【文章內(nèi)容簡介】 進行推理，兩者相結合最終 使得溶解氧得到控制。在生物發(fā)酵實際進行中，專家系統(tǒng)會根據(jù)知識庫中的知識不斷的和內(nèi)部的知識進行比較，在知識庫中找到相對應的變化區(qū)域，根據(jù)此變化區(qū)域的規(guī)則和語句對溶解氧進行控制。這就是所謂的溶解氧控制方法。 消泡控制方法：生物發(fā)酵系統(tǒng)在剛開始進行發(fā)酵的時候，微生物處于旺盛狀態(tài)，料液不斷加入，攪拌子也在不斷進行攪拌，溶氧量此時也相對較高，所有這一切都會使得發(fā)酵劇烈，同樣會因此產(chǎn)生大量的泡沫，泡沫不斷上浮，甚至會出現(xiàn)逃液的現(xiàn)象。這時就需要我們及時加入消泡劑來減少泡沫，防止上浮。對于這一現(xiàn)象的控制目前比較常用的就是采用雙位式的生物發(fā)酵控制方法，實際上就是對于發(fā)酵液液位的控制，因為事先調整好的發(fā)酵液一定是不會超過一定液位的，當液位計檢測到液位上升甚至超過液位上限時就要打開消泡劑閥門，直至液位重新回到安全液位區(qū)域關閉閥門。 生物發(fā)酵過程自動加藥技術的應用前景 之前基于 PLC 的自動加藥系統(tǒng)已在多領域投入使用，例如選礦廠等，原理類似，所以就拿基于 PLC 的自動加藥系統(tǒng)在選礦廠的實際生產(chǎn)情況分析生物發(fā)酵過程自動加藥技術的應用前景，自動加藥系統(tǒng)在很多方面都起到了積極有效的作用，對于選礦廠的技術管理有了明顯的規(guī)范，還有就是 操作都是由機器自動去完成，大大降低了工作人的勞動強度，而且機器的自動加藥更加有效，一方面降低了耗藥量，節(jié)約了成本，另一方面整個加藥系統(tǒng)南京工業(yè)大學 本科生畢業(yè) 設計 （ 論文 ） 7 很穩(wěn)定，基本維持在高效運轉，顯著提升了生產(chǎn)效率，為公司創(chuàng)造了更好的效益。 自動加藥機在使用過程中，明顯提高了自動加藥的精度。除此之外，由于 PLC 的反饋調節(jié)控制使得選礦質量更加優(yōu)良，更加穩(wěn)定，而且耗藥量也有了明顯下降，效率明顯提高，由于自動加藥機處于穩(wěn)定的高效處理階段，所以最終的精礦后的雜質也減少了不少，為工廠公司帶來的效益顯著提高。 所以，基于 PLC 型的生物發(fā)酵過程自動 加藥機結構簡單，操作方便，基本無故障。在節(jié)省藥劑、提高生產(chǎn)效率等方面取得了顯著的效益，經(jīng)濟效益和社會效益十分明顯。由此可見，基于 PLC 的生物發(fā)酵過程自動加藥技術的應用前景很廣闊。 西門子可編程控制器 (PLC)的發(fā)展概況 可編程邏輯控制器就是我們常說的 PLC。 PLC 是一個數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，內(nèi)部的微處理器是 PLC 的核心，由于在工業(yè)環(huán)境下需要控制開關量，但是人為控制又會出現(xiàn)很大的威脅，所以設計了 PLC，這就是 PLC 的由來。 PLC 所采用的存儲器比較特殊，可以用來編程， PLC 的存儲器可以用來執(zhí)行一系列操作 的指令，例如：邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)等等指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出 ,控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。而且其擴展單元以及相應的外圍設備均能與工廠的整個系統(tǒng)連為一體，擴展單元也易于接入。 在美國的馬薩諸塞州，上世紀 60 年代末，世界上誕生第一種 PLC。隨后， 70 年代是PLC 的第一階段，這個階段 PLC 開始發(fā)展起來，初步應用于汽車流水線。 80 年代是 PLC的第二階段，這個階段 PLC 的發(fā)展技術逐漸走上成熟，在此時，結合了微電子處理器技術，使得當代的 PLC 大受推廣，以每年 20%的速率增長，也正是由于這個階段 的發(fā)展， PLC 成為了工控領域不可獲取的器件。 90 年代是 PLC 的第三階段，這個階段頒布了工業(yè)控制的編程語言 IEC 611313， PLC 突破了既有的技術，在系統(tǒng)結構上以及應用上都實現(xiàn)了大規(guī)模的突破。在系統(tǒng)結構上， PLC 從傳統(tǒng)的單機向多 CPU 和分布式及遠程控制系統(tǒng)發(fā)展在編程語言上，圖形化和文本化語言的多樣性 ,創(chuàng)造了其更具表達控制要求、通信能力和文字處理的編程環(huán)境；從應用角度看 ,除了繼續(xù)發(fā)展機械加工自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)外，更發(fā)展了以 PLC第一章 引言 8 為基礎的 DCS 系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (SCADA)、柔性制造系統(tǒng) (FMS)、安全連鎖保護系統(tǒng) (ESD)等 ,全方位地提高了 PLC 的應用范圍和水平。 PLC 的飛速發(fā)展推動了 PLC 的應用 ,它除了在傳統(tǒng)優(yōu)勢領域的應用繼續(xù)平穩(wěn)地增長外，還在數(shù)控機床、自動化裝配線方面的得到了廣泛應用。另外值得關注的是， PLC 的應用擠占了單片機市場，除此之外， PLC 在通訊和網(wǎng)絡方面的進步，使 PLC 從單體或局部控制向大型生產(chǎn)過程控制邁進。 區(qū)別于其他控制系統(tǒng)， PLC 構成的控制系統(tǒng)有以下幾個特點：可靠性高，抗干擾能力強；結構設計的模塊化；編程簡單，方便維修；功能完善，適應性強。 PLC 是一個工業(yè)控制器，其主要的運 算方式就是二進制邏輯運算。 PLC 現(xiàn)在被廣泛應用于國內(nèi)外的工控領域，計算機技術和控制技術在 PLC 上得到了結合，這也體現(xiàn)了 PLC 相較于單片機擁有更強大的功能以及優(yōu)點，優(yōu)點就在于：故障率低，順序控制、數(shù)據(jù)處理等等工業(yè)控制領域常用的功能都可以在 PLC 上得到很好的完成。 PLC 控制有著其他設備沒有的特點： 可靠性較高，抗干擾性能較強 ； 編程比較簡單 ； 功能完善，適應能力較強 ； 使用簡單，調試維修比較方便 ； 體積較小，重量較輕，功耗較低 。 德國西門子 (SIEMENS)公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛 ,在冶金 、化工、印 刷生產(chǎn) 線等領 域都有 應用。 西門子 (SIEMENS) 公司 的 PLC 產(chǎn)品包括S7200,S7300,S7400,工業(yè)網(wǎng)絡 ,HMI 人機界面 ,工業(yè)軟件等。西門子 S7 系列 PLC 體積小、速度快、標準化 ,具有網(wǎng)絡通信能力 ,功能更強 ,可靠性更高。 S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型PLC(如 S7200),小規(guī)模性能要求的 PLC(如 S7300)和中、高性能要求的 PLC(如 S7400)等。 S7200 可編程控制器（ PLC）是一種小型化的 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。其可以使用模塊化結構進行自由組合，包括添加 各種輔助接口，擴展模塊，令其功能大大的增強。 S7200 系統(tǒng) PLC 的優(yōu)點： 南京工業(yè)大學 本科生畢業(yè) 設計 （ 論文 ） 9 （ 1） S7200 配置較靈活，除主機單元以外，還可以擴展 I/O 模塊， A/D 、 D/A 模塊以及其它的特殊功能模塊。 （ 2） S7200 的指令功能豐富，含有各種指令，并且指令執(zhí)行速度比較快。 （ 3） S7200 內(nèi)部擁有的各種繼電器，定時器，寄存器，計數(shù)器等等一系列元器件的組合，使得該 PLC 能夠完成系統(tǒng)所指定的各種工作。 （ 4） S7200 的編程器，可以在計算機上使用西門子工作提供的 Step7 編程軟件進行編程，使得變成方式大大的 簡化。 PLC 的編程語言有多種多樣，我們可以進行使用指令編程和梯形圖編程，而且我們可以通過計算機更加形象的進行軟件監(jiān)控，為系統(tǒng)調試和維護提供了便利。 SIMATIC S7200 PLC S7200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。 S7200 PLC 的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 S7200PLC 可提供 4 個不同的基本型號與 8 種 CPU 可供選擇使用。 SIMATIC S7200 系列特點是一種小型的 PLC，此款 PLC 擁有一些 S7300 和 S7400 無法比擬的有單，其設計緊湊、擴展性良好、指令完成功能強大以及價格低廉， S7200 PLC這些優(yōu)點也很好地滿足了小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。 S7200 PLC 能夠自動完成檢測、監(jiān)測、控制等等功能，如此強大的功能也奠定 S7200 PLC 在小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中的核心地位，而且可以應用于各行各業(yè)。 PLC 內(nèi)部擁有其自己的繼電器，他的繼電器是作為其本身的一種內(nèi)部工作單元而存在的，可以多次使用，壽命長，而且相對于一般的外置繼電器， PLC 內(nèi)部繼電器的可靠性更高，自動化水平比較高。 S7200 系列 PLC 系統(tǒng)構成如圖 11 所示： 第一章 引言 10 圖 11 s7200 系列 PLC 系統(tǒng)構成 南京工業(yè)大學 本科生畢業(yè) 設計 （ 論文 ） 11 第二章 生物發(fā)酵自動加藥控制系統(tǒng)的組成及其 儀表 選型 PLC 200 Smart 控制器 西門子 SIMATIC 控制器系列是一個完整的產(chǎn)品組合，包括從最基本的智能邏輯控制器 LOGO！以及 S7 系列高性能可編程控制器，再到基于 PC 的自動化控制系統(tǒng)。無論多么嚴苛的要求，它都能根據(jù)具體應用需求及預算，靈活組合、定制，并一一滿足。 PLC 選擇的方案有很多種，可以采用歐姆龍、西門子、三菱 PLC、施耐德系列等。在本次課題中選擇西門子系 列主要因為其廣泛的應用。而在西門子系列中又有 S7200、S7300、 S7400 等型號。 SIMATIC S7200 SMART 是西門子公司經(jīng)過大量市場調研，為中國客戶量身定制的一款高性價比小型 PLC 產(chǎn)品。結合西門子 SINAMICS 驅動產(chǎn)品及 SIMATIC 人機界面產(chǎn)品，以 S7200 SMART 為核心的小型自動化解決方案將為中國客戶創(chuàng)造更多的價值。 產(chǎn)品的亮點在于：機型豐富，更多選擇；選件擴展，精確定制；高速芯片，性能卓越； 以太互聯(lián)，經(jīng)濟便捷；三軸脈沖，運動自如；通用 SD 卡，方 便下載；軟件友好，編程高效；完美整合，無縫集成。 S7200 系列 PLC 是超小型化的 PLC,它適用于各行各業(yè) ,各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。 S7200 系列 PLC 的強大功能使其無論單機運行 ,或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 S7200 系列 PLC 可提供 4 個不同的基本型號與 8 種 CPU 可供選擇使用。其主機的外形結構如圖 31 所示： 第三章 生物發(fā)酵自動加藥控制系統(tǒng)的工作原理及運行特性 12 圖 21 西門子 smart200 外形結構圖 西門子視窗控制中心 SIMATIC 系列面板 Smart Line SIMATIC 操作面板是全集成自動化（ TIA）的一部分， 在全世界廣泛地應用于自動化系統(tǒng)中。由于 TIA 集成的獨一無二的技術，您可以大量減少組態(tài)時間，從而降低工程總費用。 西門子 順應市場需求推出的全新 SIMATIC 精彩觸屏（ Smart Line ），準確地提供了 人機界面 的標準功能，經(jīng)濟實用，具備高性價比。西門子精彩觸屏采用全新的高分辨率 16:9 寬屏液晶顯示和先進的工業(yè)設計理念，使設備操作變得更加輕松快捷，引領人機界面產(chǎn)品進入高分辨率寬屏顯示時代。 如今， 人機界面 已經(jīng)成為大多數(shù)工業(yè)機械設備的標準配置，尤其在使用小型機器和簡單應用時，成本成了關鍵因素。 西門子 順應市場需求推出的全新 SIMATIC 精彩系列面板（ Smart Line ），準確地提供了人機界面的標準功能，經(jīng)濟實用，具備高性價比。精彩系列面板采用全新的高分辨率 16:9 寬屏液晶顯示和先進的工業(yè)設計理念，使設備操作變得更加輕松快捷，引領人機界面產(chǎn)品進入高分辨率寬屏顯示時代。 西門子視窗控制中心 SIMATIC 系列面板 Smart Line 具有 以下幾個 特點 ：高分辨率寬屏顯示 ； 背光，節(jié)能降耗 ； 強大且豐富的通訊能力 ； 高性能處理器、高速外部總線及 64M DDR 內(nèi)存 ； 德國品質輕松擁有 ； 先進的生產(chǎn)失效故障模式分析 ； 先進的工業(yè)設計理念 ； 可靠的南京工業(yè)大學 本科生畢業(yè) 設計 （ 論文 ） 13 電源設計 ； 軟件特點 ； 變量管理 ； 報警管理 ； 豐富的畫面對象庫 ； 豐富的動畫效果簡單的生成方式 ； 高效、智能的組態(tài)方式 ； 獨一無二的多語言組態(tài) ； 輕松的項目更新與維護 。 控制 檢測 部分 控制部分 控制部分由步進電機和步進電機驅動器組成的蠕動泵，磁力攪拌器兩部分。 蠕動泵由三部分組成：驅動器，泵頭和軟管。流體被隔離在泵管中 、可快速更換泵管、流體可逆行、可以干運轉，維修費用低，等特點構成了蠕動泵的主要競爭優(yōu)勢。 我們這一次選用的蠕動泵是由南京潤澤流體控制設備有限公司生產(chǎn)的 YZ1515X的蠕動泵。此種蠕動泵能夠快速更換軟管，具有自適應卡管裝置，適用 7 種不同尺寸的軟管，應以滿足不同的流量要求。泵頭殼體分為兩種材料供給您選擇： PSF 聚砜材料，白色，外觀精美剛性好，精度高，常用于實驗室或分析儀器配套； PPS 聚苯硫醚材料，黑色，耐有機溶劑腐蝕，高精度，高強度，適合工業(yè)場所或惡劣條件下工作。泵頭滾輪總成均采用 304不銹鋼材料，長壽命，耐腐 蝕。 原理是蠕動泵就像用手指夾擠一根充滿流體的軟管，隨著手指向前滑動管內(nèi)流體向前移動。蠕動泵也是這個原理只是由滾輪取代了手指。通過對泵的彈性輸送軟管交替進行擠壓和釋放來泵送流體。就像用兩根手指夾擠軟管一樣 ,隨著手指的移動 ,管內(nèi)形成負壓 ,液體隨之流動。再更深一步對蠕動泵進行講解，蠕動泵是由兩相的步進電機以及步進電機驅動器兩部分組成的。 步進電機驅動器是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉是以固定的角度一步 一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速和定位的目的。步進電機驅動器的原理，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按