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摘 要

发酵工程已经广泛应用在农业、食品、医药、化学品、能源、材料等许多领域，而且近年来自动化信息技术广泛应用于新技术、新工艺过程，为了提高生产效率，使生产可重复操作，创造更大的利润空间。本课题针对5L微生物发酵罐进行自动控制系统的设计与实现，采用PLC控制，WinCC组态监控的技术，设计自动加药的控制方案，实现了微生物发酵的自动加药控制与远程监控。全文主要内容如下：

根据课题要求和生物发酵自动加药知识背景，设计出生物发酵自动加药的工艺流程以及自动控制过程的方案。构建了由PLC作为下位机，西门子触摸屏作为监控面板的自动加药控制系统。通过PLC来控制生物发酵各项参数，再将数据通过上位机WinCC Flexible进行实时输出和监控。根据发酵控制方案进行电气设计及仪表选型，整个系统通过传感器采集对象参数输出的模拟量信号，编写PLC程序，在PLC中经过相应控制算法的计算后，给出输出的调节信号，控制器件随之对整个控制系统进行控制，最终达到稳态，使整个系统稳定运行，在WinCC组态界面上显示趋势视图。

关键词：微生物发酵罐 西门子S7-200 自动加药控制 WinCC监控

Automatic control system design of biological fermentation process

Abstract

Fermentation engineering has been widely used in many fields of agriculture, food, medicine, chemicals, energy, materials, and information technology is widely used in recent years automation of new technologies, new processes, to ensure that the production process can be repeated operability, compliance to achieve flexible and efficient production of many varieties. The topic for 5L fermentation tank design and implementation of automatic control system, PLC control, WinCC configuration monitoring technology, design control scheme automatic dosing to achieve a microbial fermentation automatic dosing control and remote monitoring. The main text as follows:

According to the subject requirements and biological fermentation automatic dosing background knowledge to design a bio-fermentation process of automatic dosing programs and automatic control process. Constructed by the PLC as the next crew, Siemens touch screen monitor panel as automatic dosing control system. By PLC to control the parameters of fermentation parameters, then the data output by the WinCC Flexible in real time and monitor. Electrical design and instrument selection according to fermentation control scheme, the whole system through the analog sensor output signals collection object parameters, write PLC program, the PLC after the corresponding control calculation algorithm, regulator output signal is given, the control device along with the entire control system to control and eventually reaches a steady state, so that the whole stability of the system, the output trend view on WinCC.

Key words: Microbial Fermentation Tank; Siemens S7-200; Automatic Dosing Control; WinCC Monitor

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1微生物发酵的基本概念及发展背景 1

1.1.1微生物发酵的基本概念 1

1.2.1微生物发酵的发展背景 1

1.2微发酵过程自动控制的典型方法 1

第二章 微生物发酵罐自动控制方案设计 4

2.1 5L微生物发酵罐的工艺流程 4

2.1.1工艺设计的要求 4

2.1.2工艺设计的流程介绍 4

2.2微生物发酵装置自动控制方案的设计 5

2.2.1微生物发酵过程中对参数的自动控制 5

2.2.2微生物发酵过程中PLC的控制 6

2.3本章小结 9

第三章 电气设计及仪表选型 10

3.1控制柜设计 10

3.1.1柜体设计 10

3.1.2主控制柜进线电源电路图 10

3.1.3继电器图 11

3.2各元器件的选型 12

3.2.1电器模块的选型 12

3.2.2 PLC 200控制器 12

3.2.3西门子视窗控制中心SIMATIC系列面板Smart Line 14

3.2.4伺服电机的选型 14

3.2.5蠕动泵的选型 15

3.2.6传感器的选型 16

3.3本章小结 18

第四章 PLC程序设计及人机界面 19

4.1 可编程控制器PLC 19

4.2 PLC编程 20

4.3 WinCC Flexible 25

4.3.1 HMI人机界面设计 25

4.3.2 WinCC监控界面的设计 26

4.4本章小结 29

第五章 总结和展望 30

参考文献 31

致 谢 32

第一章 绪 论

1.1微生物发酵的基本概念及发展背景

1.1.1微生物发酵的基本概念

生物化学所说的发酵是指，微生物在一定的条件下，分解各种有机物质的过程。而发酵工程是指将利用微生物发酵过程，得到有利的产品。

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