论文总字数：20095字

摘 要

 随着生物发酵工程在各行各业中的推广应用，发酵产品生产规模和种类不断增加，生物发酵中的环境保护问题、节能减排问题受到了越来越多的关注。

本文首先对发酵行业面临的问题进行了阐述分析，选择生物发酵过程中的典型的工艺发酵过程——葡萄糖发酵制乙醇作为工艺过程对象。通过调节葡萄糖入口阀门开度来控制反应釜中的葡萄糖浓度；通过调节氨水入口阀门开度来控制反应釜中的pH值；通过调节反应釜加热装置的运行功率来控制反应釜温度。基于MCGS构建了Windows平台的监控界面，实现了数据采集和存储、在线监控、权限管理、控制模式切换、报警显示与记录功能。基于TeslaSCADA开发平台构建了Android平台的监控界面，实现了数据监控、用户界面切换、权限管理、历史数据表格生成以及报警显示功能。

通过MATLAB和Modbus slave模拟输入数据对MCGS监控系统与TeslaSCADA监控系统进行运行调试，得出监控系统运行结果：发酵过程浓度在线检测和控制系统监控软件实现了对葡萄糖发酵制乙醇的工艺过程中的葡萄糖浓度在线检测与监控功能，Windows平台监控界面和Android平台的监控界面均实现了数据采集和存储、在线监控、权限管理、控制模式切换、历史数据查询、实施数据曲线图显示、报警显示与记录功能。

关键词：葡萄糖浓度在线检测 微生物发酵 手机监控 远程监控系统

Abstract

With the promotion and application of bio-fermentation engineering in various industries, the scale and variety of fermentation products are increasing, and environmental protection issues, energy conservation and emission reduction in bio-fermentation have received more and more attention.

This paper firstly analyzes the problems faced by the fermentation industry, and selects the typical process fermentation process in the process of bio-fermentation - glucose fermentation to ethanol as a process object. Based on MCGS, the monitoring interface of Windows platform is built, which realizes data collection and storage, online monitoring, authority management, control mode switching, alarm display and recording. Based on the TeslaSCADA development platform, the monitoring interface of the Android platform is built, which realizes data monitoring, user interface switching, rights management, historical data table generation and alarm display.

Through the MATLAB and Modbus slave analog input data, the MCGS monitoring system and the TeslaSCADA monitoring system are run and debugged, and the monitoring system operation results are obtained: the fermentation process concentration online detection and control system monitoring software realizes the glucose in the process of glucose fermentation to ethanol. Concentration online detection and monitoring function, Windows platform monitoring interface and Android platform monitoring interface have realized data collection and storage, online monitoring, authority management, control mode switching, historical data query, implementation data graph display, alarm display and recording function .

Key Words: On-line detection of glucose concentration; microbial fermentation; mobile phone monitoring; remote monitoring system

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 发酵过程监控系统的国内外研究现状 1

1.1.1发酵过程监控系统 1

1.1.2 发酵过程Android平台监控系统 2

1.2研究生物发酵工程的目的和意义 3

1.2.1 研究生物发酵工程的目的 3

1.2.2 研究生物发酵工程的意义 3

1.3立项依据 4

1.4研究思路和技术方法 4

第二章 过程控制对象 6

2.1 过程控制对象选择 6

2.2 工艺过程分析 7

2.3 控制变量与控制方案 8

2.3.1 控制变量 8

2.3.2 控制方案 8

2.3.3 监控平台控制功能 9

第三章 基于Wionds的监控平台构建 10

3.1 MCGS概述 10

3.2 用户窗口 10

3.3 菜单功能设置 10

3.4 实时数据库 11

3.5 报警设置 13

3.6 用户按钮 14

3.7 数据监控 15

3.8 权限管理设置 17

3.8.1 权限设置 17

3.8.2 按键权限管理 18

第四章 基于Android的监控平台构建 21

4.1 Android监控系统构建 21

4.1.1 监控系统搭建 21

4.1.2 服务器配置 23

4.1.3 标签创建 23

4.1.4 报警功能实现 24

4.1.5 数据库 25

4.1.6 实时曲线图 26

4.1.7 历史数据库表 26

4.1.8 用户按钮 26

4.2 Modbus通讯 26

第五章 MATLAB建模与通讯 28

5.1 MATLAB建模与报表生成 28

5.1.1 MATLAB脚本函数 28

5.1.2 simulink拓展 28

5.1.3 运行仿真 29

5.2 DDE服务节点配置 30

第六章 监控平台运行调试 32

6.1 MCGS监控平台运行调试 32

6.2 Android监控平台运行调试 34

6.3 小结 36

结束语 37

致 谢 39

参考文献 39

第一章 引言

1.1 发酵过程监控系统的国内外研究现状

随着生物发酵工程在各行各业中的推广应用，发酵产品生产规模和品种不断增加，人们也越来越关注生物发酵过程中的节能减排问题。

1.1.1发酵过程监控系统

为了实现对控制对象的控制要求，人们在设计监控系统时也为监控系统添加了不同的功能。数据采集和存储功能可以实现数据的实时监控，孙秀云的流量过程监控系统采用MCGS组态软件编写了界面友好和操作方便的上位机监控系统，该监控系统可以方便地设计系统参数和远程观测实验现场的系统数据，该监控系统中的控制模式切换功能实现了手动和自动切换^[1]。孙式运的智能化消防监控系统在设计制作控制操作界面前创建了新的工程，该监控系统中添加了可以手动进行报警的开关、自动化的洒水灭火仪器的控制开关和紧急照明灯以及疏散人群的出口方向指示开关^[2]。梁波的系统软件设计通过西门子V4.0 STEP 7 Micro/WINSP6 软件按照控制要求编写梯形图实现。编程采用模块化程序结构，使程序修改方便，便于调试^[3]。在监控系统中，报警和故障存储是监控系统中重要的一个环节，通过报警故障存储功能可以对设备出现问题时及时发现并解决。张刚在设计污水处理监控系统时，针对污水处理过程为研究对象，通过MCGS建立相应的组态画面。在用户界面中构建状态指示灯、限位开关、按钮、旋转开关、浮球式液位开关等设备，要求检测设备有数据输出，各执行设备有远程控制开关，并且在监控系统中添加了报警输出功能，可在现场发生数据偏差时发出报警信号，提醒操作人员做出相应的措施^[4]。报表打印功能完成数据报表的呈现,可以以Excel表格形式输出，便于工作人员的查阅与保存。李福龙的测量装置以MCGS组态软件为控制核心，利用系统中的静压差和空气在流动时的动压之间有着一定的比例关系实现对风量和风压的测定。测量中通过加权均值理论和循环采集的方式进行工作，确保数据监测的准确性和合理性^[5]。李玉兰的基于MCGS的水位监控系统仿真设计中添加了报表按钮，点击报表按钮进入报表窗口，可以查询实时报表和历史报表^[6]。而印玲的基于MCGS的船闸监控画面的设计中，采集时间根据实际运行需要进行设置,每隔10min进行一次数据存盘,则每10min内的水位以及闸门开度均会被记录在历史数据报表中^[7]。报警状态描述时，可以同样对故障的日期和对象等数据进行表述，高峰在设计监控系统时便添加了此功能，使操作人员可以及时查询到故障的地点日期，以做出更正，但是只有操作人员才能操作监控系统，系统中设置添加了用户功能，用户在使用时需要登录自己的账户来进行一些操作，在对用户进行分类时也对不同的用户授予了不同的操作权限，防止了外来人员的干扰，保障了工业过程的安全进行，同时也能避免操作人员的误操作引起的设备故障^[8]。报警信息的呈现多种多样，有使用报警信号灯来报警的，有使用实时曲线图的形式进行报警的，而肖清在瓦斯监控系统中使用了实时曲线图进行报警显示，监控系统首先通过串口通讯从各节点采集数据，采集频率为每分钟一次，然后将采集到的数据存储在工控机数据库中，以曲线图的形式呈现。在图中添加一条红色的阈值曲线，在曲线超过或低于阈值时，产生报警信号，并且可以显示过去一段时间内的目标物浓度，可以直观的供操作人员进行故障查询，也提供了预警功能，将历史监测数据的记录 ,用于显示生产过程中所有监测点的历史数据，可以出现突发情况时及时观察到数据的变化，并作出相应的措施^[9]。在权限管理功能的设置方面，孙鹏在烟气连续监控系统中对操作人员的权限按照他们的职责严格分配，加强了工业过程中对员工的约束能力，同时组态监控软件采用人机交互方式、下拉式菜单、弹出式窗口、热键操作、错误屏蔽等技术,最大限度方便用户操作^[10]。

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