵过程的实时控制和数据处理系统主要有单片计算机系统、工控机、PLC、集散控制系统(DCS)和现场总线系统(FCS)等，发酵生产的规模和应用场合不同要求不同的计算机监控系统配置[3]。 与其它行业相比较，计算机控制发酵系统还不很成熟，一些技术问题还有待于解决，如控制发酵系统结构尚不完善，其功能稳定性有待提高[4]。大多发酵均是间歇反应过程，这就要求开关量和模拟量控制的要求同样严格，而且对开关量和模拟量的控制速度要求也不同，这就决定了单一继电控制、回路调节器和DCS均不能满足发酵的间歇生产过程或控制效果不好[5,6]。Frank J.Romeu[7]对发酵过程、发酵监控系统及参数检测设备进行了分析，从方法论的角度研究基于DCS发酵过程监控系统的构建方法。与工控机相比，DCS具有更高的可靠性，但控制系统的价格会大幅度提高，不适合中小型系统，此外，DCS还存在控制集中、系统封闭等弊端，正逐渐被现场总线控制系统所取代[8]。PLC作为现代工业现场控制器，其体积小、通信能力强、使用方便，有开关量和模拟量控制功能，在工业过程控制中得到了广泛应用[9]。由此，可以看出构建基于PLC的发酵监控系统将是发酵过程控制的发展方向之一。 天津科技大学王秀清[10]等人基于西门子S7-200系列PLC构建了实验研究用发酵监控系统。监控系统分为检测部分和控制部分。系统通过EM235模拟量输入模块对发酵的温度、pH值、溶解氧进行了检测；控制部分实现了温度控制，pH值控制，流加控制和转速控制。 南忠良、严新忠[11]采用PLC和监控计算机的方式对14L发酵罐控制系统进行了改造，完成了对温度、pH值、压力、溶氧等参数的在线检测和控制，并根据发酵过程的特点，建立生物参量与pH值、溶解氧浓度DO的数学关系，实现对生物参量的在线软测量。实验表明监控系统是有效的，软测量模型是可靠的。 本文以东北大学发酵实验室发酵罐pH为研究对象，采用罗克韦尔PLC监控系统，根据发酵过程的实际情况，利用下位机编程软件RSLogix5000编写发酵过程pH值控制梯形图，利用上位机监控软件RSView32开发相应的监控界面，通过PLC的通讯软件RSLinx来进行上位机与PLC之间的通讯，采用带模糊控制的变速积分PID算法对发酵过程的pH值进行

能源行业智能化系统解决方案

能源行业解决方案

1前言 随着现代科学技术在石油工业各应用领域的不断发展，以及油田勘探开发管理等领域现代化、一体化管理进程的不断推进，无论是科技开发人员还是生产经营管理人员，都必须面对大量冗杂的带有地理属性的信息数据。以往人们总是为了处理这些枯燥的数据而头昏脑胀，焦头烂额。随着传统的地理信息系统（GIS）和管理信息系统（MIS）等技术的应用，数据的管理问题才得以初步的缓解。然而，MIS 只能解决非地理属性范畴的数据的管理、查询的问题，传统的GIS 虽然实现了对空间数据的管理，却仍然不能解决对空间数据的综合分析以及可视化管理的问题。 能源行业资源管理系统（EnergyRES）作为一个集地理信息图形化、数据查询灵活化、数据分析可视化诸大成于一身的软件系统，不仅具有传统的GIS 系统的功能，还实现了对与地理或图形对象相对应的抽象数据的强有力的综合分析和可视化管理。同时还以其在操作简便性、应用灵活性、性能价格比等方面的优势卓立于其它国内外同类产品之中。因此，EnergyRES受到了各种应用领域的用户的青睐，在短短的几年时间里，就从激烈的市场竞争中脱颍而出，成为现代信息可视化管理软件的领跑者。 2石油勘探领域 利用EnergyRES建立石油勘探综合管理信息系统，石油勘探管理部门可以制作出区域油气勘探综合部署图、勘探工程进度图和勘探成果图；也可以运用EnergyRES的地图分层技术按照部门、专业等的分类分别建立空间图形数据库；还可以通过EnergyRES的地理编码功能将原有数据库的数据与地理图形相连接，从而实现对空间数据的管理。管理人员可以随时选择、查询数据库中最新的有关信息并利用EnergyRES的数据表达功能得到数据表格、图形和专题分析图、综合对比分析图等方面的内容，因此可以及时、准确、形象、直观地了解有关形象并进行综合分析对比，从而准确、合理、迅速地进行勘探工作部署。 地质勘探单位可以在EnergyRES上建立地质、地层、构造、岩相古地理、沉积模式、古生物特征等不同专业的有关数据库，利用它们在图形符号、线型、填充模式、颜色、阴影等方面的变化，在平面图形上建立起区域地质模型，从而可以提高对调查地区地质内容的综合了解，提高地质勘探工作的工作效率和成功率。

水池水位自动控制系统设计

水池水位自动控制系统设计与制作 摘要 根据物体在水中漂浮的性质，可以用一个浮球来感知水塔里水位的升降，用来控制水泵，使水泵能自动对水池上水，水满时能自动断电停止，真正做到了水池的全自动控制功能，解决了人们日常用水的诸多不便。 本毕业论文范文写的是水池水位自动控制电路的作用是根据水位的高低，自动地控制水泵的启动与停止。水泵和水位的高低是相互反馈的。这样就可以实现水位自动控制的目的。我所设计的水位制动控制装置是有以下几部分组成：水位自动控制电路，高低水位报警器，数码显示。水位自动控制在一定范围内（如 2 -6 米），当水位低至2米时使水泵启动上水；当水位升至6米时，使水泵停止工作。因特殊情况水位超限（如高至7米、低于2米）报警器报警。设有手动按键，便于随机控制。由数码管直观显示当前水位。本系统可以随时的控制水位的高低，防止过量放水或来水无人打开关。 关键词：水池；浮子开关；自动上

Abstract According to the nature of an object floating in the water, you can use a float to sense the water level in the lift tower to control the pump, the pump automatically to the water tower, Sheung Shui, water, power off automatically when full stop pumping water tower, and truly automatic control tower to solve the inconvenience of daily water. Pham Van of the thesis is written in the role of water level automatic control circuit is based on the level of the water level, automatic control of pump start and stop. Pumps and water level is the level of mutual feedback. This level can automatically control. I designed the brake control device is the water level has the following components: automatic water level control circuit, high and low water level alarm, digital display. Automatic water level control within a certain range (eg. 2-6 meters), when the water level as low as 2 meters, the Sheung Shui to start the pump; when the water level to 6 meters, the pump stopped working. Water level gauge due to special circumstances (such as up to 7 meters, as low as 2 meter) alarm to the police. With manual buttons, easy to stochastic control. Visual display by the LED current level. The system can control the water level at any level, to prevent excessive drainage or runoff and no open relations Keywords:water tower; float switch; automatic pumpin

基于PLC的啤酒发酵自动控制系统设计课程设计(论文)

辽宁工业大学PLC技术及应用课程设计（论文）题目：啤酒发酵过程中温度的PLC控制

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

砂石企业智能管理系统简介v1.0

砂石企业智能管理系统解决方案 郑州市小石头信息技术有限公司 2015年9月

一、行业背景 砂石企业经过近几年的资源整合和企业重组，已经具有一定的生产规模，企业采矿和生产设备已采用新型大产能的设备和一些大型工程车辆，但企业的管理模式还仅依靠传统的现场管理和监控设备做为管理依据，有些采用了较为先进的过磅管理系统，现有管理模式较多延续传统的方式，生产效率提不上去导致生产成本的加大，资金设备利用率不高，还有一些潜在的管理漏洞和过多的损耗。 企业进行人员和机械设备的绩效考核时也仅仅依靠生产汇总数据执行，虽然能起到一定的效果，但具体到以人和设备为单位的绩效考核却很难做到，数据的采集工作较难完成。 当今大环境下的企业要在企业原有利润的基础上实现突破已很难，只有降低企业自身的经营成本、生产成本，把一些漏洞和损耗杜绝，提高单位时间产能，企业才能得到更多的利润。企业精细化管理的要求已十分迫切，但各个单元的数据统计靠人工统计较为复杂并且容易出现疏漏和漏洞，只有通过标准化和系统化采集的数据才会有完整的价值，才能摆脱人为因素影响，才能为企业提供准确的数据依据，从而帮助企业找到制约产能提高的瓶颈。

二、系统能帮助您做的事情 本地服务器 销售管理系统 生产管理系统 财务管理系统 云端 移动 办公 装料智能识别 原石车辆管理称重管理 采矿机械管理 卡口管理 实现精细化管理的前提是能够及时准确的获取所有以人和设备为单位的工作数据，再以每个单位的工作量进行考核，另外杜绝各种漏洞和过多的损耗，降低成本，这是我们要通过该系统所要实现的功能。

1生产系统： 1.1.实时掌握采矿区作业车辆的数据状态 在采矿区作业车辆上加装设备，设备能够准确获取作业车辆的各项数据，系统自动分析、汇总，实时获取具体到每个设备每个司机的工作量。 1.2.实时了解作业车辆的工作内容、时间及油耗 通过加装设备，对每台车辆实现数据化、系统化管理。可以对每台车辆的状态进行统计，计算出每台设备的待机时间、工作时间，再根据每台设备的加油量，计算出每位司机的装车吨能耗。如车辆设备空转超过一定的时间，可以及时通知相关管理人员，从而减少不必要的油耗。 1.3.更加方便、准确的计算运费 原石货车在采矿区装料由于运距不同造成运费不同，传统模式采用人工开票计量，运费的计算繁琐，并且会受到人为因素的影响，本系统可自动计算运费。 1.4.发现、抓拍偷拉原石车辆并提醒相关管理人员 防止个别原石司机偷盗原石事件的发生。可以及时发现偷盗原石车辆，相关管理人员将从电脑端及手机端收到警报，可及时发现、处理，将企业的损失降低。 1.5.原石过磅无人值守 原石地磅管理可采用无人值守模式，从而减少工作人员，降低开支。

钢铁公司智能物流管理系统设计方案

钢铁公司 智能物流管理系统方案

目录 1 概述 (3) 2 一卡通集中计量系统 (4) 2.1 设计目标 (4) 2.2 实施计划 (4) 2.3 计量业务流程 (5) 2.4 硬件设计 (8) 2.5 软件设计 (10) 2.6 其他 (11) 3 物流监控系统技术方案 (13) 3.1 项目概述 (13) 3.2 安钢监控系统现状 (13) 3.3 系统总体建设规划 (14) 3.4 系统总体建设内容 (15) 3.5 一期建设内容 (15) 3.6 效果 (16) 3.7 摄像头接入 (17) 3.8 新增系统各二级监控中心所需设备 (20)

概述 公司“三步走”发展实施以后，安钢形成了千万吨级的生产经营规模，而每天繁重的物流与4.5km2狭小厂区面积之间的矛盾亦日益显现。因此，创新管理模式，完善管理手段，提升物流系统的控制和管理能力，增强物流规范性，提高物流效率，保障从原燃料进厂、质检、计量、验卸货、仓储、生产过程、运输直至成品出厂各个环节的畅通、高效和安全，尤为迫切和重要。 按照公司要求，由计控处牵头，纪委监察部、战略投资处、保卫处、煤炭处、物资供应处、销售公司等职能管理部门和六个主体生产厂参加，进行了详细的需求调查分析、方案策划论证和技术交流咨询，初步拟定了公司智能物流管理系统技术方案，内容包括以下两部分：一、一卡通集中计量系统： 在物流的进出厂、计量、质检、供应、销售、验收、卸货等环节，组建光纤网络，利用RFID和IC卡技术，以车辆为主载体，借助公司ERP系统，将各个点、每个部门的数据信息实时上传、匹配、交换，从而提高物流效率、减少人为作弊现象和管理漏洞。 二、物流监控系统： 在门岗、主干道、生产和安全要害部位、贵重物资物流和仓储点等共125个监控区域，安装390个摄像头，在6个生产厂和9个管理部室共15个地点建设监控管理中心，组建全公司的视频监控网络。

发酵工艺优化

发酵工艺优化 从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处 1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH，透光率等指标。扩大时摇考虑 2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。 3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。 4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。 5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。 6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH，发酵可以直接流加控制PH，比较方便。 7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。 8、注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。 9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。 10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等 发酵工艺中补料的作用 补料分批培养(fed—batch culture简称FBC)是指在分批培养过程中、间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法、与传统的分批集中补料培养相比、它有以下优点： (1)可以避免在分批发酵中因—次投料过多造成发酵液环境突变，造成菌丝大量生长等问题，改善发酵液流变等性质，使得发酵过程泡沫得以控制，节省消泡剂，并提高了装罐系数。 (2)可以控制细胞质量，以提高芽抱的比例，并使pH得以稳定。 (3)可以解除底物抑制，产物反馈抑制和分解阻遏。 (4)可以使“放料和补料”方法得以实施。该方法在发酵后期、产生了一定数量代谢产物后，在发酵液体积测量监控下，放出一部分发酵液，同时连续补充——部分新鲜营养液，实现连续带放、既有利于提高产物产量．又可降低成本，使得发酵指数得以大幅度提高。 (5)利用FBC技术、可以使菌种保持最大的生产力状态．随着传感技术以及对发酵过程动力学理沦深入研究、用模拟复杂的数学模型使在线方式实最优控制成为可能。 连续补料控制目前采用有反馈控制和无反馈控制两种方式。有反馈控制：选择与过程直接关系的可检测参数作为控制指标，例如可以测量、控制发酵液PH、采用定量控制葡萄糖流加。稳定PH在次级代谢最旺盛水平。而无反馈控制FBC是指无固定的反馈参数，以经验和数学模型相结合的办法来操作最优化控制、从而使抗生素发酵产量得以大幅度提高。例如发酵过程中前体的补加。由此可见，要实现对发酵过程的有效控制，就先要解决补科的连续控制问题。 目前国外发酵生产过程连续补料采用：流量计(电磁流量计、液体质量流量计)、小型电动、气动隔膜调节阀和控制器来实现连续补料控制。菜发酵工厂在中试试验中还成功地运用了电子称加三阀控制的自动补科系统 至于装液量的问题，应该从以下几个方面考虑： 1、保持在你所需要的转速培养情况下（尤其是在后期，菌丝很多时，转速很高时），不能让发酵液把你的塞子湿掉，容易造成染菌。 2、装液量的体积在消毒过程中，不能因为沸腾把塞子湿掉，或者跑出三角瓶，装液量太多会出现这样的情况。很容易染菌。 3、根据你的菌种的情况和发酵液的粘度，需要的混匀程度等等方面也要考虑。 4、建议你做一个梯度试验（40－50－60－70－80等）就可以找到你所需要的装液量。 关于剩余空气的排除在灭菌完毕后（100度左右），立刻用盖子或者其他的用品把你的培养摇瓶盖好，有时候这么点空气根本对兼性厌氧发酵没有什么影响，如果你的菌种要求很严的话，最好用干冰加入已经灭菌的空摇瓶后，立刻用其他的样品培养基分装即可。当然也可以用氮气。最好是二氧化碳。 你可以再查查看是否有其他的方法，我说的也不完全。！！

液位自动控制系统分析

二．系统分析 2.1系统工作原理 浮球杠杆式液位自动控制系统原理示意图 工作原理：当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相应变化。例如，当液面升高时，浮子位置亦相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，知道电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度，反之，若水箱液面下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入的水量，使液面升到给定的高度。

2.2系统分解 水位自动控制系统由浮子，杠杆，直流电动机，阀门及水箱控制部分构成。根据不同的需要可以对各部分进行不同的设计。该系统结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。 液位控制系统原理方框图如下所示： 图2 2.3．数学模型 2.3.1浮子、杠杆、电位计（比例环节） 浮球杠杆测量液位高度的原理式 U o=U 总 b??al 式中Uo为电位计的输出电压，U 总 为电位计两端的总电势，b a为杠杆的长度比，??为高度的变化，l为电位计电阻丝的中点位置到电阻丝边缘的长度。 则：

G1s=K1 2.3.2微分调理电路（微分环节） 由于水面震荡，导致浮子不稳定，在电位计的输出电压与电动机的输入端之间接一个微分调理电路，对输入的电压进行调理传递函数为 G2s=K2s 2.3.3电动机（惯性环节） 查资料知电动机的传递函数： G3s= K3 Ts+1 2.3.4减速器（比例环节） 这是一个比例环节，增益为减速器的减速比。 故，传递函数为 G4s=K4 2.3.5控制阀（积分环节） 这是一个积分环节， 故，传递函数为 G5s=K5 s 2.3.6水箱（积分环节） 这是一个积分环节，实际液位Y是流入量Q in与流出量Q out的差值?Q对时间t的积分。

青霉素制药企业发酵工序自动控制系统

青霉素制药企业发酵工序自动控制系统 发表时间：2010-11-18T11:14:41.883Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年7月上旬刊供稿作者：刘庆军 [导读] 自上世纪九十年代初建厂以来，该制药企业获得了长足发展 刘庆军（石药集团维生药业（石家庄）有限公司） 摘要：本系统基于集控制系统散控制技术，以北京和利时公司DCS系统为核心，利用测量单元及相关的执行机构实现制药企业发酵工序自动补料及温度、压力、空气流量、液位、PH值、溶解氧等工艺参数的自动控制，提高车间自动化控制程度，方便生产管理等方面而进行的整体方案设计。 关键词：DCS系统自动控制测量单元执行机构 1 某制药企业发酵自动控制现状 自上世纪九十年代初建厂以来，该制药企业获得了长足发展。发酵工序工艺参数的控制也经历了由人工、半人工、仪表控制到PLC控制。但随着工艺的不断改进和生产管理上高标准的要求，原来的单仪表控制温度、压力等方法，已远远不能满足企业的需求。虽然系统运行基本正常，但存在以下问题： 1.1 维护困难：系统使用的专用功能板，现在已很难买到备件，系统已运行多年，一旦硬件发生故障，将威胁生产安全。 1.2 控制精度低：受当时的硬件条件限制，计算机响应速度很慢，例如在计算机上手动关阀需要几分钟；对生产影响很大。 1.3 人机界面差：受当时的软件发展水平限制，系统运行在DOS 环境下，且为全西文操作界面；操作不方便。 1.4 扩展性差：系统扩容困难并难于进行控制优化。 1.5 仪表与控制系统的联接与响应不畅。 1.6 执行机构出现误信号越来越频繁。 因此制药厂开始探索应用DCS控制系统改造过去陈旧落后的控制手段，为整体的企业自动化水平升级。 2 控制对象的研究 青霉素是发酵代谢过程中的产物，青霉素发酵是涉及青霉菌生长、繁殖和生产的复杂生产过程，主要有配料、消毒、种子、发酵、生化、霉菌、过滤等工序。青霉素发酵的生产水平取决于生产菌种的特性和发酵条件；在确定了生产菌种的条件下，要使青霉素发酵水平稳定、提高，发酵工艺调控是关键，发酵过程控制是发酵工艺调控方法的具体实施和体现。有效的调控发酵，通过对菌种的环境条件和代谢变化规律参数进行测量，使青霉菌代谢沿着有利于青霉菌的分泌方向进行，以较低的能耗和物耗生产较多的发酵产品，达到稳定和提高发酵水平的目标，发酵过程控制是一个重要的影响因素。 青霉素发酵过程的控制主要包括物理参数、状态参数、补料和消沫几个部分。其中补料控制是影响青霉素发酵水平的一个关键因素，也是整个发酵过程控制的重点。 青霉素发酵控制系统主要完成对所有相关点的数据采集、控制和补料控制。发酵岗位控制系统分为三部分：①发酵罐发酵控制系统②种子罐发酵控制系统③公用工程控制系统。 工艺参数的控制精度的要求：①温度控制精度：设定值±0.5℃②PH控制精度：设定值±0.05PH③补料控制精度：±2.0%满量程④空气流量控制精度：±2.5%⑤罐压控制精度：设定值±0.005Mpa 3 发酵控制系统的实现 工艺简介：某制药企业发酵车间共有发酵罐22个，每个发酵大罐需有温度控制、液位控制、空气流量控制及循环水流量显示、溶解氧显示等以及自动补料控制（物料种类共五种）、pH控制和消沫控制；种子罐10个，每个种子罐设有温度控制和循环水流量显示。 系统配置：系统采用北京和利时系统工程有限公司集散控制系统中的MACS 系统。配置一个现场控制站、二个操作员站和一个工程师站。系统采用单路UPS供电。现场信号采集、补料执行及信号反馈部分主要采用梅特勒公司、北京潞航机械厂等单位的相关产品。 DCS系统的显示画面主要有：①种子罐工艺流程图画面②发酵罐工艺流程图画面③种子罐温控调整画面④系统状态图画面⑤操作主菜单画面⑥系统参数总貌画面⑦发酵罐参数趋势画面⑧发酵罐补料参数趋势画面⑨种子罐参数趋势画面⑩系统参数趋势画面公用工程参数趋势画面。 4 MACS 系统的主要特点 ①系统稳定、可靠，性能价格比高。②系统的开放性、可扩展性好。③控制周期短，保证补料控制准确。④控制条件考虑全面，避免误动作的发生。⑤系统的稳定性高。⑥可能的故障点减少。⑦可靠的接地保护。系统采用双重接地。⑧回路控制周期缩短。⑨系统的安全性。系统采用不间断电源做为保障、不同级别的使用者设置不同的操作权限、系统同时具有自动和手动补料功能。 5 MACS系统主要设备配置及功能 5.1 集散控制系统（DCS）一套，包括：DCS控制站，DCS操作站及系统控制软件及UPS电源一部。 控制站按照组态的控制方案进行运算处理，发出控制数据到执行机构。控制站还可以接收操作站发出的操作指令，转化为控制数据输出到执行机构。集散控制软件包括：组态软件、流程图设计软件、实时监控软件和/.用户自定义语言。系统要求在windows95/98/XP下运行。 操作站实现实时通讯，完成系统组态、控制组态、控制方案及操作信息的下载，同时接受控制站传回的现场数据进行实时显示，并进行记录形成历史数据，以供查询。 5.2 输入、输出部分，是指本系统的现场测量及执行机构。输入部分主要完成对现场信号的采样和转换，形成标准信号送控制站进行分析处理。输出执行机构用于接收由控制站发出的操作数据，执行现场操作，反馈执行信号，完成自动控制过程。 6 主要参数的控制原理及过程 6.1 温度控制测量单元采用一体化温度变送器，把温度信号就地变换成电流信号后远传给控制室。执行机构采用气动调节阀，为充分节能降耗，调节阀安装在各自对应的冷却水管路上。 6.2 PH值的控制发酵过程中酸碱度的检测采用梅特勒公司PH值传感器，这种传感器能够经受发酵罐的高温灭菌，并可准确连续不断

智能矿灯充电柜管理系统

科一力智能矿灯充电柜管理系统 一、系统概述 智能矿灯充电柜管理系统是在矿灯充电架的基础上建立起来的，它除了充电管理之外，还可以实现静脉门锁控制，基本信息的LED和LCD显示，矿灯使用情况智能管理，矿灯考勤管理，矿用产品的防盗等，是新型现代化矿灯矿工信息管理的工具。，它集微机自动识别技术和现代管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术等诸多新技术，是近年来发展起来的新产品，新技术。它在功能上实现了门锁自动控制化、通讯自动化、办公自动化和管理自动化, 以综合布线系统为基础,以计算机网络为桥梁,全面实现对通讯系统、煤矿智能充电系统的综合管理。 该系统是我公司根据煤矿矿灯房中存在的各种实际问题研发出来的。彻底解决了矿工在取灯时忘记上锁、落下钥匙、拿灯是否下井；挂灯后矿灯是否充电、充电情况、矿灯性能、灯头是否拧到位、忘记上锁以至矿灯丢失等各种不良现象，并可有效的检测矿工是否饮酒，如果饮酒过量，系统将不予发放矿灯。系统实现了从放灯、充电、充满、故障、取灯、使用到自动统计、报告、考勤等全过程网上动态管理，在此基础上增加了静脉门锁控制，基本信息的LED显示，矿灯自救器防盗等功能。 二、系统组成 本系统主要由矿灯充电柜、充电模块、数据采集通讯模块、静脉电子锁、和PC机、登录机服务端软件等组成。系统通过数据通讯模块与计算机通信，下载矿工卡号、矿工，时间信息和矿灯信息。PC机是系统的中央管理机构，它负责数据库的建立、管理、维护和系统数据库下载，负责收集、记录各主控设备上传的信息，各个灯位控制器收到PC机命令后向PC机发送该灯位的信息，包括矿灯的实时充电状态（充电、充满、矿灯取走、矿灯故障等）。 三、主要功能

发酵过程中的优化

发酵过程中的优化 高望 （兰州理工大学生命科学与工程学院） 摘要：发酵过程优化控制技术是发酵工程的重要技术。综述了近年来微生物发酵过程优化控制技术的研究现状，综合运用微生物反应计量学、生化反应和传递动力学、生物反应器工程及代谢工程理论，(1) 基于微生物反应计量学的培养环境优化技术；(2) 基于微生物代谢特性的分阶段培养技术；(3) 基于反应动力学模型的优化技术；(4) 基于代谢通量分析的优化技术；(5) 基于系统观点的生物反应系统优化技术；（6）基于环境胁迫的优化技术；（7）基于辅因子调控的优化技术 关键词：发酵过程优化 1 发酵过程优化技术 1.1基于微生物反应计量学的培养环境优化技术 研究微生物从培养基中摄取营养物质的情况和营养物质通过代谢途径转化后的去向，确定不同环境条件对微生物生长和代谢产物分布的影响，进而优化微生物生长的物理和化学环境，保证微生物生长处于最适的环境条件下，为进一步的发酵过程优化奠定基础。：(1) 培养基组成的优化技术。 (2) 发酵环境条件的优化技术。研究表明，培养基中的氮含量与葡

萄糖消耗及丙酮酸积累密切相关。氮源缺乏时, 葡萄糖消耗和丙酮酸生产均受到抑制。在小型反应器流加发酵中采用氨水控制pH 值( 相当于同时提供氮源) , 细胞能够持续、快速地积累丙酮酸。[1]李寅；陈坚；梁大芳营养条件对光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸的影响[J]生物工程学报2000,16（2）：225-227 1.2 基于微生物代谢特性的分阶段培养技术 对分批发酵过程的研究发现，适合微生物生长的温度、pH 值、剪切和溶解氧浓度往往并不一定适合目标产物的形成，提出分阶段溶解氧和搅拌转速控制策略、分阶段温度控制策略及分阶段pH 值控制策略，将环境条件控制在最适合细胞生长或最适合产物合成的水平。研究表明，郑美英等以Ｓｔｒｅｐｔｏｖｅｒｔｉｃｉｌｌｉｕｍｍｏｂａｒａｅｎｓｅ为出菌株，研究了培养中温度控制策略，并在小型发酵罐上进行了验证。得出ＴＧ发酵过程中温度控制策略为：Ｏ～１８ｈ，控制温度为３２℃，１８ｈ后将温度切换到２８℃。采用此温度控制策略在２．５Ｌ小罐上进行ＴＧ发酵，酶活比未控制温度时的最好水平提高了１４%，发酵时间也缩短了６ｈ。由此可见，采用合理的温度控制策略确实能够显著提高ＴＧ的发酵过程中的各项指标。郑美英堵国成陈坚分批发酵生产谷氨酰胺转氨酶的温度控制策略[J]生物工程学报，200,16（6）：759-761 刘延岭，邓林，周昌豹，陈丽微生物发酵生产谷氨酰胺转胺酶的研究进展四川食品与发酵 2004,4：1-4 1.3 基于反应动力学模型的发酵过程优化和控制技术 研究不同目标代谢产物发酵过程的反应动力学，应用统计热力学理论和功能单元扩展理论，建立目标代谢产物分批发酵过程的动力学模型，用龙格库特法求取模型方程数值解，然后用单纯形搜索法或最速下降法寻出动力学模型方程中的最优参数，并对动力学模型的适用性进行评价。基于分批发酵动力学模型，在下列3 个方面已取得一定成果：①采用奇异优化理论，优化透明质酸的流加培养过程，并通过重复操作和优化补料组合发酵模式，显著提高透明质酸的生产强度[23]；②应用最小值原理，分别建立真氧产碱杆菌细胞生长期和聚羟基丁酸合成期底物流加的准优化控制策略，确定以指数速率流加和变速流加相结合的流加操作方式，得到以聚羟基丁酸最大生产强度和最高转化率为目标的准优化控制策略并成功应用[24－25]；③在无反馈控制的情况下，比较了不同流加培养模式对重组大肠杆菌生产谷胱甘肽的影响，发现采用简单的指数速率流加方式即可实现重组大肠杆菌的高密度培养[26]。 1.4 基于代谢通量分析（MFA）的发酵过程优化技术 参考已知的生化反应计量关系和特定微生物的代谢途径和生理代谢特征，构建生物合成特定目标代谢产物的代谢网络。利用代谢通量分析方法，对代谢中间产物进行拟稳态假设，然后通过测定细胞和代谢产物浓度的变化速率，计算得出胞内各条代 谢途径的通量变化。根据代谢通量分析的计算数据，分析特定目标代谢产物，如丙酮酸、透明质酸和生物絮凝剂生物合成途径中主要代谢节点的性质(刚性、弱刚性或弹性)，结合发酵