CH658528A5 - Einschub und geraet mit solchen einschueben zur ueberwachung und steuerung von variablen in einem biochemischen prozess. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einschub zur Überwachung und Steuerung einer Variablen in einem biochemischen Prozess sowie ein Gerät mit solchen Einschüben zur Überwachung und Steuerung mehrerer Variabler in einem biochemischen Prozess.

Biochemische Prozesse, wie beispielsweise Fermentie-rungsprozesse, sind generell langsam aber sehr komplex. Die Prozesse werden wesentlich durch Umgebungsfaktoren be-einflusst und durch Einstellung der Temperatur, des Druk-kes, der Bewegungsgeschwindigkeit, des pH-Werts, des Luftstroms, der Nährlösungszufuhr und anderer Faktoren gesteuert. Die Steuerung dieser Umgebungsfaktoren und speziell deren miteinander verbundene Steuerung ist umfangreich untersucht worden. In den US-Patentschriften 3 926 737 und 3 926 738 werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung von biochemischen Prozessen beschrieben, die auf der Feststellung der Werte vorgegebener steuerbarer und abhängiger Variablen basieren. Durch einen Computer wird dabei wenigstens eine weitere, nicht direkt messbare abhängige Variable auf Echtzeitbasis oder auf indirekter Zeitbasis aus der Vielzahl von vorgegebenen steuerbaren und abhängigen Variablen berechnet, wobei die nicht direkt messbare abhängige Variable den Zustand des biochemischen Prozesses angibt. Danach werden die Werte der steuerbaren Variablen als Funktion der berechneten Werte der weiteren abhängigen Variablen zusammenhängend reguliert, um die weitere abhängige Variable zwecks Realisierung der gewünschten Umgebungsbedingungen für den biochemischen Prozess auf vorgegebene Werte zu bringen. Obwohl ein derartiges Verfahren und eine derartige Anordnung zur Steuerung eines biochemischen Prozesses eine wirksame und sehr komplizierte Steuerungstechnik darstellen, ist es jedoch insbesondere in Verbindung mit Fermentierungsgeräten in Laboratorien oft wünschenswert, die verschiedenen steuerbaren Variablen direkt gemäss vorgegebenen und änderbaren Profilen zu überwachen und zu steuern, wobei auch die Profile zusammenwirkend gesteuert werden können. Dies hat zur Entwicklung verschiedener Formen von Überwa-chungs- und Steueranordnungen einschliesslich von mit Einschüben bestückten Geräten geführt. Werden derartige Geräte ausschliesslich durch einen zentralen Computer gesteuert, so führt der Ausfall des Computers generell auch zu einem Ausfall im Prozess. Auf der anderen Seite fehlt es bei bekannten Geräten mit Einschüben an der Flexibilität für eine vollständige Überwachung und Steuerung. Insoweit derartige Geräte fest verdrahtet sind, können sie nur schwer geändert werden. Darüber hinaus sind die verschiedenen Funktions-Einschübe generell nicht einfach austauschbar, so dass aufwendige Ersatzkomponenten bereitgehalten werden müssen, wenn der Prozess unabhängig vom Ausfall eines speziellen Einschubs ohne Beeinträchtigung weiterlaufen soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit Einschüben versehenes Gerät zur Steuerung und Überwachung von biochemischen Prozessen, speziell Fer-mentierungsprozessen, anzugeben, bei dem Funktions-Einschübe durch relativ einfache Änderungen auswechselbar sind.

Darüber hinaus soll eine vollständige manuelle Eingabe eines Profils jeder Funktion sowie die getrennte, aber zusammenwirkende Einstellung und Steuerung dieser Funktionen möglich sein.

Das Gerät soll weiterhin kompakt und einfach verwendbar sein und dennoch einen vollen Steuerbereich einschliesslich von PID-Steuerungen für jede Funktion ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Einschub der eingangs genannten Art erfindungsgemäss durch folgende Merkmale gelöst:

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einen Mikroprozessor, einen ersten an den Mikroprozessor angekoppelten Speicher zur Speicherung des Programms für den Einschub-Betrieb, einen zweiten an den Mikroprozessor angekoppelten elektrisch umprogrammierbaren Speicher zur Speicherung wenigstens von variablen Sollwertdaten zur Verwendung bei der Steuerung der Variablen, eine manuelle Eingabeeinrichtung zur selektiven Eingabe der Sollwertdaten in den zweiten Speicher und eine an den Mikroprozessor angekoppelte Schnittstelleneinrichtung wenigstens zur Aufnahme von den Sensorausgangssignalen entsprechenden Signalen und deren Einspeisung in den Mikroprozessor sowie zur Übertragung von Signalen vom Mikroprozessor zur Durchführung der Variablen-Steuerung.

Es kann eine Vielzahl derartiger Einschübe in einem System mit einem Instrumenten-Gestell verwendet werden, das zur lösbaren Montage der Einschübe dient und eine Stromversorgungseinrichtung, eine Sensorsignal-Empfangseinrichtung, eine Steuersignal-Übertragungseinrichtung und ein die Einschübe, die Stromversorgungseinrichtung, die Sensor-signal-Empfangseinrichtung und die Steuersignal-Übertragungseinrichtung koppelndes Leitungsfeld aufweist. Die Einschübe sind dabei lösbar in das Leitungsfeld steckbar. Das Gestell kann weiterhin ein mit dem Leitungsfeld gekoppeltes Aufzeichnungsgerät enthalten, das Daten aufnimmt und aufzeichnet, welche die überwachten Funktionen von bestimmten Funktions-einschüben repräsentieren. Das Gestell kann weiterhin mit dem Leiterfeld gekoppelte Pumpeneinrichtungen zur Aufnahme von Steuersignalen von einem bestimmten Einschub enthalten. Darüber hinaus kann das Gestell einen Sensor-Einschub mit einer Aufbereitungs-Schaltungsanordnung zur Überführung der Sensorsignale in eine Form enthalten, die für die Funktions-Einschübe geeignet ist. Darüber hinaus kann diese Schaltungsanordnung die vom Funktions-Einschub übertragenen Signale in eine für die Steuerung der Funktion geeigneten Form übertragen. Schliesslich kann das Gestell eine an das Leitungsfeld gekoppelte Computer-Schnittstelleneinrichtung enthalten, mittels derer Daten von den Funktions-Einschüben zur Einstellung von Sollwerten und deren Steuerung übertragen werden können.

Die Funktions-Einschübe sind dadurch austauschbar, dass wenigstens ihr erster Speicher ersetzt wird. Die Funktionseinschübe können auch eine Einrichtung zur Verbindung mit vorgegebenen Kanälen des Leitungsfeldes sowie zum Ersatz der manuellen Eingabeeinrichtung zusammen mit dem Ersatz des ersten Speichers zwecks Realisierung ihrer Auswechselbarkeit enthalten.

Dadurch, dass jeder Einschub einen gesonderten Mikroprozessor enthält, und steckbar in das Gestell einfügbar ist, kann er bei geringfügigen Abänderungen leicht ausgewechselt werden, so dass die oben erläuterten Nachteile bekannter Geräte vermieden werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt.

Figur 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Instru-menten-Gestells mit einem entnommenen Einschub;

Figur 2 einen vergrösserten Teilschnitt in einer Ebene 2—2 in Fig. 1, welcher eine Seitenansicht eines Temperatur-Einschubs zeigt;

Figur 2A eine Teilaufsicht einer Ein/Ausgabe-Schalttafel, aus der eine Kanalauswahlanordnung ersichtlich ist;

Figur 3 einen Schnitt in der Ebene 3—3 in Fig. 2 mit nicht dargestellten Teilen der Einschubhalterung in Form einer Aufsicht des Temperatur-Einschubs;

Figur 4 einen Schnitt in der Ebene 4—4 in Figur 3;

Figur 5 eine Ansicht einer Frontplatte des Temperatur-Einschubs gemäss der Erfindung;

Figur 6 eine Ansicht der Frontplatte eines erfindungsge-mässen Einschubs für gelösten Sauerstoff;

Figur 7 eine Ansicht der Frontplatte eines erfindungsge-mässen pH-Einschubs;

Figur 8 eine Ansicht der Frontplatte eines erfmdungsge-mässen Antischaum-Einschubs;

Figur 9 eine perspektivische Hinteransicht eines erfin-dungsgemässen Sensor-Einschubs;

Figur 10 eine Ansicht einer Frontplatte des erfindungsge-mässen Sensor-Einschubs;

Figur 11 ein Blockschaltbild eines typischen erfindungs-gemässen Funktions-Einschubs;

Figur 12 ein Blockschaltbild des Instrumenten-Gestells; und

Figur 13 ein Blockschaltbild eines Mehrfach-Fermentie-rungssystems mit Instrumenten-Gestellen.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform eines Instrumenten-Gestells 10 mit einem konventionell ausgebildeten Gehäuse 12, das zur lösbaren Aufnahme mehrerer Einschübe dient, wie dies im folgenden noch genauer erläutert wird.

Um eine Vorstellung von der Grösse des Instrumenten-Gestells 10 zu gewinnen, sei daraufhingewiesen, dass das Gehäuse 12 bei einer Ausführungsform eine Breite von etwa 48,26 cm, eine Tiefe von 53,34 cm und eine Höhe von 71,12 cm besitzt. Das Gestell ist hinsichtlich der durchgeführten Überwachungs- und Steuerfunktionen relativ kompakt. Das Gehäuse besitzt ein Paar von Handgriffen 14 in seinen Seitenwänden zur Erleichterung seines Transports. Das Gehäuse 12 besitzt drei, durch ein offenes Gitter gebildete Zwischen-Regaleinlagen 16, so dass eine Luftzirkulation zur Kühlung der verschiedenen elektrischen Komponenten möglich ist. An den Ober- und Unterseiten der Zwischeneinlagen 16 sowie an den Innenseiten einer Deck- und einer Bodenwand des Gehäuses 12 sind Schienen 18 vorgesehen, welche zur Aufnahme, Führung und Halterung von nach oben und nach unten gerichteten Rippen 20 im Rahmen der im Gehäuse 12 befindlichen Einschübe dienen. Diese Schienen 18 verlaufen von der Vorderseite zur Hinterseite des Gehäuses, um die entsprechenden Einschübe in das Gehäuse bzw. aus dem Gehäuse einsetzen bzw. entnehmen zu können, wie dies im folgenden noch genauer erläutert wird.

Auf der Hinterseite des Gehäuses ist eine hintere Ebene gehaltert, die durch eine Vielzahl von senkrecht verlaufenden und zur Rückseite jedes Einschubs ausgerichteten Fassungen 22 sowie ein Feld von Leitungen 24 gebildet wird, welche die entsprechenden Fassungen 22 miteinander verbinden und mit den verschiedenen Elementen des Instrumenten-Gestells verbunden sind, wie dies im folgenden noch im einzelnen beschrieben wird. Bei einer Ausführungsform enthält das Feld 100 Leitungen, wobei jede Fassung 22 100 Stiftverbindungen bildet. Bei einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform können die Leitungen 24 durch ein leitendes Feld in Form einer an sich bekannten gedruckten Schaltung gebildet werden. Auf der Hinterseite des Gehäuses 12 ist weiterhin eine von einer Wand 28 gehalterte Fassung 26 vorgesehen, welche die Kopplung des Gestells mit einer äusseren Spannungsquelle über einen Stecker 30 ermöglicht. Diese Fassung 26 ist über ein Leiterfeld 24 mit einem Stromversorgungs-Einschub 32 verbunden. Dieser Stromversorgungs-Einschub kann mittels eines Handgriffs 34 in das Gehäuse 12 eingesetzt und aus diesem entnommen werden. Der Stromversorgungs-Einschub 32 ist zu einer (nicht eigens dargestellten) Fassung 22 ausgerichtet und mit einem entsprechenden Stekker vorgesehen, welcher von einer gedruckten Schaltung ausgeht, wie dies im folgenden noch beschrieben wird. Der Stromversorgungs-Einschub 32 dient zur Lieferung der für den Betrieb des Gestell-Systems notwendigen Spannungen

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für verschiedene Kanäle des Mehrkanal-Leitungsfeldes 24. Ein Druckknopfschalter 36, der vorzugsweise eine den eingeschalteten Zustand anzeigende Lampe enthält, dient zur Ein-und Ausschaltung der Stromversorgung und damit des gesamten Gestells. Alle Elemente des Gestells werden von den durch den Stromversorgungs-Einschub erzeugten und über das Leitungsfeld übertragenen Spannungen gespeist.

Im Gehäuse 12 befindet sich weiterhin ein Aufzeich-nungs-Einschub 38, der bei einer Ausführungsform als konventioneller sechskanaliger Streifenblattschreiber ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform können bis zu 2 Schreiber vorgesehen werden, wobei der Aufzeichnungsfunktion 12 Kanäle zugeordnet sind. Zusätzlich zum Stromversorgungs-Einschub und zum Aufzeichnungs-Einschub ist in der oberen Reihe des Instrumenten-Gestells ein Schnittstellen-Einschub 40 vorgesehen, durch den über einen auf seiner Frontplatte montierten Stecker 42 eine Verbindung mit einem externen Computer möglich ist. Die Wirkungsweise dieses Schnittstellen-Einschubs 40 wird im folgenden noch genauer beschrieben. Im Schnittstellen-Einschub 40 sind zwei Anzeigelampen in Form von Licht-emittierenden Dioden vorgesehen, welche anzeigen, ob das Gestell Daten vom externen Computer empfangt bzw. zu diesem sendet. Der Schnittstellen-Einschub gewährleistet eine Verbindung zwischen Datenleitungen, welche einen Teil des Leitungsfeldes 24 bilden, sowie dem externen Computer.

Die dargestellte Ausführungsform des Instrumenten-Gestells 10 enthält sieben Funktions-Einschübe, nämlich einen Temperatureinschub 44, einen Druck-Einschub 46, einen Bewegungs-(Geschwindigkeits-)Einschub 48, einen Einschub 50 für gelösten Sauerstoff, einen pH-Einschub 52, einen Luftstrom-Einschub 54 sowie einen Antischaum-Einschub 56. Das spezielle Gestell besitzt eine Möglichkeit für die Aufnahme eines weiteren Einschubs zur Durchführung einer gewünschten Funktion, wie beispielsweise einer Nährlösungs- oder Vorlauf-Eingangssteuerung über die Steuerung von Pumpen als Funktion von Lastzellen oder ähnlichem, oder einer Redox-Steuerung über die Steuerung der Zuführung von Oxidations- und Reduktionsmitteln. Die Funktions-Einschübe nehmen die beiden mittleren Regaleinlagen ein.

Die untere Regaleinlage trägt drei Pumpen-Einschübe, nämlich einen Säurepumpen-Einschub 60, einen durch den pH-Einschub 52 gesteuerten Basenpumpen-Einschub 62 sowie einen durch den Antischaum-Einschub 56 gesteuerten Antischaumpumpen-Einschub 64. Weiterhin ist ein Sensor-Einschub 65 vorgesehen (siehe Fig. 9), der eine Ver-arbeitungs-Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Funktions-Einschubs-Steuersignalen zur Betätigung bestimmter Steuerungen sowie zur Verarbeitung bestimmter Sensor-Eingangssignale zur Einspeisung in die Funktions-Einschübe enthält. Die Wirkungsweise des Sensoreinschubs wird im folgenden noch genauer erläutert. Zusätzliche Sensor-Signaleingaben und Steuersignal-Ausgaben, bei denen eine Verarbeitung nicht erforderlich ist, können über Anschlussblöcke 66 und 68 erfolgen, welche auf der Innenfläche einer Seitenwand des Gehäuses 12 montiert sind. Diese Anschlussblöcke sind über Leitungen 70 an bestimmte Kanäle des Leitungsfeldes 24 angekoppelt. Die Anschlussblöcke 66 und 68 dienen auch als Ausgangsverbindungen zu externen Alarmeinrichtungen, wie beispielsweise Summern, was im folgenden noch genauer erläutert wird.

Jeder der oben beschriebenen Einschübe besitzt einen Rahmen mit vier Randhalterungen 72, welche von vorn nach hinten verlaufen und zwischen einer Vorderplatte und einer Rückwand 74 gehaltert sind. Der Rahmen wird durch Schrauben 76 sowie durch (nicht dargestellte) Schrauben zusammengehalten, welche die entsprechenden Handgriffe 34

der entsprechenden Einschübe in ihrer Stellung halten. Jede der Randhalterung ist mit einer der aufwärts oder abwärts gerichteten Rippen 20 geformt, welche in den Schienen 18 laufen.

Die Funktions-Einschübe 44,46,48,50, 52, 54 und 56 besitzen jeweils vier Schaltungsplatten, wie dies anhand des Temperatur-Einschubes 44 gemäss den Fig. 2—4 dargestellt ist. Speziell besitzt jeder Einschub eine Ein/Ausgabe-Schal-tungsplatte 80, welche mittels Abstandhaltern 82 und Schrauben 84 an den Seitenhalterungen 72 auf einer Seite des Einschubs gehaltert ist. Diese Ein/Ausgabe-Schaltungs-platte 80 verläuft in Längsrichtung des Einschubs (von vorne nach hinten) und besitzt auf ihrer Hinterseite einen nach hinten gerichteten Stecker 86. Dieser Stecker 86 besitzt auf jeder Seite gedruckte Leitungen 88, wobei in dieser Ausführungsform 50 Leiter auf jeder Seite in sich gegenüberliegenden Paaren vorgesehen sind, um eine Kopplung mit den entsprechenden 100 Kanälen des Leitungsfeldes 24 zu gewährleisten. Jeder Stecker 22 besitzt zwei parallele beabstandete Reihen von Leitern 90, welche eine elektrische Verbindung mit den entsprechenden gedruckten Leitungen 88 bilden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Leitungsfeld und dem Einschub zu schaffen. Die Rückwand 74 des Rahmens jedes Einschubs besitzt eine Öffnung 92, durch die der Stekker 88 der Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 verlaufen kann. Weiterhin verläuft in Längsrichtung jedes Funktions-Einschubs eine Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94, welche mittels Abstandhaltern 96 und Schrauben 98 am anderen Satz der Randhalterungen 72 montiert ist. Die Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94 ist mittels eines flexiblen Mehrleiter-Bandkabels 100 mit der Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 92 elektrisch gekoppelt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, verläuft eine dritte Schaltungsplatte, nämlich eine Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 quer durch den Einschub und ist dabei unmittelbar hinter einer Vorderplatte 104 angeordent. Die Schaltungsplatte 102 ist mittels Schrauben 108 an einem Kreuzträger 106 montiert. An der Hinterseite der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungs-platte 102 ist mittels Abstandhaltern 110 und Schrauben 112 eine Anzeige-Schaltungsplatte 114 montiert. Diese Anzeige-Schaltungsplatte 114 verläuft ebenfalls quer zum Einschub und parallel zur Frontplatte 104. Die Anzeige-Schaltungsplatte 114 ist mittels eines Mehrleiter-Bandkabels 116 mit der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 elektrisch gekoppelt, während ein flexibles Mehrleiter-Bandkabel 118 die Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94 und die Anzeige-Schaltungsplatte 114 koppelt. Die Vorderplatte 104 jedes Funktions-Einschubes wird durch eine äussere, Anzeigen tragende Platte 120 und eine innere Schalter- und Lichtemissionsdioden-Matrixplatte 122 gebildet, obwohl auch eine einzige, mit Anzeigen versehene Platte verwendet werden kann. Auf der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 ist eine Vielzahl von zu runden Öffnungen in der Frontplatte 104 ausgerichteten Licht-emittierenden Dioden 124 vorgesehen (siehe beispielsweise Fig. 5), wodurch die Licht-emittierenden Dioden im Falle ihrer Betätigung sichtbar sind. Auf der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 ist weiterhin eine Vielzahl von Schaltern 126 mit Betätigungsknöpfen 128 vorgesehen, welche sich durch kleine rechteckförmige Öffnungen in der Frontplatte 104 erstrecken. Die Schalter 126 sind zur selektiven Einstellung von Sollwerten und zur Steuerung der entsprechenden Einschübe manuell betätigbar, wie dies im folgenden noch genauer erläutert wird.

Die Anzeige-Schaltungsplatte 114 haltert einen Anzeige-Modul 130, der sich durch eine rechteckförmige Öffnung in der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 bis vor die Frontplatte 104 erstreckt, um eine visuelle

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numerische Auslesung zu ermöglichen. Gemäss einer Ausführungsform kann der Anzeige-Modul 130 eine konventionelle Lichtemissionsdioden-Anzeigemit vier Ziffern und sieben Anzeigeelementen pro Ziffer sein.

Anhand von Fig. 11 wird im folgenden die Wirkungsweise eines generellen Funktions-Einschubs 132 beschrieben. Wie oben ausgeführt, besitzt die Schalter- und Lichtemis-sionsdioden-Schaltungsplatte 102 Frontplatten-Schalter und Licht-emittierende Dioden, wobei sie durch das Kabel 116 mit der Anzeige-Schaltungsplatte 114 gekoppelt ist, welche einen Frontplatten-Anzeigemodul 130 haltert und zugehörige Decoder- und Treiberschaltungen aufweist. Weiterhin überträgt die Anzeige-Schaltungsplatte 114 Schalterbetätigungssignale zur Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94 von der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 und Lichtemissionsdioden-Betätigungssignale von der Mikroprozessor-Schaltungsplatte zur Schaltungsplatte 102. Die Übertragunsfunktion kann im Bedarfsfall über einen Decoder laufen.

Die Anzeige-Schaltungsplatte 114 ist durch das Kabel 118 mit der Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94 gekoppelt. Das Herzstück der Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94 ist ein Mikroprozessor 134, der in einer Ausführungsform ein von der Firma Motorola mit der Typenbezeichnung 6802 vertriebener Prozessor sein kann. Auf der Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94 sind weiterhin ein lokaler Adressendecoder 136, ein Busdecoder 138, eine Echtzeit-Taktstufe 140 sowie Speicher in Form eines Schreib-Lese-Speichers (RAM) 142, ein elektrisch umprogrammierbarer Festwertspeicher (EAPROM) 144 sowie ein elektrisch programmierbarer Festwertspeicher (EPROM) 146 vorgesehen. Die Echtzeit-Taktstufe dient zur Ausübung von «Profilierungs»-Funktio-nen. Der Begriff «Profilierung» bezeichnet im Rahmen vorliegender Erfindung eine Folge von auf eine Prozesszeit oder einen Vorgang bezogenen Sollwerten für jede Funktion, bei der es erwünscht ist, dass der Prozess in jedem Zeitpunkt des biochemischen Prozesses gesteuert und überwacht wird. Die Echtzeit-Taktstufe 140 kann eingestellt und gelesen werden, wie dies im folgenden noch genauer erläutert wird. Der Busdecoder 138 steuert den Zugriff zu der gemeinsamen Datenleitung der Mikroprozessor-Schaltungsplatte, um den Zugriff zu und vom Mikroprozessor in der Richtung des Mikroprozessors zu steuern. Das RAM 142 bildet einen Zwischenspeicher für den Mikroprozessor. Dieses RAM 142 ist ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff, der durch den Mikroprozessor änderbar ist. Das EPROM 146 ist ein elektrisch programmierbarer Festwertspeicher, der beim Hersteller oder beim Verwender elektrisch programmiert wird, aber durch den Mikroprozessor nicht veränderbar ist. Der Inhalt des EPROM 146 unterscheidet sich von Funktions-Einschub zu Funktions-Einschub, wobei es das spezielle Steuerprogramm enthält, das dem Steuerschema zugeordnet ist, das für die durch den jeweiligen Funktions-Einschub gesteuerte Variable charakteristisch ist. Das EPROM 146 soll ein nicht flüchtiger Speicher sein, der beim Ausfall der Spannungsversorgung seine Information nicht verliert, d.h., der Inhalt des EPROM geht bei Abschaltung des Einschubs oder einem anderen Stromversorgungsausfall nicht verloren. Der elektrisch umprogrammierbare Festwertspeicher 144 ist ebenfalls ein nicht flüchtiger Speicher. Sein Inhalt ist jedoch durch den Mikroprozessor entweder als Funktion von manuell eingegebenen Eingangssignalen von der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 oder andererseits als Funktion von Signalen vom Computer-Datenbus änderbar, wie dies im folgenden noch genauer beschrieben wird. Der elektrisch umprogrammierbare Festwertspeicher 144 speichert Eingangs/Ausgangs-Parameterdaten, welche Sensorsignale in einen durch den Mikroprozessor ausnutz658 528

baren Code überführen, sowie aus Zeit- und Funktionswertinformation bestehende Sollwertdaten. Die Eingangs/ Ausgangs-Parameterinformation wird im elektrisch umprogrammierbaren Festwertspeicher 144 gespeichert, da derartige Daten für verschiedene Sensoren unterschiedlich sein können. Die Mikroprozessor-Schaltungsplatte 94 ist durch das Mehrleiter-Kabel 100 mit der Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 verbunden. Die Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 dient zur Kopplung des Leitungsfeldes 24 und besitzt fünf Formen von Eingangs- und Ausgangsschaltungen. Ein Sensoreingang wird durch eine Analog-Digital-Eingangsstufe 148 gebildet. In einer Ausführungsform sind 18 Kanäle des Leitungsfeldes auf den Sensoreingang geführt. Eine Digital-Anal o g-Ausgangsstufe 150 dient zur Übertragung von Steuersignalen zu den Sensoren. In einer Ausführungsform sind dieser Funktion 12 Kanäle des Leitungsfeldes 24 zugeordnet. Im erfmdungsgemässen Instrumenten-Gestell 10 findet eine analoge Erfassung und eine analoge Steuerung Verwendung, wodurch eine Analog-Digital-Wandlung und eine Digital-Analog-Wandlung erforderlich wird. Die erfin-dungsgemässe Anordnung kann jedoch auch in Verbindung mit direkten digitalen Steuerungen und digitalen Ausgangssensoren verwendet werden. Eine Protokoll-Schnittstellen-Stufe 152 steuert den Zugriff zum Computer-Bus, wodurch sowohl eine Kommunikation zwischen den Einschüben (im folgenden noch genauer erläutert) als auch eine Kommunikation zwischen einem externen Computer und den Einschüben möglich ist. Jedem Einschub ist ein Zeitbereich für den Zugriff zum Computer-Bus zugeordnet, wobei der spezielle Zeitbereich im EPROM 146 codiert ist. In einer Ausführungsform wird jeder Zeitbereich durch V20 eines Zyklus von 20 ms gebildet. Aufgrund des langsamen Prozesses und der kleinen Betriebsfrequenz der entsprechenden Einschübe trifft jeder Einschub im ungünstigsten Fall einmal während eines Zyklus von 20 ms einen belegten Computer-Bus an. Dies ist eine Zeitdauer, welche für die in Frage kommenden biochemischen Prozesse von keiner Bedeutung ist. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass jeder Einschub nicht während jedes Zyklus eine Kommunikation ausführt. In einer Ausführungsform sind dem Computer-Bus 21 Kanäle zugeordnet. Jeder Einschub besitzt zur Erleichterung der Kommunikation einen definierten Adresscode.

Die Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 enthält weiterhin eine Impuls-Pumpensteuerung 154, welche dann Verwendung findet, wenn der Einschub eine Pumpe steuert, wie dies für den pH- und den Antischaum-Einschub der Fall ist.

Die Pumpen 60, 62 und 64 werden durch einen Schrittschaltmotor als Funktion von gesteuerten Zahlen von Impulsen betätigt, wobei die Impulszahlen die Menge von zu transportierender Flüssigkeit repräsentieren. Derartige Impulssignale werden dem entsprechenden, der Pumpensteuerung zugeordneten Kanal durch die Impuls-Pumpensteuerung 154 zugeführt. In einer Ausführungsform sind 12 derartige Pumpensteuerkanäle vorgesehen.

Schliesslich enthält die Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 noch eine Digital-Analog-Aufzeichnungsausgangsstufe 156, welche zur Ansteuerung eines Aufzeichnungsgerätes in einem vorgegebenen Kanal, beispielsweise einem Kanal des Aufzeichnungsgerätes 38 dient. Das Aufzeichnungsgerät 38 arbeitet mit Analogsignalen. Die vom Mikroprozessor übertragenen digitalen Daten werden daher durch die Digital-Analog-Aufzeichnungsstufe 156 in eine Analogform überführt und über den vorgegebenen Kanal des Leitungsfeldes 24 zum Aufzeichnungsgerät 38 übertragen. In einer Ausführungsform sind dieser Aufzeichnungsfunktion in dem Leitungsfeld 2412 Kanäle zugeordnet. Sind jedoch weitere Steuerausgangskanäle erforderlich, so können für diesen

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Zweck einer oder mehrere der Aufzeichnungskanäle verwendet werden.

Der entsprechende Einschub 132 gemäss Figur 11 ist ein Standard-Einschub, der allen Funktions-Einschüben gemeinsam ist. Um den Einschub einem speziellen Zweck anzupassen, braucht lediglich ein EPROM 146 sowie eine Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 zusammen mit einer die Frontplatte des Einschubs bildenden geeigneten Platte 120 mit Markierungen ausgewählt werden. Das EPROM 146 ist für diesen Zweck eine Steckkomponente. Wie oben bereits ausgeführt, kann die Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 aufgrund ihrer lösbaren Montage und aufgrund der Kopplung durch Steckverbindung der Bandkabel leicht ausgewechselt werden. Sollte ein spezieller Einschub ausfallen, so ist es daher lediglich erforderlich, ein Ersatz-EPROM 146 sowie Ersatz-Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatten vorrätig zu halten, um einen einzigen Vorrats-Einschub in die gewünschte Funktion einzusetzen. Ein derartiger Ersatz kann schnell erfolgen, so dass ein kontinuierlicher Prozess trotz des Ausfalls eines speziellen Einschubs generell aufrechterhalten werden kann. Der elektrisch umprogrammierbare Festwertspeicher 144 kann entweder manuell oder durch einen externen Computer leicht programmiert werden. Besitzt der Anwender ein Gerät zur Programmierung eines EPROM, so brauchen gesonderte EPROM's für jede Funktion nicht vorrätig gehalten zu werden. Der Ausfall eines Einschubs beeinflusst den Betrieb der anderen Einschübe nicht.

Da jeder Einschub durch einen Mikroprozessor gesteuert ist, können verschiedene Ausfall-Schemata in das EPROM 146 programmiert werden. Wird ein dynamisches Ausfall-Schema befolgt, so erhält der Mikroprozessor daher bei einer Fehlfunktion eine Information, die Steuerung auf eine vorgegebene Zahl zu setzen. Bei einem statischen Ausfall-Schema kann der Mikroprozessor bei einem nicht richtig arbeitenden Einschub die Information erhalten, die Prozessvariable auf ihrem laufenden Wert zu halten. Ist Sicherheit ein bedeutender Faktor, wie dies beispielsweise bei einer Drucksteuerung der Fall ist, so wird ein drittes Schema, nämlich ein Unterbrechungs-Ausfallschema verwendet. In einem derartigen Schema überträgt der Mikroprozessor bei Feststellung eines Leistungsausfall ein Steuersignal zu einem betreffenden Ventil, um dieses zu öffnen und eine Zerstörung der Anlage aufgrund eines unerwünschten Druckanstiegs zu vermeiden. Bei den drei genannten Ausfall-Schemata kann der Mikroprozessor so programmiert werden, dass die Ausfallzeit im elektrisch umprogrammierbaren Festwertspeicher 144 gespeichert wird und zur Feststellung von Fehlfunktionen periodisch Selbstprüfprogramme durchgeführt werden. Durch jeden Einschub können mehrere Fehlfunktions-Alarmgeber oder Prozessausfall-Alarmgeber betätigt werden. Beispielsweise können die Licht-emittierenden Dioden oder bestimmte Licht-emittierende Dioden auf der Schalterund Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 für diesen Zweck blinken. Ein in einen anderen Einschub, beispielsweise in den Stromversorgungs-Einschub 32 eingebauter Lichtoder Summer-Alarmgeber kann betätigt werden. Schliesslich kann ein äusserer Alarmgeber, wie beispielsweise ein Summer, durch Übertragung eines Alarmsignals über einen vorgegebenen Ausgangskanal betätigt werden. Gemäss Fig. 1 können Wählklemmen der Anschlussblocks 66 und 68 mit einem speziellen Kanal verbunden werden, auf dem ein Alarmsignal zugeführt wird. An die Klemme des Anschlussblocks kann eine Alarm-Feststelleinrichtung, wie beispielsweise ein Summer, angekoppelt werden.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sieh, dass Massnahmen vorgesehen werden müssen, um die Ein/

Ausgabe-Schaltungsplatte 80 mit ausgewählten, einem speziellen Einschub zugeordneten Kanälen selektiv zu koppeln, obwohl jeder Einschub mit Ausnahme des EPROM 146 sowie der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 im wesentlichen universell verwendbar ist. Für die genannte Kopplung ist eine Gruppe von Schaltereinrichtungen 158A, 158B, 158C und 158D am Ausgang der Schaltungsplatte 80 montiert (siehe Fig. 2A). Jede dieser Schaltereinrichtungen enthält eine Vielzahl von manuell setzbaren Schaltern, welche festlegen, welche Kanäle an die Schaltungsanordnung der Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 angekoppelt werden. Beispielsweise besitzt die Schaltereinrichtung 158A12 Schalter und kann dazu benutzt werden, die Digital-Analog-Ausgangsstufe 150 an den einen oder die beiden ausgewählten Kanäle anzukoppeln, welche Steuersignale empfangen sollen. Entsprechend besitzt die Schaltereinrichtung 158B 18 Schalter zur selektiven Kopplung von einem oder mehreren Sensor-Eingangssignalen, welche in die Analog-Digital-Eingangsstufe 158 eingespeist werden sollen. Die Schaltereinrichtung 158C besitzt 12 Schalter 160 zur Steuerung eines oder mehrerer Aufzeichnungskanäle, an die die Digital-Analog-Aufzeichnungsstufe 156 angekoppelt werden soll. Schliesslich besitzt die Schaltereinrichtung 158D 12 Schalter 160 zur Auswahl eines oder mehrerer Pumpenkanäle, an die die Impuls-Pumpensteuerung 154 angekoppelt werden soll.

Anhand der Fig. 9 und 10 wird nun der Sensor-Einschub 65 beschrieben. An einer Frontplatte 161 des Sensor-Einschubs sind Stellschrauben 162 und 164 für den Abgleich des Geschwindigkeits-Einschubs vorgesehen. Unmittelbar unter den Geschwindigkeitsabgleichschrauben sind drei Schrauben 166,168 und 170 vorgesehen, die für den Abgleich des Einschubs für gelösten Sauerstoff dienen. Weiterhin sind zwei Paare von Steckerbuchsen 172 und 174 vorgesehen, welche zur Aufnahme einer galvanischen bzw. einer polarographischen Sonde für gelösten Sauerstoff dienen. Unmittelbar darunter befinden sich Stellschrauben 176 und 178 zum Abgleich des Temperatur-Einschubs, während sich darunter wiederum zwei Stellschrauben 180 und 182 zum Abgleich des pH-Einschubs befinden. Ein Stecker 184 dient zur Aufnahme des Kabels von der pH-Sonde. Der Einschub 65 ist in der gleichen Weise ausgebaut, wie die Funktions-Einschübe und wird dabei durch Randhalterungen 72 definiert und durch davon ausgehende Rippen 20 geführt. Zwei Schaltungsplatten 186 und 188 sind im Einschub montiert und tragen die Signalaufbereitungsschaltungsanordnung, welche für die Aufbereitung bestimmter Sensor-Eingangssignale in eine für die Einschübe brauchbare Form erforderlich ist. Weiterhin dient diese Schaltungsanordnung zur Aufbereitung bestimmter Steuer-Ausgangssignale vor der Übertragung zu den gesteuerten Komponenten. Die Schaltungsplatte 188 wird von einem auf einer Bodenplatte 192 montierten Träger 190 gehalten, wobei die Bodenplatte wiederum zwischen den unteren Randhalterungen 72 gehalten ist. Die Schaltungsplatte 186 ist durch Abstandhalter 194 und 196 in der Weise gehaltert, wie dies oben in Verbindung mit der Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 erläutert wurde. Entsprechend der Ein/Ausgabe-Schaltungsplatte 80 besitzt die Schaltungsplatte 186 einen von einer Buchse 22 aufgenommenen Stecker 198 sowie an das Leitungsfeld 24 angekoppelte Halterungsleiter 90, wie dies oben bereits erläutert wurde. Auf diese Weise wird der Sensor-Einschub an die gewünschten Kanäle des Leitungsfeldes 24 angekoppelt. Es können (nicht dargestellte) Schaltereinrichtungen vorgesehen werden, um eine manuelle Auswahl von Kanälen in Koordination mit der Kanalwahl der entsprechenden Einschübe zu ermöglichen. Eine Hinterwand 74' des Sensor-Einschubs trägt eine Temperatur-Eingangsbuchse 200 für eine Verbindung

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mit einem Temperatursensor sowie eine Temperatur-Ausgangsbuchse 202 für eine Verbindung zu einer Temperatur-Steuereinrichtung. Weiterhin besitzt der Einschub eine Geschwindigkeits-Eingangsbuchse 204 für eine Verbindung mit einem Bewegungs-Geschwindigkeitssensor sowie eine Geschwindigkeits-Steuerbuchse 206 für eine Verbindung mit einem Bewegungs-Geschwindigkeitssteuermechanismus. Schliesslich ist bei dieser Ausführungsform des Sensor-Einschubs eine Buchse 208 für eine Kopplung mit einem An-tischaum-Sensor vorgesehen. Die Wirkungsweise der verschiedenen Sonden-Abgleiche und Steuereinrichtungen wird speziell in Verbindung mit der Erläuterung der Funktions-Einschübe beschrieben.

Anhand von Fig. 12 wird die koordinierte Wirkungsweise des erfindungsgemässen Gestells im einzelnen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche bereits beschriebene Elemente verwendet sind. Der Antischaum-Einschub 56 überwacht das im Sensor-Einschub aufbereitete Signal einer Schaumsonde und betätigt als Funktion dessen (der Feststellung von Schaum) den Pumpen-Einschub 64, um abgemessene Mengen eines Antischaum-Materials abzugeben, wie dies durch das Programm festgelegt wird, das in dem dem Mikroprozessor zugeordneten Speicher gespeichert ist. Es können verschiedene Möglichkeiten für die Zuführung von Antischaum-Material verfolgt werden. Der im An-tischaum-Einschub 56 vorgesehene Mikroprozessor ist ausreichend flexibel, um jedem gewünschten Programm für die Zuführung von Antischaum-Material zu folgen. Im Blockschaltbild bezeichnet «R» einen Aufzeichnungsausgang, der angeschlossen sein kann, und «O» einen der Ausgänge der Digital-Analog-Ausgangsstufe 150, der für die Anzeige eines Ausfalls des Antischaum-Einschubs oder eines Prozessausfalls an eine Alarmeinrichtung, beispielsweise an einen der Anschlussblöcke 66 oder 68 oder intern an das Gestell 10 angekoppelt ist. «O/P» repräsentiert einen Ausgang eines der Digital-Analog-Ausgangsstufe 150 zugeordneten Kanals zur Betätigung der Pumpe oder eines Hubmagneten und einen Ausgang eines der Impuls-Pumpensteuerung 154 zugeordneten Kanals zur stufenweisen Zuführung des Antischaum-Materials als Funktion der impulsmässigen Ansteuerung des Schrittschaltmotors des Pumpen-Einschubs 64. Das Schaumsonden-Signal wird in einen Eingang «I» eingespeist, der für einen der Analog-Digital-Eingangsstufe 148 zugeordneten Sensor-Eingangskanäle repräsentativ ist.

In gleicherweise arbeitet der pH-Einschub 52 als Funktion eines pH-Sonden-Signals zur Betätigung des Säureoder Basenpumpen-Moduls 60 bzw. 62 sowie im Bedarfsfall zur Betätigung eines Aufzeichnungsgerätes und von Tonalarmeinrichtungen. Der pH-Einschub 52 ist in der dargestellten Weise mit dem Temperatur-Einschub 44 über den Computerdatenbus verbunden, wie dies durch «I/F» bezeichnet ist, wodurch die Protokoll-Schnittstellenstufe 152 repräsentiert wird. Diese bedarfsweise Kopplung ermöglicht eine Steuerung der Temperatur und des pH-Wertes in gekoppelter Weise zusätzlich zur Steuerung des pH-Wertes und der Temperatur als Funktion der Signale vom pH- bzw. vom Temperatur-Sensor, wobei die entsprechenden Temperatur- und pH-Daten über den Computerdatenbus zum pH-bzw. Temperatur-Modul übertragen werden. Im Bedarfsfall kann über den Computerdatenbus auch eine weitere Kopplung zwischen den Einschüben erfolgen, wobei die Wirkungsweise jedes Funktions-Einschubs durch die durch einen anderen Funktions-Einschub gesammelten Daten bestimmt werden kann oder jeder Funktions-Einschub den Sollwert eines anderen Funktions-Einschubs steuern kann, wenn die Prioritäten des Steuerprogramms es so festlegen. Diese Kopplung der Einschübe ermöglicht auch eine Programmierung des Mikroprozessors mit einem auf einem

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Sollwert-Profil basierenden Vorgang. Ein auf einem Sollwert-Profil basierender Vorgang macht es möglich, dass ein Funktions-Einschub seine Funktion auf einen Sollwert steuert, wenn eine andere Funktion einen vorgegebenen Pegel erreicht. Beispielsweise kann der pH-Einschub 52 so programmiert werden, dass der pH-Wert auf einen vorgegebenen Pegel gesteuert wird, wenn die Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht. Derartige auf einem Vorgang basierende Sollwerte werden generell empirisch bestimmt.

Der Einschub 50 für gelösten Sauerstoff empfängt sein Eingangssignal als Signal von einer Sonde für gelösten Sauerstoff, wobei dieses Signal vom Sensor-Einschub empfangen wird. Als Funktion dieses Signals kann der Einschub 50 ein Aufzeichnungsgerät oder Alarmeinrichtungen betätigen. Allerdings wird gelöster Sauerstoff durch Steuerung von Bewegung, Luftstrom und Druck als Funktion eines durch eine Bedienungsperson gewählten Schemas gesteuert. Zu diesem Zweck ist der Einschub für gelösten Sauerstoff an den Bewegungs-Einschub 58, den Luftstrom-Einschub 54 und den Druck-Einschub 46 über den Computer-Datenbus angekoppelt, wobei der Einschub für gelösten Sauerstoff dazu dient, Sollwerte in den entsprechenden Einschüben für Bewegung, Luftstrom und Druck als Funktion von vorgegebenen Prioritäts-Schemata zum Zwecke der Steuerung von gelöstem Sauerstoff einzustellen. Der Einschub für gelösten Sauerstoff ist weiterhin mit dem Temperatur-Einschub 44 gekoppelt, um von diesem Temperatur-Daten zur Festlegung der richtigen Steuerschritte zu empfangen, die zur Aufrechterhaltung des gelösten Sauerstoffes auf den gewünschten Sollwerten während des Prozesses erforderlich sind. Wie im Falle aller anderen Einschübe werden die Sollwerte im Speicher gespeichert, wobei das Steuerprogramm ebenfalls im Speicher gespeichert und der Einschub durch den internen Mikroprozessor betätigt wird.

Der Bewegungs-Einschub 54 empfängt Geschwindig-keits-Sensorsignale und betätigt einen Bewegungsmotor 210, der an einen der Digital-Analog-Ausgangsstufe 150 zugeordneten Ausgangskanäle angekoppelt ist. Wie im Falle aller anderen Einschübe können Aufzeichnungs- und Alarmausgangssignale vorgesehen werden.

Der Luftstrom-Einschub 48 empfängt ein Luftstrom-Sensorsignal von einem an einen Aufgussapparat angekoppelten Sensor. Zwar ist dieser Einschub als Luftstrom-Einschub bezeichnet. Er kann jedoch auch zur Steuerung jedes dem biochemischen Prozess zugeführten Gases verwendet werden. Der Luftstrom-Einschub 48 steuert ein Strömungssteuerventil 212 als Funktion eines durch seine Digital-Analog-Ausgangsstufe 150 übertragenen Steuersignals. Weiterhin sind der Luftstrom-Einschub 48 und der Druck-Einschub 46 über den Computer-Datenbus gekoppelt, da Luftstrom und Druck miteinander in Beziehung stehen und das Schema für deren Steuerung von der Feststellung des gemessenen Wertes sowohl des Luftstromes als auch des Drucks abhängt. Der Druck-Einschub 46 empfängt ein Druckwandlersignal und steuert ein Ventil 214, bei dem es sich generell um ein Lüftungsventil in dem Kessel handelt, in dem der Prozess durchgeführt wird. Schliesslich arbeitet der Temperaturmodul 44 als Funktion eines Temperatursensorsignals und dient zur Steuerung eines Heizers 216. Stattdessen können durch den Temperatur-Einschub natürlich auch Kühleinrichtungen gesteuert werden, wobei auch die Temperatur durch Erfassung und Steuerung der Temperatur von zugeführten Materialien, wie beispielsweise Nährlösungen, im Rahmen der Erfindung gesteuert werden kann.

Gemäss Fig. 12 ist der Schnittstellen-Einschub 40 über den Computerdatenbus mit jedem der Funktions-Einschübe verbunden. Zum Zwecke der aktuellen Durchführung einer Prozesssteuerung über die Wirkung der entsprechenden Ein-

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Schübe oder zum Zwecke des Mitschreibens von Daten von den Einschüben oder aber zum Zwecke des Einstellens von Sollwerten in den Einschüben kann ein externer Computer 218 an den Schnittstellen-Einschub angekoppelt werden, wobei der Mikroprozessor in einem Einschub dann als Funktion seiner vorprogrammierten Strategie die Steuerfunktion ausführt.

Fig. 13 zeigt ein Mehrfach-Fermentierungs-System, in dem jede Fermentierungseinrichtung Fi, F2,..., F„ ein zugehöriges Instrumenten-Gestell (entsprechend dem Instrumen-ten-Gestell 10) Ii, I2,..., In aufweist. Zur getrennten Steuerung im Sinne der Ausführungen zu Fig. 12 kann jedes Instrumenten-Gestell an einen Uberwachungscomputer (Mikroprozessor) angekoppelt sein. Andererseits könnten auch alle Instrumenten-Gestelle gemeinsam an einen Zwischencomputer 222 mit einem zugehörigen Speicher 224, einem Drucker 226 sowie anderen Peripheriegeräten angekoppelt sein. Der Zwischencomputer 222 kann auf der Basis einer Multiplex-Mehrfachbenutzung von logischen Daten Änderungen berechnen, Werte und Eingangsprofildaten für die Instrumenten-Gestelle überwachen und die Prozesssteuerung durchführen, wie dies in der oben genannten US-PS 3 926 737 beschrieben ist. Ein Hauptcomputer 228 kann zur Optimierung der Fermentierung zur Ausgestaltung der Computer-Steuerstrategie für das Gesamtfermentierungssy-stem sowie zur Korrelation auf indirekter Basis oder einer Nicht-Echtzeitbasis ausgenutzt werden.

Anhand von Fig. 5, die die Frontplatte des Temperatur-Einschubs 44 zeigt, wird die Wirkungsweise einer erfin-dungsgemässen manuellen Eingabeeinrichtung erläutert. Die Frontplatte des Temperatur-Einschubs weist eine alphanumerische Anzeige 130, eine Vielzahl von durch Kreise repräsentierten Lichtemissionsdioden-Anzeigen sowie eine Vielzahl von durch kleine Rechtecke repräsentierten Schaltern auf. Auf der rechten Seite der Anzeige 130 sind vier vertikal voneinander beabstandete Schalter 230,232,234 und 236 vorgesehen, welche zur Verschiebung des in der Anzeige angezeigten numerischen Wertes für Einstellungszwecke verwendet werden. Der Schalter 232 schiebt den angezeigten Wert mit einer langsamen Geschwindigkeit vor, während der Schalter 230 den angezeigten Wert mit einer schnellen Geschwindigkeit vorverschiebt. Der Schalter 234 vermindert den angezeigten Wert mit einer kleinen Geschwindigkeit, während der Schalter 236 den angezeigten Wert mit einer grossen Geschwindigkeit verschiebt.

Werden Schalter zum Zwecke des Einstellens von Werten verwendet, so wird ein Schalterbetätigungsprotokoll in dem Mikroprozessor programmiert. Die erste Betätigung des Schalters, beispielsweise durch einmaliges Drücken seines Knopfes, aktiviert die Einstellfunktion und zeigt den dann laufenden Wert in der Anzeige 130 an. Der angezeigte Wert kann durch die Schalter 230,232,234 und 236 entweder schnell oder langsam in beiden Richtungen geändert werden. Wird der Schalter in einer vorgegebenen Zeitperiode, beispielsweise von 5 s, erneut betätigt, so kehrt die Einstellung auf die ursprüngliche Einstellung zurück. Wird der betätigende Schalter nach einer Änderung in einer vorgegebenen Periode nicht erneut betätigt, so wird nach dem Ablauf der vorgegebenen Zeitperiode der Wert auf den in der Anzeige angezeigten Wert eingestellt. Wird keine Eingabe über die Schalter 230,232,234 oder 236 vorgenommen, so kehrt die Anzeige nach dem Ablauf der vorgegebenen Zeitperiode auf den laufenden Wert der überwachten Funktion zurück. Dieser laufende überwachte Wert ist die Nichterfüllungsbedingung für jeden Einschübe beim Fehlen beispielsweise einer Eingabeinformation mit Ausnahme des Antischaum-Einschubs 56, was im folgenden noch genauer erläutert wird.

Wie oben bereits ausgeführt, kann das Sollwert-Profil für jede der zu steuernden Funktionen, beispielsweise der Temperatur, eingestellt werden. Ein Sollwert-Profil ist eine geordnete Liste der abgelaufenen Fermentierungszeiten und der ohne Eingriff einer Bedienungsperson auszulösenden Sollwerte. Generell besteht ein auf die Zeit bezogenes Profil aus Sätzen von zwei Variablen, nämlich der Zeit und einem zugeordneten Wert. Wie oben ausgeführt, kann das Profil durch einen externen Computer im elektrisch umprogrammierbaren Festwertspeicher 144 gespeichert werden. Soll das Profil jedoch manuell eingegeben werden oder wünscht der Benutzer ein vorhandenes gespeichertes Profil zu modifizieren oder lediglich zu überprüfen, so wird ein «Aktiv»-Schal-ter 238 betätigt, wodurch eine Licht-emittierende Diode 239 angesteuert wird. Damit wird eine sichtbare Anzeige des Profilbetriebs realisiert, wobei der Mikroprozessor in einen Betrieb gebracht wird, bei dem das Profil angezeigt und/oder modifiziert wird.

Ein «Verzögerungs»-Schalter 240 ermöglicht einer Bedienungsperson, das Profil um einen festen Plus- oder Minus-Zeitbetrag zu verzögern. Eine positive Verzögerungszeit verzögert das Profil, während eine negative Zeit das Profil beschleunigt. Bei Einwirkung des Schalterprotokolls zeigt die Anzeige 130 eine «Null», wenn der Verzögerungsschalter 240 betätigt wird. Danach kann in einem möglichen Zeitraum von 5 s der angezeigte Wert mittels der Schalter 230,232, 234 und 236 vergrössert oder verkleinert werden, um die gewünschte positive oder negative Verzögerung zu wählen. Ändert die Bedienungsperson ihre Absicht oder ist sie mit der Einstellung nicht zufrieden, so wird die Verzögerung durch Betätigung des Verzögerungsschalter 240 innerhalb des Zeitraum von 5 s nicht eingegeben. Wird in 5 s keine weitere Aktion durchgeführt, so wird die eingestellte Verzögerung in das im elektrisch umprogrammierbaren Festwertspeicher 140 gespeicherte Profil eingebaut.

Zur Entfernung von Sollwerten wird ein «Entfernungs»-Schalter 242 verwendet. Wird dieser Entfernungsschalter 242 betätigt, so kann die Bedienungsperson unter Verwendung der Schalter 230,232,234 und 236 die Anzeige auf eine gewünschte Zeit einstellen, welche die zu entfernenden Sollwerte repräsentiert. Wird der Entfernungsschalter 242 innerhalb der Periode von 5 s nicht erneut betätigt, so wird der Sollwert in der angezeigten Zeit entfernt. Um das gesamte Soll-wert-Profil mit einem Befehl zu löschen, betätigt die Bedienungsperson einfach den Schalter 242 und weiterhin anstelle der Eingabe irgendwelcher Werte einen «Rücksetz»-Schalter 244. Um eine zufällige Eliminierung des Profils zu verhindern, ist eine mehrfache Betätigung des Rücksetzschalters 244 erforderlich. Gemäss einer Ausführungsform sind vier derartige Betätigungen ohne vorgegebene Zeitperiodenab-stände erforderlich, um das gesamte Profil zu löschen. Ein «Additions»-Schalter 246 dient zur Addition von Sollwerten zum Profil. Wird der «Additions»-Schalter 246 betätigt, so wird die Anzeige gelöscht und eine «Zeit»-Lichtemissions-diode 248 angesteuert, um die Anzeige einer Zeit sichtbar zu machen. Die Bedienungsperson schiebt dann die dargestellte Zeitanzeige mittels der Schalter 230,232,234 und 236 vor, bis die gewünschte abgelaufene Prozesszeit erreicht ist. Der «Additions»-Schalter wird erneut betätigt, wodurch die Zeit in das Profil eingesetzt wird und eine «Wert»-Lichtemis-sionsdiode 250 leuchtet (die «Zeit»-Lichtemissionsdiode 248 ist gelöscht). Die Anzeige wird erneut gelöscht und der gewünschte Temperaturwert mittels der Schalter 230,232,234 und 236 eingestellt. Wird der «Additions»-Schalter 246 in der vorgegebenen Zeit betätigt, so wird der neue Sollwert nicht eingegeben. Wird in der vorgegebenen Zeitperiode nach der Eingabe des Temperaturwertes in die Anzeige nichts durchgeführt, so wird der gewünschte Sollwert in den

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elektrisch umprogrammierbaren Speicher 144 eingegeben, wobei die Anzeige den aktuellen überwachten Temperaturwert erneut anzeigt.

Wird ein «Folge»-Schalter 252 betätigt, so wird die Zeit und der Wert der nächsten Sollwertänderung im gespeicherten Profil angezeigt. Zunächst wird der Zeitwert angezeigt, wobei die «Zeit»-Lichtemissionsdiode 248 leuchtet, wonach sodann in einer automatischen Folge der Wert in diesem Zeitpunkt angezeigt wird, wobei die «Wert»-Lichtemissions-diode 250 leuchtet. Die Anzeige kehrt automatisch auf den gemessenen Wert der Temperatur zurück, wie dies durch den Sensor festgelegt wird.

Wird ein «Prüf»-Schalter 254 betätigt, so beginnt die Anzeige bei Null und zeigt automatisch sequentiell die Sollwerte im gesamten Profil an, wobei abwechselnd Zeit und Wert angezeigt werden und entsprechend die «Zeit»- bzw. «Wert»-Lichtemissionsdiode 248 bzw. 250 abwechselnd leuchtet. Durch die Schalter 230,232,234 und 236 können bestimmte Punkte im Profil erreicht und im Bedarfsfall überprüft werden. Die genaue Zeit eines zu entfernenden Sollwertes kann durch diesen Prozess festgelegt werden.

Wird ein «Fern»-Schalter 256 betätigt, so kann der Einschub durch einen Ferncomputer programmiert oder gesteuert werden. Dieser Zustand wird durch eine leuchtende «Fern»-Lichtemissionsdiode 258 angezeigt. Wird ein Schalter 260 für die abgelaufene Fermentierungszeit betätigt, so wird die abgelaufene Prozesszeit des gesteuerten Prozesses angezeigt. Wird in dieser Einstellung der angezeigte Wert durch die Schalter 230,232,234 oder 236 geändert, so kann die vom Mikroprozessor beobachtete abgelaufene Prozesszeit beliebig geändert werden. Bei Betätigung eines «Steuer»-Schalters 262 wird der Einschub in einen «Steuer»-Betrieb gebracht, in dem die Temperatur des Prozesses automatisch durch den Mikroprozessor gesteuert wird. Durch einen «Obergrenzen»-Schalter 264 und einen «Untergrenzen»-Schalter 265 können Prozess-Alarmgrenzen eingestellt werden. Diese Schalter arbeiten in Übereinstimmung mit dem Schalter-Protokoll; wird einer der Schalter gedrückt, so kann die Obergrenze bzw. die Untergrenze für den Alarm mittels der Schalter, 230,232,234 oder 236 eingestellt werden. Ein Überschreiten der Temperatur über die Obergrenze wird wenigstens durch das Leuchten einer «Obergrenzen»-Lichtemissionsdiode 266 angezeigt, während ein Überschreiten der unteren Grenze durch die Temperatur mittels einer «Untergrenzen»-Lichtemissionsdiode 267 angezeigt wird. Hörbare Alarmsignale können im oben beschriebenen Sinne erzeugt werden. Die Lichtemissionsdioden 266 und 267 können im Bedarfsfall blinken, um sie sichtbar zu machen. Soll kein Alarm gegeben werden, so wird der obere Alarm auf die maximale obere Grenze und der untere Alarm auf die minimale bzw. die Null-Grenze eingestellt.

Die erfindungsgemässen Einschübe vermögen zwei Arten von Steuerung, nämlich eine Ein/Aus-Steuerung und eine «PID»-Steuerung(Proportional/Integral/Differential-Steue-rung) durchzuführen. Theoretisch ist bei beiden Arten von Steuerung eine Steuerwirkung auf die Abweichung von einem Sollwert erforderlich. In der Praxis führt eine derartige Lösung jedoch zu einer konstanten Steuerung, welche weder wünschenswert noch praktisch ist. Um eine kontinuierliche Steuerung mit dem zugeordneten konstante Betrieb von Steuerrelais zu vermeiden, ist jedem Sollwert eine Totzone zugeordnet, in der eine Abweichung vom Sollwert keine Steuerung bewirkt. Zwar ist eine derartige Totzone justierbar; eine Justierung auf Null ist jedoch generell nicht erlaubt. Wenn ein «Soll 1 »-Schalter 268 betätigt wird, so wird der laufende Sollwert angezeigt. Der laufende Sollwert kann mittels der Schalter, 230,232,234 und 236 geändert werden. Wird ein «Soll 2»-Schalter 270 betätigt, und durch die Schalter 230,232,234 und 236 ein Wert eingestellt, so wird ein laufender Sollwert, der aus der Zone zwischen dem Wert «Soll 1» und dem Wert «Soll 2» liegt, zum laufenden Sollwert. Wird andererseits der Schalter «Soll 2» 270 in einer vorgegebenen Zeitperiode ohne Zwischenjustierung zweimal betätigt, so wird die in der Anzeige gesetzte Nummer zu ± einer Totzone. Wird beispielsweise der Wert «5» nach einer zweimaligen Betätigung des «Soll 2»-Schalters 270 eingestellt, so wird eine Totzone von + 5° realisiert, welche nicht nur für den laufenden Sollwert sondern auch für alle folgenden Sollwerte im Profil gilt. Zwar ist bei der in Rede stehenden Ausführungsform für jeden Profilwert keine unterschiedliche Totzone einstellbar. Die erfindungsgemässe Anordnung kann jedoch so programmiert werden, dass eine derartige Einstellung möglich ist. In diesem Fall besteht jedes Profil aus drei Grössen, nämlich Zeit, Wert und Totzone.

Bei der PID-Steuerung leuchtet bei Betätigung eines «Proportional»-Schalters 272 eine «Proportional»-Licht-emissionsdiode 273, wobei der Steuerbetrieb ein «PID»-Betrieb ist. Wird der «Proportional»-Schalter 272 nicht betätigt, so arbeitet der Einschub im Ein/Aus-Betrieb. «Proportionalsteuerung» bezieht sich hier auf eine dem Mass der Abweichung vom Sollwert proportionale Steuerung. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Korrektur um so grösser ist je grösser die Abweichung ist.

«Integralsteuerung» bezieht sich auf die Zeit, um welche die gesteuerte Variable von ihrem Sollwert abgewichen ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Korrektur um so grösser ist je länger die Abweichung andauert. «Differentialsteuerung» bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der die Abweichung vom Sollwert auftritt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Korrektur um so grösser ist, je grösser die Geschwindigkeit der Abweichung vom Sollwert ist. Ebenso wie bei der Ein/Aus-Steuerung wird die Abweichung von einer Totzone gemessen. Wird ein «P»-Schalter 272 betätigt, so repräsentiert die in der Anzeige durch die Schalter 230,232,234 und 236 gesetzte Zahl die Differenz zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert, bei dem die maximale Korrekturwirkung, mit anderen Worten die maximale Heiz- oder Kühlzunahme hervorgerufen wird. Dies wird im folgenden als «Maximalsteuerung» bezeichnet. Ein im Mi-kroprozessor-Speicher programmierter Algorithmus steuert den Betrag der erhöhten Temperaturzufuhr zwischen einer Nullabweichung und dem eingestellten Maximum. Generell ist die Steuerwirkung nicht linear, wobei ein logarithmischer Zusammenhang eine gebräuchliche Lösung ist. Entsprechend können ein «I»-Schalter 276 und ein «D»-Schalter 278 betätigt werden, um die maximale zeitliche Abweichung bzw. die maximale Geschwindigkeitsabweichung einzustellen, was zu einer maximalen Steuerung führt. Ist die «P»-, «I»- oder «D»-Einstellung Null, so ist die Funktion unwirksam. Generell können die «Proportional»- und «Integral»-oder «Proportional»- und «Differential»-Steuerungen in Verbindung mit einander benutzt werden. Im Bedarfsfall können auch alle drei Steuerungen in Verbindung miteinander benutzt werden.

Die vorstehenden, sich auf den Temperatur-Einschub 44 beziehenden Ausführungen gelten auch für den Druck-Einschub 46, den Bewegungs-Einschub 48 und den Luftstrom-Einschub 54, welche hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Wirkungsweise identisch sind (jedoch nicht hinsichtlich der Programmierung des EPROM 146 oder die Programmeingabe für den elektrisch umprogrammierbaren Festwertspeicher 144). Der Ersatz dieser Einschübe im Falle eines Ausfalls erfordert lediglich eine erneute Programmierung oder einen Ersatz des EPROM 146 und eine Neuprogrammierung des elektrisch umprogrammierbaren Festwertspei-

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chers 144, ohne dass abgesehen von einer äusseren Sicherheitsbeschriftung eine Änderung der Schalter- und Lichtemissionsdioden-Schaltungsplatte 102 erforderlich ist. Der Einschub 50 für gelösten Sauerstoff, der pH-Einschub 52 sowie der Antischaum-Einschub 56 besitzen die Lichtemissionsdioden und die Schalter des Temperatur-Einschubs 44. Auf den Frontplatten dieser Einschübe gemäss den Fig. 6 bis 8 sind daher entsprechende Bezugszeichen verwendet.

Gemäss Fig. 6 enthält die Frontplatte des Einschubs 50 für gelösten Sauerstoff einen «Kalibrierungs»-Schalter 280, der den Einschub bei Betätigung für eine Kalibrierung vorbereitet. Die Kalibrierung erfolgt durch Einbringen der Sonde für gelösten Sauerstoff in eine bekannte Standard-Flüssigkeit und Justierung des angezeigten Wertes mittels der Schalter 230,232,234 und 236 auf den bekannten kalibrierten Wert. Wird der «Kalibrierungs»-Schalter 280 erneut betätigt, so wird der Modul auf eine spezielle Sonde kalibriert. Für eine elektrische Kalibrierung wird der «Kalibrierungs»-Schalter 280 bei abgeschalteter Sonde betätigt, wobei die Stellschrauben 166, 168 und 170 solange justiert werden, bis auf der Anzeige eine Null erscheint. Der «Kalibrierungs»-Schalter wird erneut betätigt, wobei der Einschub für gelösten Sauerstoff zur Verwendung bereit ist. Wird ein «rpm»-Schalter 282 betätigt, so leuchtet eine «rpm»-Lichtemissions-diode 284, wobei die Anzeige 130 den überwachten Geschwindigkeitswert anzeigt, wie er vom Bewegungs-Einschub 48 über den Computer-Datenbus übertragen wird. Durch Betätigung der Schalter 230,232,234 und 236 kann die Bewegungsgeschwindigkeit vom Einschub für gelösten Sauerstoff gesteuert werden. Im Effekt wird der Sollwert für die Bewegungsgeschwindigkeit durch Kommunikation vom Einschub für gelösten Sauerstoff über den Computerdatenbus zum Bewegungseinschub rückgesetzt, wobei das Programm des Bewegungs-Einschubs die Priorität für die Befehle vom Einschub für gelösten Sauerstoff gibt. In entsprechender Weise üben ein «Luft»-Schalter 286 und ein «Druck»-Schalter 288 hinsichtlich der Luftstrom-Rate und des Druckes in Verbindung mit dem Luftstrom-Einschub 54 und dem Druck-Einschub 46 gleiche Funktionen aus. Eine «Luft»-Lichtemissionsdiode 290 und eine «Druck»-Licht-emissionsdiode 292 geben eine visuelle Anzeige der Betätigung der entsprechenden Schalter 286 und 288.

Wie oben bereits ausgeführt, ist in Verbindung mit dem Einschub für gelösten Sauerstoff entweder eine galvanische oder eine polarographische Sonde verwendbar. Ein «Galvanik-Schalter 294 sowie ein «Polar»-Schalter 296 dienen daher zur Einstellung des Einschubs für gelösten Sauerstoff für die Zusammenarbeit mit der aktuellen Form der verwendeten Sonde. Eine «Galvanik»-Lichtemissionsdiode 298 und eine «Polar»-Lichtemissionsdiode 300 geben eine visuelle Anzeige der Betätigung der entsprechenden Schalter 294 und 296. Schliesslich dient ein «Ansprechzeit»-Schalter 302 zur Einstellung der Ansprechzeit des Einschubs für gelösten Sauerstoff als Funktion der Ansprechzeit der Sonde für gelösten Sauerstoff. Sonden für gelösten Sauerstoff liefern keine Augenblicks-Auslesewerte, so dass es daher notwendig ist, eine Ansprechverzögerung, gewöhnlich in der Grössenord-nung von 40 s, einzustellen. Durch Betätigung des Schalters 302 und durch Einstellen der Verzögerung mittels der Schalter 230,232,234,236 kann die gewünschte Ansprechzeitverzögerung eingestellt werden. Wie oben ausgeführt, arbeitet der Einschub für gelösten Sauerstoff in anderer Hinsicht in der gleichen Weise wie der Temperatur-Einschub 44 hinsichtlich von Eingangsgrössen und Anzeige.

Gemäss Fig. 7 enthält der pH-Einschub 52 die Schalter und Lichtemissionsdioden des Temperatur-Einschubs 44 und weiterhin den vorstehend in Verbindung mit dem Einschub für gelösten Sauerstoff diskutierten «Kalibrierungs»-

Schalter 280. Die Kalibrierung des pH-Wertes erfolgt durch Betätigen des «Kalibrierungs»-Schalters 280 und durch ein Einsetzen der pH-Sonde in eine Flüssigkeit mit bekanntem pH-Wert von beispielsweise 7 sowie durch Drehen der Stellschrauben 180 und 182 am Sensor-Einschub 160 bis die Anzeige «7» anzeigt. Danach wird der «Kalibrierungs-Schalter» einmal betätigt, um die Anzeige freizugeben und erneut zur Kalibrierung zurückzusetzen. Die pH-Sonde wird in eine Flüssigkeit mit bekanntem pH-Wert von beispielsweise «8» eingetaucht. Durch die Schalter 230,232,234,236 wird der angezeigte Wert auf den bekannten Wert eingestellt, wodurch die Kalibrierung durchgeführt wird. Dabei wird der «Kalibrierungs»-Schalter 280 erneut betätigt, um den Kalibrierungs-Betrieb auszuschalten.

Wird ein Mischzeit-Schalter 304 des pH-Einschubs 52 betätigt, so kann die Dauer des Intervalls zwischen Zyklen von Säure- oder Basen-Zufügung durch Betätigung der Schalter 230,232,234 und 236 eingestellt werden. In gleicher Weise kann bei Betätigung eines «Zufügungszeit»-Schalters 306 die Dauer jedes Zyklus der Hinzufügung von Säure oder Base eingestellt werden. Die Schalter 304 und 306 sind vorhanden, wenn es erwünscht ist, die Säure oder die Base in gesteuerten Zyklen hinzuzufügen, um sicherzustellen, dass die Reaktion des Prozesses auf jede Säure- oder Basenmenge vor dem Hinzufügen einer weiteren Menge festgestellt wird.

Oft ist es erwünscht, dem Prozess eine Säure oder eine Base manuell hinzuzufügen. Es ist dabei oft erwünscht, die gesamte im laufenden Zeitpunkt hinzugefügte Menge an Säure oder Base zu kennen. Zu diesem Zweck sind ein «Säu-re»-Schalter 308 und ein «Basen»-Schalter 310 zur Einstellung des Einschubs auf ein Ansprechen auf Säure oder Base vorgesehen, wobei eine «Säure»-Lichtemissionsdiode 312 und eine «Basen»-Lichtemissionsdiode 314 eine visuelle Anzeige des Zustandes des Einschubs gibt. Bei dieser Einstellung bewirkt die Betätigung eines «Gesamt»-Schalters 316 die Anzeige der insoweit im Prozess verteilten Gesamtmenge von Säure oder Base in Abhängigkeit von der Betätigung eines der Schalter 308 oder 310. Entsprechend bewirkt die Betätigung eines «Hand»-Schalters 318 die manuelle Verteilung von Säure oder Base in Abhängigkeit von der Betätigung des Schalters 308 oder 310 für die Dauer, in welcher der Schalter 318 betätigt ist. Eine «Hand»-Lichtemissionsdiode 320 zeigt die Betätigung des Schalters 318 visuell an. Die verbleibenden Schalter und Lichtemissionsdioden wirken in gleicher Weise wie die entsprechenden oben bereits erläuterten Elemente.

Gemäss Fig. 8 entsprechen die Schalter und Lichtemissionsdioden des Antischaum-Einschubs 56 denen des Temperatur-Einschubs 44 mit der Ausnahme, dass der Sollwert eine programmierbare Menge von zugeführtem Antischaum-Material repräsentiert und dass die Anzeige die gesamte bis zum laufenden Punkt im Prozess zugefügte Menge an Antischaum-Material darstellt. In diesem Falle bewirkt die Betätigung des «Kalibrierungs»-Schalters 280 das Pumpen einer vorgegebenen Menge von Antischaum-Material in einen abgestuften Messzylinder durch die Antischaum-Pumpe 64, wobei die abgemessene Menge sodann mittels der Schalter 230,232,234 und 236 zur Durchführung der Kalibrierung in die Anzeige eingegeben wird. Eine zweite Betätigung des «Kalibrierungs»-Schalters 280 schaltet den Kalibrierungsbetrieb des Antischaum-Einschubs 56 ab. Die Betätigung eines «Hand»-Schalters 318 bewirkt eine manuelle Zuführung von Antischaum-Material für die Zeit der Betätigung des Schalters, wobei eine «Hand»-Lichtemissionsdiode 320 eine sichtbare Anzeige einer derartigen manuellen Operation gibt. Zusätzlich zur Verwendung von Antischaummaterialien wird in Fermentationsprozessen auch ein Aufbrechen von Schaum durch eine mechanische Schaumaufbrechvorrichtung durch12

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geführt. Die Betätigung eines «Mechanik»-Schalters 322 betätigt eine derartige mechanische Vorrichtung, wobei diese Betätigung durch eine «Mechanik»-Lichtemissionsdiode 324 angezeigt wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem Antischaum-Pumpeneinschub 64 sowie dem Säurepum-pen-Einschub 60 und dem Basenpumpen-Einschub 62 um Pumpen handelt, die auf dem tiefsten Niveau des Gestells angeordnet sind, um im Fall eines Lecks eine Beeinträchtigung der anderen Einschübe zu vermeiden. Es können jedoch auch andere Arten von Flüssigkeitszuführungseinrich-tungen, wie beispielsweise durch Hubmagneten betätigte Zuführungseinrichtungen verwendet werden.

Wie oben ausgeführt, kann auch ein auf einem Vorgang basierendes Sollwertprofil verwendet werden. Bei einer derartigen Ausführungsform wird ein «Aktiv»-Schalter 238 betätigt, damit der Mikroprozessor Sollwertdaten empfangen kann. Wird der «Zusatz»-Schalter 246 betätigt und die «Zeit»-Eingabe auf Null eingestellt, wie dies oben beschrieben wurde, so bestimmt das Mikroprozessorprogramm, dass ein auf einem Vorgang basierender Sollwert einzustellen ist und bewirkt, dass die Anzeige 130 als Funktion einer sequentiellen Betätigung des «Folge»-Schalters 252 in Sequenz eine Serie von Symbolen anzeigt, welche «gleich», «weniger als», «grösser als», «weniger als oder gleich» und «grösser als

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oder gleich» repräsentieren. Wird das gewünschte Symbol angezeigt und der «Folge»-Schalter 246 erneut betätigt, so wird eine Folge von Symbolen, welche die Variable repräsentieren, deren Wert zu steuern ist, sequentiell als Funktion s der Betätigungen des «Folge»-Schalters 252 angezeigt. Wird das gewünschte Symbol angezeigt und der «Folge»-Schalter 246 erneut betätigt, so kann die Anzeige mittels der Schalter 230,232,234 und 236 einen Wert empfangen. Eine letzte Betätigung des «Folge»-Schalters 246 setzt den auf dem Vor-io gang basierenden Sollwert in den Speicher. Wird bei dieser Ausführungsform ein auf einem Vorgang basierender Sollwert erreicht, so steuert er danach die Operation der Funktion, bis der nächste auf einem Vorgang basierende Sollwert erreicht wird.

ls Wie oben ausgeführt, können andere Formen von Einschüben oder andere Steuerfunktionen leicht in die erfin-dungsgemässen Funktionseinschübe eingebaut werden, da sich aufgrund des jedem Einschub zugeordneten getrennten Mikroprozessors eine grosse Flexibilität ergibt. Es ist darauf 20 hinzuweisen, dass auch andere Arten der Montage der entsprechenden Einschübe und andere Lösungen des Packens der entsprechenden Einschübe im Rahmen der Erfindung möglich sind.

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10 Blatt Zeichnungen

Claims (43)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Einschub für ein Gerät zur Überwachung und Steuerung einer Variablen in einem biochemischen Prozess als Funktion von Sensor-Ausgangssignalen, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor (134), durch einen ersten an den Mikroprozessor (134) angekoppelten Speicher (146) zur Speicherung des Programms für den Einschub-Betrieb,

   durch einen zweiten an den Mikroprozessor (134) angekoppelten elektrisch umprogrammierbaren Speicher (144) zur Speicherung wenigstens von veränderbaren Sollwertdaten zur Verwendung bei der Steuerung der Variablen, durch eine manuelle Eingabeeinrichtung (230,232,234,236; 238—320) zur selektiven Eingabe der Sollwertdaten in den zweiten Speicher (144) und durch eine an den Mikroprozessor (134) angekoppelte Schnittstelleneinrichtung (80) wenigstens zur Aufnahme von den Sensorausgangssignalen entsprechenden Signalen und deren Einspeisung in den Mikroprozessor (134) sowie zur Übertragung von Signalen vom Mikroprozessor (134) zur Durchführung der Variablen-Steuerung.
2. 2. Einschub nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Mikroprozessor (134) eine Anzeigeeinrichtung (130) angekoppelt ist und dass der Mikroprozessor (134) zur Übertragung von Signalen zur Anzeigeeinrichtung (130), zur selektiven Anzeige des Wertes des Sensorausgangssignals, der gespeicherten Sollwertdaten und der manuell eingegebenen Sollwertdaten dient.
3. 3. Einschub nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Speicher (146,144) nicht flüchtige Speicher sind, die bei Abschaltung der Stromversorgung ihren Speicherinhalt nicht verlieren.
4. 4. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Speicher (146) ein EPROM ist, das von ausserhalb des Einschubs, jedoch nicht durch den Mikroprozessor (134) programmierbar ist.
5. 5. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Speicher (146) zwecks seines Ersatzes lösbar im Einschub montiert ist, so dass der Einschub zur Überwachung und Steuerung unterschiedlicher Variablen verwendbar ist.
6. 6. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Eingabeeinrichtung (230, 232,234,236; 238—320) lösbar im Einschub montiert ist, um durch eine andere manuelle Eingabeeinrichtung ersetzt werden zu können, die zur Überwachung und Steuerung einer anderen Variablen dient.
7. 7. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Eingabeeinrichtung (230, 232,234,236; 238—320) zur selektiven Steuerung des Ein-schub-Betriebs dient.
8. 8. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinrichtung (8.0) ein eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangskanälen bildendes steckbares Schnittstellenelement (88) sowie Schalter

   (158A — 158D) zur Aufnahme und Übertragung von Signalen aufweist.
9. 9. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (134) Steuer- und Sollwertdaten von vorgegebenen Kanälen der Schnittstelleneinrichtung (80) aufnimmt.
10. 10. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (134) Signale zu wenigstens einem der Kanäle der Schnittstelleneinrichtung (80) überträgt, die einen Wert des Sensorausgangssignals, der zur Einspeisung in eine Aufzeichnungseinrichtung (38) geeignet ist, repräsentieren.
11. 11. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (134) Signale zur Durchführung einer Variablen-Steuerung in Form einer Folge von zur Ansteuerung eines Schrittschaltmotors einer Pumpe dienenden Impulsen erzeugt.
12. 12. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (130)

    eine numerische Anzeige ist und dass die manuelle Eingabeeinrichtung (230,232,234,236; 238—320) eine erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) zur selektiven Änderung des in der Anzeige (130) angezeigten Wertes und eine zweite Schaltereinrichtung (238 — 320) zur Ansteuerung des Mikroprozessors (134) zwecks Speicherung des geänderten Wertes zur Durchführung der Steuerung der Variablen aufweist.
13. 13. Einschub nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) wenigstens einen ersten und einen zweiten Schalter (232,234) zur Wertänderung zwecks entsprechender Anhebung und Absenkung des in der Anzeige (130) angezeigten digitalen Wertes enthält.
14. 14. Einschub nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) weiterhin einen dritten und einen vierten Schalter (230,236) zur Wertänderung enthält, dass der erste und dritte Schalter (232,230) zur langsamen bzw. schnellen Anhebung des in der Anzeige (130) angezeigten Wertes dient und dass der zweite und vierte Schalter (234,236) zur langsamen bzw. schnellen Absenkung des in der Anzeige (130) angezeigten Wertes dient.
15. 15. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertdaten durch ein Sollwertprofil gebildet sind, das einen Satz von abgelaufenen Prozesszeiten und einen jeder abgelaufenen Prozesszeit zugeordneten variablen Wert umfasst.
16. 16. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238—320) einen «Verzögerungs»-Schalter (240) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) in einen solchen Zustand schaltbar ist, dass die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) die Anzeige in der Anzeigeeinrichtung (130) in eine gewünschte Profilzeitverzögerung zum Einbau in das Profil ändern kann.
17. 17. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238—320) einen «Entfernungs»-Schalter (242) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) in einen solchen Zustand schaltbar ist, dass die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) die Anzeige in der Anzeigeeinrichtung (130) in eine Zahl ändern kann, welche die Zeit eines aus dem Profil zu entfernenden Sollwerts repräsentiert, wodurch dieser Sollwert aus dem Profil entfernt wird.
18. 18. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238 — 320) einen «Zusatz»-Schalter (246) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) in einen Zustand schaltbar ist, dass die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) einen Zeitwert in die Anzeige setzt, der für die Zeit repräsentativ ist, in welcher ein Sollwert in das Profil eingefügt werden soll, und danach einen Sollwert in der Anzeigeeinrichtung (130) setzt, wodurch ein Sollwert für diesen Zeitpunkt in das Profil eingefügt wird.
19. 19. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238 — 320) einen «Folge»-Schalter (252) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) die Zeit und den nächsten Sollwert im Profil anzeigt.
20. 20. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238 — 320) einen «Prüf»-Schalter (254) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) zu5

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    nächst die Zeit und sodann jeden der Sollwerte im Profil anzeigt.
21. 21. Einschub nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) ein selektives Durchlaufen des Profils bei Betätigung des «Prüf»-Schalters (254) ermöglicht.
22. 22. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238—320) einen Schalter (260) für die abgelaufene Zeit enthält, durch den der Mikroprozessor so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) die abgelaufene Zeit des gesteuerten Prozesses anzeigt und dass die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) zur Änderung der angezeigten Zeit und damit der gespeicherten abgelaufenen Zeit dient.
23. 23. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238—320) einen «Soll»-Schalter (268) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass der dann gesteuerte Sollwert in der Anzeigeeinrichtung (130) angezeigt wird, und dass der angezeigte Wert und damit der gespeicherte Sollwert durch die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) änderbar ist.
24. 24. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238—320) einen «Totzonen»-Schalter (270) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) einen selektiv durch die erste Schaltereinrichtung (230, 232,234,236) eingestellten Wert anzeigt, der eine Totzone um jeden Sollwert repräsentiert, und dass der Mikroprozessor (134) eine Steuerung lediglich dann bewirkt, wenn der Wert der durch das Sensorausgangssignal festgelegten Variablen ausserhalb der Totzone liegt.
25. 25. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238—320) einen «Proportional»-Schalter (272) enthält, durch den der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) einen durch Betätigung der ersten Schaltereinrichtung (230,232,234,236) festgelegten Wert anzeigt, der eine maximale Abweichung der Variablen repräsentiert, bei der eine Steuerung mit maximaler Korrekturwirkung durch den Mikroprozessor (134) erfolgen soll, wobei die maximale Abweichung als Abweichung des Wertes der durch das Sensorausgangssignal repräsentierten Variablen vom Sollwert, durch die Zeit, während der die durch das Sensorausgangssignal repräsentierte Variable vom Sollwert abweicht oder durch die Geschwindigkeit, mit der die durch das Sensorausgangssignal repräsentierte Variable vom Sollwert abweicht, gegeben ist, und dass der Mikroprozessor (134) dazu ausgebildet ist, die Steuerung der Variablen in Abhängigkeit vom bestimmten Zusammenhang vorzunehmen, der zwischen der Abweichung der durch das Sensorausgangssignal dargestellten Variablen und der gespeicherten maximalen Steuerabweichung vorliegt.
26. 26. Einschub nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (134) dazu ausgebildet ist, die Steuerung der Variablen in Abhängigkeit vom Zusammenhang vorzunehmen, der zwischen der Abweichung des Wertes und wenigstens einer der Abweichungen in der Zeit und der Geschwindigkeit vorliegt, wie sie durch das Sensorausgangssignal dargestellt werden, sowie in Abhängigkeit von der gespeicherten maximalen Steuerabweichung und von wenigstens einer der gespeicherten maximalen Steuerabweichungen in der Zeit und der Geschwindigkeit steuert, und dass der «Proportional»-Schalter (272) den Mikroprozessor (134) so schaltet, dass die Anzeigeeinrichtung (130) sowohl die Maximalwertabweichung und wenigstens die Maximalzeitabweichung oder Maximalgeschwindigkeitsabweichung wenigstens sequentiell anzeigen kann.

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27. 27. Einschub nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Alarmgebereinrichtung vorgesehen ist und dass die zweite Schaltereinrichtung (238 — 320) Alarmbe-grenzungs-Schalter (264,265) enthält, durch die der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) wenigstens einen durch die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) zur Speicherung durch den Mikroprozessor (134) selektiv eingestellten Alarmgrenzwert anzeigt und dass der Mikroprozessor (134) die Alarmgebereinrichtung betätigt, wenn die durch das Sensorausgangssignal repräsentierten Variablen-Werte ausserhalb des Alarmgrenzwertes liegen.
28. 28. Einschub nach Anspruch 15, wobei die Variable gelösten Sauerstoff in einem Fermentationsprozess angibt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238—320) ein Ansprechzeitschalter ist, durch den der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) durch die erste Schaltereinrichtung (230,232,234, 236) auf einen Wert einstellbar ist, der die Ansprechzeit des entsprechenden Sensors repräsentiert, und dass der Mikroprozessor (134) die Steuersignale für die Variable als Funktion der Sensorausgangssignale und der Ansprechzeit erzeugt.
29. 29. Einschub nach Anspruch 15, wobei die Variable einen pH-Wert angibt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltereinrichtung (238 — 320) einen Mischzeit-Schalter (304) und einen Zusatzzeit-Schalter (306) enthält, durch die der Mikroprozessor (134) so schaltbar ist, dass die Anzeigeeinrichtung (130) einen Mischzeit-Wert und einen Zusatzzeit-Wert anzeigt, die durch die erste Schaltereinrichtung (230,232,234,236) zur Speicherung durch den Mikroprozessor (134) einstellbar sind, und dass der Mikroprozessor (134) Signale für den Zusatz von Säure oder einer Base in durch die Zusatzzeit festgelegten zyklischen Stufen liefert, wobei die Verzögerung zwischen den zyklischen Stufen durch die Mischzeit festgelegt ist.
30. 30. Einschub nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei die Variable die Zuführung abgemessener Mengen eines Materials darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Eingabeeinrichtung (230,232,234,236; 238—320) einen manuell betätigbaren Schalter (318) enthält, durch den der Mikroprozessor (314) so schaltbar ist, dass er solange ein die Zuführung von Material repräsentierendes Signal liefert, wie der manuell betätigbare Schalter (318) betätigt ist.
31. 31. Gerät zur Überwachung und Steuerung von Variablen in einem biochemischen Prozess, mit Einschüben, deren jedes einem der Ansprüche 1 bis 30 entspricht, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), eine im Gehäuse (12) montierte Stromversorgungseinrichtung (32), eine im Gehäuse (12) montierte Sensorsignal-Empfangseinrichtung (65), eine im Gehäuse (12) montierte Steuersignal-Übertragungseinrichtung, eine Vielzahl von im Gehäuse (12) montierten Einschüben (44 bis 56) und durch ein die Einschübe (44 bis 56), die Stromversorgungseinrichtung (32), die Sensorsignal-Empfangseinrichtung (65) und die Steuersignal-Übertragungseinrichtung koppelndes Leitungsfeld (24).
32. 32. Gerät nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsfeld (24) eine Vielzahl von Kanälen bildet und dass das steckbare Schnittstellenelement (88) der Schnittstelleneinrichtung (80) wenigstens mehrerer Einschübe lösbar mit dem Leitungsfeld (24) verbindbar ist, um eine Signalkommunikation zu ermöglichen.
33. 33. Gerät nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Mikroprozessor (134) von ausgewählten Kanälen der Schnittstelleneinrichtung (80) empfangenen Steuer- und Sollwertdaten in den Speichern (144, 146) gespeichert und für die Steuerung der zugehörigen Variablen verwendet werden.

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34. 34. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Einschübe zur Übertragung von Steuer- und Sollwertdaten zum Leitungsfeld (24) zwecks Aufnahme durch einen anderen Einschub für die Steuerung der zugehörigen Variablen dient.
35. 35. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 34, gekennzeichnet durch eine im Gehäuse (12) montierte und mit dem Leitungsfeld (24) gekoppelte Schnittstelleneinrichtung (40) für einen externen Computer zur Einspeisung von Steuer-und Sollwertdaten in diesen sowie zum Empfang von den Sensorausgangssignalen entsprechenden Daten von diesem.
36. 36. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignal-Empfangseinrichtung (65) eine Schaltungsanordnung zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Übertragung zum Leitungsfeld (24) aufweist.
37. 37. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 36, gekennzeichnet durch ein Aufzeichnungsgerät (38) im Gehäuse (12) und durch eine Übertragung von Signalen vom Mikroprozessor (134) zu wenigstens einem der Kanäle der Schnittstelleneinrichtung (80), wobei die Signale den Wert der für die Zuführung zum Aufzeichnungsgerät (38) geeigneten Sensorausgangssignale repräsentieren.
38. 38. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 37, gekennzeichnet durch eine einen Schrittschaltmotor enthaltende Pumpeneinrichtung (60), wobei der Mikroprozessor (134) die Signale zur Durchführung der Variablen-Steuerung in Form einer Impulsfolge zur Ansteuerung des Schrittschaltmotors liefert.
39. 39. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpeneinrichtung (60,62) im Gehäuse (12) an das Leitungsfeld (24) angekoppelt ist, dass einer der Einschübe zur Steuerung der zugehörigen Variablen durch Zuführung von abgemessenen Mengen eines Materials durch die Pumpeneinrichtung dient und dass der manuell betätigbare Schalter (318) der manuellen Eingabeeinrichtung (230,232,234,236; 238—320) den zugehörigen Mikroprozessor (134) so schaltet, dass er ein die Zuführung des Materials repräsentierendes Signal in das Leitungsfeld (24) einspeist, um die Pumpeneinrichtung solange anzusteuern, wie der manuell betätigbare Schalter (318) betätigt ist.
40. 40. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertdaten auf einem Vorgang basierende Sollwertdaten enthalten, dass der Mikroprozessor (134) jedes Einschubs Signale zum Leitungsfeld (24) überträgt, welche den Wert des zugehörigen Sensorausgangssignals repräsentieren und von den anderen Einschü-ben empfangen werden, und dass der Mikroprozessor (134) eines Einschubs so arbeitet, dass die Übertragung der Steuersignale wenigstens teilweise vom Wert der durch wenigstens einen anderen Einschub übertragenen Sensorausgangssignale abhängig ist.
41. 41. Gerät nach einem der Ansprüche 31 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine äussere Alarmeinrichtung an das Leitungsfeld (24) ankoppelbar ist, und dass der Mikroprozessor (134) ein Alarmsignal zur Ausgabe an die äussere Alarmeinrichtung auf das Leitungsfeld (24) überträgt, wenn der durch das Sensorausgangssignal repräsentierte Varia-blen-Wert ausserhalb des Alarmgrenzwertes liegt.
42. 42. Verwendung des Einschubs nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überwachung und Steuerung einer Variablen in einem Fermentationsprozess.
43. 43. Verwendung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Variable des Fermentationsprozesses eine der Grössen pH-Wert, gelöster Sauerstoff, Schaum, Bewegungsgeschwindigkeit, Luftstrom, Druck und Temperatur ist.