生物发酵过程自动加药控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

生物发酵过程自动加药控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

进行推理，两者相结合最终 使得溶解氧得到控制。 在生物发酵实际进行中，专家系统会根据知识库中的知识不断的和内部的知识进行比较，在知识库中找到相对应的变化区域，根据此变化区域的规则和语句对溶解氧进行控制。 这就是所谓的溶解氧控制方法。 消泡控制方法：生物发酵系统在刚开始进行发酵的时候，微生物处于旺盛状态，料液不断加入，搅拌子也在不断进行搅拌，溶氧量此时也相对较高，所有这一切都会使得发酵剧烈，同样会因此产生大量的泡沫，泡沫不断上浮，甚至会出现逃液的现象。 这时就需要我们及时加入消泡剂来减少泡沫，防止上浮。 对于这一现象的控制目前比较常用的就是采用双位式的生物发酵控制方法，实际上就是对于发酵液液位的控制，因为事先调整好的发酵液一定是不会超过一定液位的，当液位计检测到液位上升甚至超过液位上限时就要打开消泡剂阀门，直至液位重新回到安全液位区域关闭阀门。 生物发酵过程自动加药技术的应用前景 之前基于 PLC 的自动加药系统已在多领域投入使用，例如选矿厂等，原理类似，所以就拿基于 PLC 的自动加药系统在选矿厂的实际生产情况分析生物发酵过程自动加药技术的应用前景，自动加药系统在很多方面都起到了积极有效的作用，对于选矿厂的技术管理有了明显的规范，还有就是 操作都是由机器自动去完成，大大降低了工作人的劳动强度，而且机器的自动加药更加有效，一方面降低了耗药量，节约了成本，另一方面整个加药系统南京工业大学 本科生毕业 设计 （ 论文 ） 7 很稳定，基本维持在高效运转，显著提升了生产效率，为公司创造了更好的效益。 自动加药机在使用过程中，明显提高了自动加药的精度。 除此之外，由于 PLC 的反馈调节控制使得选矿质量更加优良，更加稳定，而且耗药量也有了明显下降，效率明显提高，由于自动加药机处于稳定的高效处理阶段，所以最终的精矿后的杂质也减少了不少，为工厂公司带来的效益显著提高。 所以，基于 PLC 型的生物发酵过程自动 加药机结构简单，操作方便，基本无故障。 在节省药剂、提高生产效率等方面取得了显著的效益，经济效益和社会效益十分明显。 由此可见，基于 PLC 的生物发酵过程自动加药技术的应用前景很广阔。 西门子可编程控制器 (PLC)的发展概况 可编程逻辑控制器就是我们常说的 PLC。 PLC 是一个数字运算操作的电子系统，内部的微处理器是 PLC 的核心，由于在工业环境下需要控制开关量，但是人为控制又会出现很大的威胁，所以设计了 PLC，这就是 PLC 的由来。 PLC 所采用的存储器比较特殊，可以用来编程， PLC 的存储器可以用来执行一系列操作 的指令，例如：逻辑运算、顺序控制、定时、计数等等指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出 ,控制各种类型机械的生产过程。 而且其扩展单元以及相应的外围设备均能与工厂的整个系统连为一体，扩展单元也易于接入。 在美国的马萨诸塞州，上世纪 60 年代末，世界上诞生第一种 PLC。 随后， 70 年代是PLC 的第一阶段，这个阶段 PLC 开始发展起来，初步应用于汽车流水线。 80 年代是 PLC的第二阶段，这个阶段 PLC 的发展技术逐渐走上成熟，在此时，结合了微电子处理器技术，使得当代的 PLC 大受推广，以每年 20%的速率增长，也正是由于这个阶段 的发展， PLC 成为了工控领域不可获取的器件。 90 年代是 PLC 的第三阶段，这个阶段颁布了工业控制的编程语言 IEC 611313， PLC 突破了既有的技术，在系统结构上以及应用上都实现了大规模的突破。 在系统结构上， PLC 从传统的单机向多 CPU 和分布式及远程控制系统发展在编程语言上，图形化和文本化语言的多样性 ,创造了其更具表达控制要求、通信能力和文字处理的编程环境；从应用角度看 ,除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，更发展了以 PLC第一章 引言 8 为基础的 DCS 系统、监控和数据采集系统 (SCADA)、柔性制造系统 (FMS)、安全连锁保护系统 (ESD)等 ,全方位地提高了 PLC 的应用范围和水平。 PLC 的飞速发展推动了 PLC 的应用 ,它除了在传统优势领域的应用继续平稳地增长外，还在数控机床、自动化装配线方面的得到了广泛应用。 另外值得关注的是， PLC 的应用挤占了单片机市场，除此之外， PLC 在通讯和网络方面的进步，使 PLC 从单体或局部控制向大型生产过程控制迈进。 区别于其他控制系统， PLC 构成的控制系统有以下几个特点：可靠性高，抗干扰能力强；结构设计的模块化；编程简单，方便维修；功能完善，适应性强。 PLC 是一个工业控制器，其主要的运 算方式就是二进制逻辑运算。 PLC 现在被广泛应用于国内外的工控领域，计算机技术和控制技术在 PLC 上得到了结合，这也体现了 PLC 相较于单片机拥有更强大的功能以及优点，优点就在于：故障率低，顺序控制、数据处理等等工业控制领域常用的功能都可以在 PLC 上得到很好的完成。 PLC 控制有着其他设备没有的特点： 可靠性较高，抗干扰性能较强 ； 编程比较简单 ； 功能完善，适应能力较强 ； 使用简单，调试维修比较方便 ； 体积较小，重量较轻，功耗较低。 德国西门子 (SIEMENS)公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛 ,在冶金 、化工、印 刷生产 线等领 域都有 应用。 西门子 (SIEMENS) 公司 的 PLC 产品包括S7200,S7300,S7400,工业网络 ,HMI 人机界面 ,工业软件等。 西门子 S7 系列 PLC 体积小、速度快、标准化 ,具有网络通信能力 ,功能更强 ,可靠性更高。 S7 系列 PLC 产品可分为微型PLC(如 S7200),小规模性能要求的 PLC(如 S7300)和中、高性能要求的 PLC(如 S7400)等。 S7200 可编程控制器（ PLC）是一种小型化的 PLC 系统，能满足中等性能要求的应用。 其可以使用模块化结构进行自由组合，包括添加 各种辅助接口，扩展模块，令其功能大大的增强。 S7200 系统 PLC 的优点： 南京工业大学 本科生毕业 设计 （ 论文 ） 9 （ 1） S7200 配置较灵活，除主机单元以外，还可以扩展 I/O 模块， A/D 、 D/A 模块以及其它的特殊功能模块。 （ 2） S7200 的指令功能丰富，含有各种指令，并且指令执行速度比较快。 （ 3） S7200 内部拥有的各种继电器，定时器，寄存器，计数器等等一系列元器件的组合，使得该 PLC 能够完成系统所指定的各种工作。 （ 4） S7200 的编程器，可以在计算机上使用西门子工作提供的 Step7 编程软件进行编程，使得变成方式大大的 简化。 PLC 的编程语言有多种多样，我们可以进行使用指令编程和梯形图编程，而且我们可以通过计算机更加形象的进行软件监控，为系统调试和维护提供了便利。 SIMATIC S7200 PLC S7200 PLC 是超小型化的 PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。 S7200 PLC 的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7200PLC 可提供 4 个不同的基本型号与 8 种 CPU 可供选择使用。 SIMATIC S7200 系列特点是一种小型的 PLC，此款 PLC 拥有一些 S7300 和 S7400 无法比拟的有单，其设计紧凑、扩展性良好、指令完成功能强大以及价格低廉， S7200 PLC这些优点也很好地满足了小规模控制系统的要求。 S7200 PLC 能够自动完成检测、监测、控制等等功能，如此强大的功能也奠定 S7200 PLC 在小规模控制系统中的核心地位，而且可以应用于各行各业。 PLC 内部拥有其自己的继电器，他的继电器是作为其本身的一种内部工作单元而存在的，可以多次使用，寿命长，而且相对于一般的外置继电器， PLC 内部继电器的可靠性更高，自动化水平比较高。 S7200 系列 PLC 系统构成如图 11 所示： 第一章 引言 10 图 11 s7200 系列 PLC 系统构成 南京工业大学 本科生毕业 设计 （ 论文 ） 11 第二章 生物发酵自动加药控制系统的组成及其 仪表 选型 PLC 200 Smart 控制器 西门子 SIMATIC 控制器系列是一个完整的产品组合，包括从最基本的智能逻辑控制器 LOGO。 以及 S7 系列高性能可编程控制器，再到基于 PC 的自动化控制系统。 无论多么严苛的要求，它都能根据具体应用需求及预算，灵活组合、定制，并一一满足。 PLC 选择的方案有很多种，可以采用欧姆龙、西门子、三菱 PLC、施耐德系列等。 在本次课题中选择西门子系 列主要因为其广泛的应用。 而在西门子系列中又有 S7200、S7300、 S7400 等型号。 SIMATIC S7200 SMART 是西门子公司经过大量市场调研，为中国客户量身定制的一款高性价比小型 PLC 产品。 结合西门子 SINAMICS 驱动产品及 SIMATIC 人机界面产品，以 S7200 SMART 为核心的小型自动化解决方案将为中国客户创造更多的价值。 产品的亮点在于：机型丰富，更多选择；选件扩展，精确定制；高速芯片，性能卓越； 以太互联，经济便捷；三轴脉冲，运动自如；通用 SD 卡，方 便下载；软件友好，编程高效；完美整合，无缝集成。 S7200 系列 PLC 是超小型化的 PLC,它适用于各行各业 ,各种场合中的自动检测、监测及控制等。 S7200 系列 PLC 的强大功能使其无论单机运行 ,或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7200 系列 PLC 可提供 4 个不同的基本型号与 8 种 CPU 可供选择使用。 其主机的外形结构如图 31 所示： 第三章 生物发酵自动加药控制系统的工作原理及运行特性 12 图 21 西门子 smart200 外形结构图 西门子视窗控制中心 SIMATIC 系列面板 Smart Line SIMATIC 操作面板是全集成自动化（ TIA）的一部分， 在全世界广泛地应用于自动化系统中。 由于 TIA 集成的独一无二的技术，您可以大量减少组态时间，从而降低工程总费用。 西门子 顺应市场需求推出的全新 SIMATIC 精彩触屏（ Smart Line ），准确地提供了 人机界面 的标准功能，经济实用，具备高性价比。 西门子精彩触屏采用全新的高分辨率 16:9 宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，使设备操作变得更加轻松快捷，引领人机界面产品进入高分辨率宽屏显示时代。 如今， 人机界面 已经成为大多数工业机械设备的标准配置，尤其在使用小型机器和简单应用时，成本成了关键因素。 西门子 顺应市场需求推出的全新 SIMATIC 精彩系列面板（ Smart Line ），准确地提供了人机界面的标准功能，经济实用，具备高性价比。 精彩系列面板采用全新的高分辨率 16:9 宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，使设备操作变得更加轻松快捷，引领人机界面产品进入高分辨率宽屏显示时代。 西门子视窗控制中心 SIMATIC 系列面板 Smart Line 具有 以下几个 特点 ：高分辨率宽屏显示 ； 背光，节能降耗 ； 强大且丰富的通讯能力 ； 高性能处理器、高速外部总线及 64M DDR 内存 ； 德国品质轻松拥有 ； 先进的生产失效故障模式分析 ； 先进的工业设计理念 ； 可靠的南京工业大学 本科生毕业 设计 （ 论文 ） 13 电源设计 ； 软件特点 ； 变量管理 ； 报警管理 ； 丰富的画面对象库 ； 丰富的动画效果简单的生成方式 ； 高效、智能的组态方式 ； 独一无二的多语言组态 ； 轻松的项目更新与维护。 控制 检测 部分 控制部分 控制部分由步进电机和步进电机驱动器组成的蠕动泵，磁力搅拌器两部分。 蠕动泵由三部分组成：驱动器，泵头和软管。 流体被隔离在泵管中 、可快速更换泵管、流体可逆行、可以干运转，维修费用低，等特点构成了蠕动泵的主要竞争优势。 我们这一次选用的蠕动泵是由南京润泽流体控制设备有限公司生产的 YZ1515X的蠕动泵。 此种蠕动泵能够快速更换软管，具有自适应卡管装置，适用 7 种不同尺寸的软管，应以满足不同的流量要求。 泵头壳体分为两种材料供给您选择： PSF 聚砜材料，白色，外观精美刚性好，精度高，常用于实验室或分析仪器配套； PPS 聚苯硫醚材料，黑色，耐有机溶剂腐蚀，高精度，高强度，适合工业场所或恶劣条件下工作。 泵头滚轮总成均采用 304不锈钢材料，长寿命，耐腐 蚀。 原理是蠕动泵就像用手指夹挤一根充满流体的软管，随着手指向前滑动管内流体向前移动。 蠕动泵也是这个原理只是由滚轮取代了手指。 通过对泵的弹性输送软管交替进行挤压和释放来泵送流体。 就像用两根手指夹挤软管一样 ,随着手指的移动 ,管内形成负压 ,液体随之流动。 再更深一步对蠕动泵进行讲解，蠕动泵是由两相的步进电机以及步进电机驱动器两部分组成的。 步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为“步距角” )，它的旋转是以固定的角度一步 一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。 步进电机驱动器的原理，采用单极性直流电源供电。 只要对步进电机的各相绕组按。