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摘 要

微生物发酵过程是当今及其重要的工业生产过程，本文主要研究发酵过程中自动控制系统的设计。本课题取自南京工业大学过程控制研究院的微生物连续发酵项目。控制装置的设计是自动控制系统设计的一个重要组成部分，本文研究的对象是仪表、控制柜和电器元件是生产过程的硬件支持。

本文主要研究内容如下：

首先，本文先介绍了微生物发酵的工艺过程，分析工艺过程中各设备的重要控制参数，根据生产过程工况不同参数的特征，进行装置检测仪表与变送器的选择以及阀门和输送泵的选择选型，给出了各种测量仪表、电机（输送泵）和其他关键电气设备的型号、数量等。

然后，进行控制系统的硬件部分设计。控制柜体设计主要是控制柜内电气元件的选型，控制柜CAD图的设计和控制柜的安装与实现。根据控制要求进行继电器，断路器，PLC等电气设备的选型，然后按照电气控制方案，绘制CAD图。图清楚的反应了控制柜的布局，系统的供电配置，继电器的工作原理，所有端子的排布以及PLC到继电器、继电器到传感器的接线等。最后一步是控制柜的安装与实现，这个部分根据前面绘制的CAD图以及生产过程的要求，按照国家标准完成柜体和器件的安装，实现对微生物发酵过程的控制。

关键词：发酵过程，控制系统，变频器，PLC，控制柜

Design of automatic control device for microbial fermentation process

Abstract

Microbial fermentation process is an important industrial production process. This paper mainly studies the design of the automatic control system in the fermentation process. This study was taken from the continuous fermentation project of the Process Control Research Institute of Nanjing University of Technology. Control device design is an important part of the design of automatic control system, the object of this paper is the instrument, control cabinet and electrical components is the production process of the hardware support.

The main research contents of this paper are as follows:

First of all, this paper introduces the process of microbial fermentation, an important control parameter of each equipment in the process of analysis, according to the characteristics of different parameters of the production process conditions, device testing instrument and transducer selection and valve and a transmission pump selection selection, given the various measuring instruments, a motor (pump) and other key electrical equipment model, such as the number of.

Then, the hardware part of the control system is designed. Control cabinet design is to control the selection of electric components in the cabinet, control cabinet CAD design and control cabinet installation and implementation. According to the control requirements of the relay, circuit breakers, PLC and other electrical equipment selection, and then in accordance with the electrical control plan, drawing CAD chart. Figure clearly reflects the control cabinet layout, system power allocation and relay working principle, arrangement of all the terminals and PLC to relay, relay, sensor wiring. The last step is to control cabinet installation and implementation. This part according to requirements of the front drawing CAD drawings and production process, in accordance with national standards completed installation of a cabinet body and a device, the microbial fermentation process control.

Key words: fermentation process； control system；frequency converter； PLC；control cabinet.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景及意义 1

1.2微生物发酵控制模式的发展 2

1.2.1智能仪表控制系统 2

1.2.2 DCS控制系统 2

1.2.3嵌入式控制系统 3

1.2.4基于PLC的控制系统 4

第二章 微生物发酵工艺综述 5

2.1发酵工艺简介 5

2.1.1工艺流程 5

2.1.2配料工艺 7

2.1.3发酵设备介绍 8

2.2发酵过程的参数分析 12

2.2.1发酵过程物理参数 12

2.2.2发酵过程化学参数 12

2.3发酵过程的系统控制 13

2.3.1灭菌过程控制 13

2.3.2发酵过程控制 13

2.3.3电极校正环节 13

第三章 仪表、阀门、泵的选型 15

3.1仪表选型 15

3.1.1温度仪表 15

3.1.2 PH值测量仪表 16

3.1.3压力仪表 17

3.1.4流量计 18

3.1.5溶氧浓度 18

3.2阀门 19

3.2.1阀门介绍 19

3.2.2阀门选型 19

3.2.3泵和电机 20

第四章 控制柜体的设计 22

4.1总设计 22

4.1.1配电柜设计 22

4.1.2变频器设计 22

4.1.3电气控制柜 24

4. 2 控制柜布置图 27

4.2.1主控柜 27

4.2.2电气原理图 28

4.2.3继电器接线原理图 30

4.2.4 PLC端子排接线 35

4. 3安装与实现 36

4.3.1电气控制柜元器件的安装 36

4.3.2电气控制柜的接线 37

第五章 总结与展望 39

参考文献 40

附录I 电气原理图 42

附录II 端子排布图 43

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