工业发酵自动化控制基于RS-485总线实现智能化控制
概述 系统描述 解决方案 连接示意图 适用产品型号

工业发酵指的是依靠微生物的生命活动而将各种原料转化为人类需要的产品而实现的工业生产过程。工业发酵中微生物的生命活动依靠生物氧化提供的代谢能提供,其中微生物代谢过程中外部环境因素对于微生物的生命活动起到了至关重要的作用,及时调整发酵过程中的环境参数,能够有效的控制发酵过程,降低能耗提高生产效率。其中温湿度,酸碱度以及含氧量等环境参数是微生物发酵的关键因素。

系统描述

由于生物发酵是非常复杂的生化反应过程,其存在非线性,纯滞后以及时变性。为保证优化生产的目标,必须要采取实时控制即时调整的自动化控制系统,而原有的工业发酵过程,基本上还是采用人工检测,手动调节的办法,完全依据工人的现场经验操控,检测数据不能实时采集分析,不能及时应对发酵过程中的变化过程,经常会出现这样或者那样的失误,导致生产效率以及产品的成品率波动较大。采用工业发酵智能化控制系统,能够实时采集分析数据,并依据建立的数据模型生成的控制曲线完成自动控制,从而使得整个生产流程达到最优化的配置。

解决方案

工业发酵智能化控制系统所需要采集的数据一般包含有酸碱度(PH值),温湿度以及含氧量,相应的采集数据传感器分别为PH传感器,温湿度传感器以及溶解氧传感器等各种传感器。一般都是通过各种传感器实时采集的各种数据,经由各种方法传输至计算机,计算机软件通过分析各项参数,并依照软件中的数据模型建立的控制曲线对各个设备进行控制,比如控制加热器或者通风口调节发酵罐体内的温湿度,通过添加酸碱物质调节PH值,通过控制通风口调整罐体内的含氧量等各项数值,使之各种参数一直调配至最适宜微生物生命活动的参数范围之内。

各种传感器基本上都是采用4~20mA电流信号输出,而模拟量信号传输距离有限且容易受外部电磁环境干扰,一般都是利用模拟量输入模块将4~20mA模拟量信号转换为RS-485串口数据信号,通过RS-485总线工业控制网络传输数据。在此厂家选用的是深圳市鼎信鸿达科技有限公司的MD-108型模拟量输入模块,其提供八路独立隔离的4~20mA电流输入接口,支持Modbus RTU通信协议,采用RS-485总线通信接口与计算机通信,支持多个模块级联,RS-485端口采用光电隔离芯片将模块与RS-485总线进行有效隔离,保证数据通信的稳定性。

PH传感器以及温湿度传感器在检测到罐体内的各种数据之后,通过4~20mA电流接口输出相应数值的电流信号,而计算机则周期性的轮询各个模拟量输入模块,通过下发基于Modbus RTU协议的相应指令至模块,MD-108将其模拟量信号接口上的电流数值读取,通过编码存储至寄存器表中,计算机软件通过串口读取寄存器表中的相应数值,通过对这些数值进行换算之后得到罐体内的PH值以及温湿度,含氧量等各项参数。通过分析之后,在经过计算机中的数学模型建立的控制曲线,对相应的设备进行控制,以达到最优化的生产过程。

RS-485总线由于其采用差分平衡传输方式,使得其对差模干扰具有很强的抗干扰能力,但是由于RS-485总线由于通信距离较远,外部的电磁干扰以及电位差对其形成的共模干扰还是会严重影响其数据通信,特别是当其必须要按照RS-485总线布线规范,按照手牵手总线式的布线方式布线的时候,更加容易形成相互干扰。在此工厂采用N-1204型485集线器进行布线,其向上提供一条RS-485接口,向下提供四路RS-485接口,能够将一个较大的RS-485总线划分为四个小型的RS-485总线,其端口之间提供DC/DC电源隔离和光电隔离芯片对485信号进行有效隔离,可以有效消除工业发酵中的机械设备运转造成的电磁干扰对数据通信的影响。

连接示意图
适用产品型号
485集线器
N-1204型485集线器 MD-108型模拟量输入模块

 

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