海洋生物酶发酵过程自动控制系统的设计与研究

摘要

海洋生物酶项目是中国水产科学研究院黄海水产研究所承担的一项国家863计划海洋技术领域的重大课题。海洋生物酶作为一种新型的鱼类饲料添加剂已经取得了突破性的进展，并已经完成了实验室到中试生产的过度。生物学综合评定结果表明“海洋生物酶添加剂”对海水鱼的促生长效果显著，具有良好的市场前景<'[1]>。但是，与之配套设备的自动化水平太低已经成为海洋生物酶产业化过程中的瓶颈。 本课题主要研究海洋生物酶发酵过程自动控制系统的设计。自动控制系统采用西门子公司的PLC S7-315-2DP作为一类主站，处于核心控制地位，处理系统各种数据和工艺动作流程；三个操作员面板OP270作为系统的二类主站，操作人员可以用操作员面板进行监控生产过程：远程分布式I/O模块ET200M实现了现场信号就近采集，便于接线以及调试；全数字交流调速器MM440具有完善的通讯功能，通过PROFIBUS模板的连接可作为PROFIBUS-DP网络上的从站，实时响应主站发出的各种命令，直接控制现场设备，同时实时检测和返回电机运行状态；通信模块CP342-5作为PROFIBUS-DP网络的中转站，减轻了主站的通信任务，缩短了系统的响应时间。 发酵过程中，发酵液的溶解氧浓度是一个非常重要的发酵参数，既影响细胞的生长，也影响产物的生成。由于与其他多个变量的相互影响，我们很难建立一个精确的数学模型。传统的控制方法很难在溶解氧控制系统中达到好的效果，所以我们引入了模糊控制。通过对相关参数的分析，我们选用空气流量和搅拌速度作为控制量。以现场调试过程中数据记录为基础，选出一定量的数据组成数据对，利用查表法构造一个二维输入二维输出的模糊控制系统。本文详细的介绍了控制系统的设计过程，主要包括三个方面：硬件设计、软件设计和程序调试。硬件方面包括方案确定、硬件选型、硬件组态、网络组态；软件方面包括程序结构设计和部分子程序设计：调试方面简单介绍了调试的过程及经常遇到的问题。另外，文中还介绍了：PROFIBUS概况以及PROFIBUS-DP的基本特征，并分别详细介绍了主站和ET200M从站、主站和MM440从站之间通信程序的编写。

目录

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摘 要

符号说明

第一章课题概况及研究内容

1.1海洋生物技术背景及现状

1.2本课题的背景及意义

1.3本课题研究的内容及要达到的目标

1.4系统设计原则

第二章发酵过程生产工艺及控制要求

2.1发酵过程生产工艺

2.2控制要求

第三章系统总体方案设计及其实现

3.1设计思想

3.2总线控制方案的确定

3.3系统结构

3.4系统实现

3.4.1系统硬件实现

3.4.2系统网络实现

第四章系统软件设计与实现

4.1人机界面(HMI)设计

4.1.1 OP270简介

4.1.2组态软件介绍

4.1.3人机界面(HMI)组态设计

4.2程序结构设计

4.3通信程序实现

4.3.1 PLC与EM200M从站之间的通信

4.3.2 PLC与MM440从站之间的通信

第五章模糊系统在溶解氧控制中的应用

5.1模糊系统简介

5.2发酵过程溶解氧变化分析

5.3模糊系统设计

5.3.1控制量选择

5.3.2模糊系统设计

第六章系统调试

6.1单机调试

6.2网络调试

6.3生产调试

结论

附录

参考文献

致谢