第一部分 方案硬件选型及软件概述

一、控制系统选型

二、PLC 控制系统

三、计算机系统

四、通讯

五、软件系统

六、用户软件

第二部分  控制方案

一、发酵罐温度监测控制

二、发酵罐流量监测控制

三、阀门监测控制

四、溶氧、PH监测控制

第三部分 工程配件列表

第四部分 生物发酵系统案例

第一部分 方案硬件选型及软件概述

一、控制系统选型：

1）发酵罐控制系统比较

1. 1概述：

发酵罐除了机械部分外，其所采用的控制系统也非常重要。控制系统的优劣对发酵设备的正常使用影响很大。目前，市场上采用比较多的控制系统主要有三种形式：工控机、单片机（SCM）、可编程逻辑控制器（PLC）。尽管许多厂家提出了许多解决方案，但其核心技术主要还是这三种控制。有许多华丽的描述充其量是某些厂家在制造一种概念而已。因此用户应了解其本质特点以便在选择时掌握主动。

下面对这三种控制形式分别作简要说明：

1.2 工控机系统：

所谓工业控制计算机就是利用经过改装的计算机+各种控制板构成，是80年代末到90年代中后期国际流行的一种工业控制模式。这种控制模式结构比较复杂，与自动化控制追求简单实用这一思想不太吻合。复杂的结构更加容易出现问题。这种控制模式最大缺点为高速采样，易受外界干扰，数据采集误差较大，如果使用软件进行滤波则会造成数据响应非常慢，因此总体运行稳定性较差。而且现有操作系统的稳定性也存在一定的问题，经常会碰到计算机死机的情况，会影响实验的进行，严重时直接导致实验失败。但是其成本很低，价格便宜，所以一些厂家仍在大量使用。由于这种控制模式存在的缺陷较大，90年代末期已逐步被淘汰。

1.3 单片机系统：

单片机（Single Chip Micyoco）主控制器体积小，主频低，稳定性好，功能强大，克服了工业控制计算机的稳定性差、易死机、容易损坏的弊端。同时，其价格相对PLC系统来说比较低廉。单片机是目前在许多领域里被普遍采用的一种控制形式。

1.4 PLC系统：

PLC主控制器采用模块化方式，扩展、编程方便，存储量大、数据分析方便，稳定性高。在现工业控制中已越来越多的被采用，是今后发展的一种主流趋势。

1.5 成本：

就成本来说，工控机与单片机相对低廉，PLC较高。

1.6功能：

相对来说，PLC功能强大，因为采用模块化方式，扩展、编程都很方便。工控机扩展口足够多的话连接各种控制板来进行扩展也比较方便，但随着板卡增多干扰也会加剧，对稳定性的影响进一步扩大。单片机扩展和编程有一定局限性，但一套已经成熟的系统在扩展与重新编程要求上并不多。

1.7稳定性：

很明显，PLC组成的系统稳定性最好，其次是单片机系统，工控机系统存在太多弊端，选择时尤其要慎重。

1.8解决方案：

有了初步的了解以后，您所要做的就是分析自己的真正需要。

对于实验室规模的发酵罐以采用单片机控制为优，结合计算机程序控制，是一套比较好的方案，同时兼顾了性能与价格。如果资金充裕可考虑采用PLC系统，稳定性高，功能强大，采用大屏幕彩色触摸屏显示与控制，操作方便，美观大方。工控机系统的选用要格外慎重。

对于中试、生产型的发酵罐最好是采用PLC控制系统。其功能强大，易于扩展；稳定性高，安全可靠。如果限于资金不充足也可以考虑单片机系统，只要技术成熟同样可满足工业应用。对于这一规模的发酵罐不推荐选用工控机系统，因为对于较大规模的中试与生产来说其潜在的隐患太多，不足以胜任用户需要。示意图如下：

2）、控制室内设备：

     计算机操作台 1台

     工业控制机 1 台

3）、 配电室内设备：

     1台PLC主站柜。

     4台信号隔离安全栅

4 ）、现场设备：

     电动隔膜调节阀          2台

     电磁流量计              2台

     电动隔膜开关阀          2台

P H在线工业电极          2台  

    溶氧在线工业电极          2台

PH在线变送器             2台

溶氧在线变送器            2台

二、PLC 控制系统：

2、1  CPU：

    型号：6ES7 214-2BD-0AB0,  1套。

    简述：采用西门子的 S7 系列 PLC 可编程序控制器，是国内工                  业自动化行业应用最广泛的主控器之一，事实证明这种 PLC 具有很高的可靠性和性能价格比。

2、3 控制柜：

    高：2200mm，宽：800mm，厚：600mm

    数量：1台， 发酵罐区现场适当的位置。

2、4 模拟量输入模块：

    型号：6ES7 231-0AB0   4路模拟量输入，13 位精度。

    数量：2 块。

    简述：该模块价格适中，精度高，适应性强，可以直接组态成电压信号、电流信号等多种形式的输入方式。

2、5 热电阻输入模块：

    型号：6ES7 231-0AB0  4路RTD输入，可以直接采集三线、两线制热电阻信号。

    数量：1块。

2、6 模拟量输出模块：

    型号：6ES7 232-0AB0   4路模拟量输出，可直接组态为电流或者电压输出。

    数量：1块。

三、计算机系统：

3、1 工控机：

    型号： DELL。

    配置：处理器 四核2.8G, 硬盘 500G，内存：4G。

操作系统：WINDOWS 7

3、2 显示器：

    型号：27”LED彩显，三星公司。

四、通讯：

4、1  PROFIBUS 总线，用作 PLC 主站与从站之间的通讯。

4、2  工业以太网，用作 PLC 主站与上位机之间的通讯。

4、3 通讯设备：

    设备：6GK7 243-1EX-0XE0 以太网通讯卡，

    简述：通过上位机普通网卡与下位机以太网通信卡通讯，使得上位机能够与下位机 PLC 进行数据通讯，监视和调整控制工艺参数。

五、软件系统：

5、1  PLC 程序开发工具软件：

    版本：STEP7 V4.0西门子公司。

    简述：西门子的 PLC 硬件，使用西门子公司的开发软件，有很好的兼容性。

5、2 界面开发软件：

版本：组态王v6.55版

简述：组态王是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。