生物制藥生產工藝過程中的溫度測量及控制

摘要：針對生物制藥生產工藝過程中的溫度測量及控制，本文介紹一種適用于生物制藥生產工藝過程中的溫度測量及控制系統(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)及藍牙無線發(fā)送器構成的多點無線測溫發(fā)送器和帶藍牙無線接收器、嵌入式微電腦和數碼顯示器的無線測溫接收器兩部分組成。無線測溫接收器還具有現場總線功能，能方便的實現智能網絡測溫、控溫系統(tǒng)。

關鍵詞：生物制藥；一線總線制的集成溫度變送；藍牙無線測溫；智能網絡

       生物制藥產業(yè)被為是2l世紀的朝陽產業(yè)，是生物技術應用廣泛、成效顯著、發(fā)展迅速的一個領域。它將生物技術和制藥產業(yè)合為一體，涉及到化學、基因學、、生物信息學、病理、物理等各學科，是一個多學科支撐的知識體系。

所謂生物制藥就是把生物工程技術應用到藥物制造領域的過程,其中主要的是基因工程方法。即利用克隆技術和組織培養(yǎng)技術，對DNA進行切割、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、動物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學工藝或分離純化技術制備并以生物學技術和分析技術控制中間產物和成品質量制成的生物活化劑。

在生物制藥工藝過程幣，其溫度的測量及控制一直是重要環(huán)節(jié)之一，它對于生產過程和最終產品的產量和質量有著決定性影響。在生物制約工么過程中，往往需要多點同時測溫，并且還要按照預定的溫度規(guī)程進行控制。而生物制藥現場往往連線和供電不便，故多點無線測溫是新興的溫度測量及控制的技術，帶有現場總線的系統(tǒng)更是現代測控技術的發(fā)展趨勢。

1）系統(tǒng)外形

      無線測溫系統(tǒng)外形見圖1(左為測溫無線發(fā)送模抉，右為測溫無線接收模抉)。

2）系統(tǒng)電路組成

      系統(tǒng)電路組成結構示意框圖見圖2。

圖 2系統(tǒng)電路組成結構示意框圖

  測溫無線發(fā)送模塊，可以1～n個，n小于256個.測溫無線接收模塊與測溫無線發(fā)送模塊之間采用藍牙技術的無線傳輸方式。測溫無線接收模塊可作成多路，其路數依據要求而定，且具有智能控制的現場總線功能。

3)測溫無線發(fā)送模塊電路組成

測溫無線發(fā)送模塊電路組成結構示意框圖見圖3。

 

圖3測溫無線發(fā)送模抉電路組成結構示意框圖

測溫無線發(fā)送模抉內部組成:

(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絡溫度變送器，即DS18B20

DS18B20基本性能:DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡單體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。

DS18B20產品的特點①只要求一個端口即可實現通信;②在DS18B20中的每個器件上都有序列號;③實際應用中不需要外部任何元器件即可實現測溫;④測量溫度范圍在一55C~十125C之間;⑤數字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇;⑥內部有溫度上、下限告警設置。

(2)CPU2一微電腦:負責測溫處理，指揮藍牙無線網絡數據傳送。

(3)藍牙無線模塊:藍牙技術是一種短距(10~15m)無線網絡技術，它能將各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統(tǒng)。此處用于無線傳送測溫數據。

(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，測溫無線發(fā)送模塊可用于不便提供交流電源供電，或高壓區(qū)測溫及移動體(無電源)測溫等場合。

4)測溫無線接收模塊

(1) 測溫無線接收模電塊路組成測溫無線接收模電塊路組成結構示意框見圖4。

圖4測溫無線接收模塊電路組成結構示意框圖

(2)測溫無線接收模塊內部組成

CPU1-微電腦:負責接收藍牙無線發(fā)送的測溫信息，驅動顯示。

藍牙無線模塊:同測溫無線發(fā)送模塊

電源:采用通用的開關式直流穩(wěn)壓電源。

顯示單元:采0.5寸七段LED數碼管組成顯示單元。

2.1原理創(chuàng)新

1)采用超小型高度集成的網絡溫度變送器DS18B20。

DS18B20數字溫度計是1一Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。

2)采用藍牙無線測溫系統(tǒng)。

3)用光電池供電。

上述三種技術組合，實現了超小型、低功耗、多路、無線測溫系統(tǒng)，是一項原理創(chuàng)新。2.2創(chuàng)新結構

1)采用多個藍牙無線測溫發(fā)射模塊，一個集中藍牙無線測溫接收模塊結構，是一種多點靈活的無線測溫結構。

2)采用超小型高度集成的網絡溫度變送器，光電池供電的一體化測溫結構。上述裝置是一種典型的結構創(chuàng)新。

2.3技術創(chuàng)新

采用超小型高度集成的網絡溫度變送器、藍牙無線和光電池供電等技術屬技術創(chuàng)新。

2.4應用創(chuàng)新

采用超小型高度集成的網絡溫度變送器、藍牙無線收發(fā)和光電池供電的測溫系統(tǒng)，使用靈活，可用于不方便提供交流供電，特別是移動物體和高電壓場合的測溫，多路無線測溫和集中顯示等場合，將本多點無線測溫系統(tǒng)應用于生物制藥產業(yè)，這是一種應用創(chuàng)新。

1)測溫范圍:-55~+125℃。

2)數字溫度計的分辨率:用戶可以從9位到12位選擇。

3)測溫發(fā)送裝置數據間隔:約7s發(fā)送一個數據，且可預先設定。

4)測溫精度:+0.5℃。

5)測溫上、下限:可設定，并記憶，停電不丟，可以控制溫度范圍，也可設置超限報警。

6)探頭:不銹鋼管測溫探頭，長度可變，抗腐蝕。

7)藍牙無線數據傳輸:數據傳輸短距(10~15m)，它能用于各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統(tǒng)。此處用于無線傳送測溫數據。

8)藍牙無線測溫發(fā)射模塊:尺寸為84mmx104mmx176mm。其中:176mm為溫度變送器尺寸，其尺寸可位實際需要訂制。

9)測溫無線接收模塊:尺寸為96mmx96mmx110mm。采5寸七段LED數碼管組成顯不單元，顯示測溫值。

10)供電:無線測溫發(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。無線測溫接收模塊工作電源為220VAC，采用直流開關電游供電。

4.1概述

      電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

      Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準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、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

 

4.2應用場所

      適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

 

4.3系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

4.4系統(tǒng)功能

      測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

 

3）運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

4）實時告警：系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(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行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

4.5系統(tǒng)硬件配置

      溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

      生物制藥中的溫度檢測是為了控制制藥過程的溫度，對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多采用熱電偶摸擬方式長線傳輸，易受干擾，且可靠性差，測量精度低，影響生物制藥要求。由于摸擬方式測溫，連線多，不方使多點同時測溫。

用于生物制藥中的多點無線測溫系統(tǒng)，是一種現代多點無線測溫裝置，在生物制藥過程中的實際應用，它能提高生物制藥的測控水平，保證生物制藥的工藝穩(wěn)定和產品質量。系統(tǒng)采用了超小型高度集成的網絡溫度變送器DS18B20、藍牙無線收發(fā)技術和光電池供電，使系統(tǒng)的體積小，重量輕，低功耗，智能測溫控溫，其使用靈活，在生物制藥中具有實用和推廣價值。