安科瑞針對(duì)無線測(cè)溫系統(tǒng)在生物制藥工廠中應(yīng)用的探討
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：針對(duì)生物制藥生產(chǎn)工藝過程中的溫度測(cè)量及控制，本文介紹一種適用于生物制藥生產(chǎn)工藝過程中的溫度測(cè)量及控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一線總線制的集成溫度變送，嵌入式微電腦、鋰電池(或硅光電池)及藍(lán)牙無線發(fā)送器構(gòu)成的多點(diǎn)無線測(cè)溫發(fā)送器和帶藍(lán)牙無線接收器、嵌入式微電腦和數(shù)碼顯示器的無線測(cè)溫接收器兩部分組成。無線測(cè)溫接收器還具有現(xiàn)場(chǎng)總線功能，能方便的實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫、控溫系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：生物制藥；一線總線制的集成溫度變送；藍(lán)牙無線測(cè)溫；智能網(wǎng)絡(luò)
0引言
生物制藥產(chǎn)業(yè)被公認(rèn)為是2l世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)，是生物技術(shù)應(yīng)用廣泛、成效顯著、發(fā)展迅速的一個(gè)領(lǐng)域。它將生物技術(shù)和制藥產(chǎn)業(yè)合為一體，涉及到化學(xué)、基因?qū)W、、生物信息學(xué)、病理、物理等各學(xué)科，是一個(gè)多學(xué)科支撐的知識(shí)體系。
所謂生物制藥就是把生物工程技術(shù)應(yīng)用到藥物制造領(lǐng)域的過程,其中主要的是基因工程方法。即利用克隆技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)，對(duì)DNA進(jìn)行切割、插入、連接和重組，從而獲得生物醫(yī)藥制品。廣義的生物制藥包括了基因工程制藥、生化制藥等:而狹義的生物制藥則主要是指基因工程制藥。生物藥品是以微生物、寄生蟲、動(dòng)物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學(xué)工藝或分離純化技術(shù)制備并以生物學(xué)技術(shù)和分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量制成的生物活化劑。
在生物制藥工藝過程幣，其溫度的測(cè)量及控制一直是重要環(huán)節(jié)之一，它對(duì)于生產(chǎn)過程和終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有著決定性影響。在生物制約工么過程中，往往需要多點(diǎn)同時(shí)測(cè)溫，并且還要按照預(yù)定的溫度規(guī)程進(jìn)行控制。而生物制藥現(xiàn)場(chǎng)往往連線和供電不便，故多點(diǎn)無線測(cè)溫是新興的溫度測(cè)量及控制的技術(shù)，帶有現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)是現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
1、系統(tǒng)組成原理
1）系統(tǒng)外形
無線測(cè)溫系統(tǒng)外形見圖1(左為測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模抉，右為測(cè)溫?zé)o線接收模抉)。
2）系統(tǒng)電路組成
系統(tǒng)電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖見圖2。
圖 2系統(tǒng)電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖
測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊，可以1～n個(gè)，n小于256個(gè).測(cè)溫?zé)o線接收模塊與測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊之間采用藍(lán)牙技術(shù)的無線傳輸方式。測(cè)溫?zé)o線接收模塊可作成多路，其路數(shù)依據(jù)要求而定，且具有智能控制的現(xiàn)場(chǎng)總線功能。
3)測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊電路組成
測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖見圖3。
圖3測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模抉電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖
測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模抉內(nèi)部組成:
(1)溫度變送器
溫度變送器采用一線總線制的高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器，即DS18B20
DS18B20基本性能:DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。
DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)①只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信;②在DS18B20中的每個(gè)器件上都有序列號(hào);③實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫;④測(cè)量溫度范圍在一55C~十125C之間;⑤數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇;⑥內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。
(2)CPU2一微電腦:負(fù)責(zé)測(cè)溫處理，指揮藍(lán)牙無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送。
(3)藍(lán)牙無線模塊:藍(lán)牙技術(shù)是一種短距(10~15m)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它能將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)。此處用于無線傳送測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。
(4)供電:采用光電池供電。本供電系統(tǒng)由硅光電池、充電控制電路和可充電電池組成。因此，測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊可用于不便提供交流電源供電，或高壓區(qū)測(cè)溫及移動(dòng)體(無電源)測(cè)溫等場(chǎng)合。
4)測(cè)溫?zé)o線接收模塊
(1) 測(cè)溫?zé)o線接收模電塊路組成測(cè)溫?zé)o線接收模電塊路組成結(jié)構(gòu)示意框見圖4。
圖4測(cè)溫?zé)o線接收模塊電路組成結(jié)構(gòu)示意框圖
(2)測(cè)溫?zé)o線接收模塊內(nèi)部組成
CPU1-微電腦:負(fù)責(zé)接收藍(lán)牙無線發(fā)送的測(cè)溫信息，驅(qū)動(dòng)顯示。
藍(lán)牙無線模塊:同測(cè)溫?zé)o線發(fā)送模塊
電源:采用通用的開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源。
顯示單元:采0.5寸七段LED數(shù)碼管組成顯示單元。
2、創(chuàng)新點(diǎn)
2.1原理創(chuàng)新
1)采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器DS18B20。
DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是1一Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。
2)采用藍(lán)牙無線測(cè)溫系統(tǒng)。
3)用光電池供電。
上述三種技術(shù)組合，實(shí)現(xiàn)了超小型、低功耗、多路、無線測(cè)溫系統(tǒng)，是一項(xiàng)原理創(chuàng)新。2.2創(chuàng)新結(jié)構(gòu)
1)采用多個(gè)藍(lán)牙無線測(cè)溫發(fā)射模塊，一個(gè)集中藍(lán)牙無線測(cè)溫接收模塊結(jié)構(gòu)，是一種多點(diǎn)靈活的無線測(cè)溫結(jié)構(gòu)。
2)采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器，光電池供電的一體化測(cè)溫結(jié)構(gòu)。上述裝置是一種典型的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。
2.3技術(shù)創(chuàng)新
采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器、藍(lán)牙無線和光電池供電等技術(shù)屬技術(shù)創(chuàng)新。
2.4應(yīng)用創(chuàng)新
采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器、藍(lán)牙無線收發(fā)和光電池供電的測(cè)溫系統(tǒng)，使用靈活，可用于不方便提供交流供電，特別是移動(dòng)物體和高電壓場(chǎng)合的測(cè)溫，多路無線測(cè)溫和集中顯示等場(chǎng)合，將本多點(diǎn)無線測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用于生物制藥產(chǎn)業(yè)，這是一種應(yīng)用創(chuàng)新。
3.產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)
1)測(cè)溫范圍:-55~+125℃。
2)數(shù)字溫度計(jì)的分辨率:用戶可以從9位到12位選擇。
3)測(cè)溫發(fā)送裝置數(shù)據(jù)間隔:約7s發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，且可預(yù)先設(shè)定。
4)測(cè)溫精度:+0.5℃。
5)測(cè)溫上、下限:可設(shè)定，并記憶，停電不丟，可以控制溫度范圍，也可設(shè)置超限報(bào)警。
6)探頭:不銹鋼管測(cè)溫探頭，長(zhǎng)度可變，抗腐蝕。
7)藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)傳輸:數(shù)據(jù)傳輸短距(10~15m)，它能用于各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)。此處用于無線傳送測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。
8)藍(lán)牙無線測(cè)溫發(fā)射模塊:尺寸為84mmx104mmx176mm。其中:176mm為溫度變送器尺寸，其尺寸可位實(shí)際需要訂制。
9)測(cè)溫?zé)o線接收模塊:尺寸為96mmx96mmx110mm。采5寸七段LED數(shù)碼管組成顯不單元，顯示測(cè)溫值。
10)供電:無線測(cè)溫發(fā)射模塊，+5V光電池給充電電池供電，太陽光下，充電8h，可供測(cè)溫發(fā)射模塊工作16h，也可由自熾燈充電。充電狀態(tài)山發(fā)光二管顯示，也可就用鉀電池供電。無線測(cè)溫接收模塊工作電源為220VAC，采用直流開關(guān)電游供電。
4.安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案
4.1概述
電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.4系統(tǒng)功能
測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：
1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
2）溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。
3）運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
4）實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。
5）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。
4.5系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。
5.結(jié)論
生物制藥中的溫度檢測(cè)是為了控制制藥過程的溫度，對(duì)于生物制藥是十分重要的。日前傳統(tǒng)生物制藥中的溫度檢測(cè)多采用熱電偶摸擬方式長(zhǎng)線傳輸，易受干擾，且可靠性差，測(cè)量精度低，影響生物制藥要求。由于摸擬方式測(cè)溫，連線多，不方使多點(diǎn)同時(shí)測(cè)溫。
用于生物制藥中的多點(diǎn)無線測(cè)溫系統(tǒng)，是一種現(xiàn)代多點(diǎn)無線測(cè)溫裝置，在生物制藥過程中的實(shí)際應(yīng)用，它能提高生物制藥的測(cè)控水平，保證生物制藥的工藝穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)采用了超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò)溫度變送器DS18B20、藍(lán)牙無線收發(fā)技術(shù)和光電池供電，使系統(tǒng)的體積小，重量輕，低功耗，智能測(cè)溫控溫，其使用靈活，在生物制藥中具有實(shí)用和推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
［1］常小青,檀宏杰,馮獻(xiàn)彬,王春巖．用于生物制藥中的多點(diǎn)無線測(cè)溫系統(tǒng)[J]．電氣技術(shù),2011,000(009):52-54
［2］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版
作者簡(jiǎn)介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電
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