CN110106076B - 基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统及控制方法，主要包括组态软件系统工程师站、系统操作员站、系统控制站、趋势服务器，OPC通信接口，移动终端网页，移动终端短信，电脑网页，本地LCD显示、分布式数据库、虚拟服务器VM，发酵罐控制系统，发酵罐视屏系统等；其中系统工程师站用于组态过程控制软件，诊断、监视过程控制站运行情况，供DCS工程师开发、测试；多台操作员站用于操作、监视、报警、趋势显示、记录和打印报表的；操作员站装有操作软件以完成上述功能，通过以太网同系统控制站相连；系统控制站用于控制发酵罐中各个系统模块的操作和停止；趋势服务器反应发酵罐控制系统中各个参数的变化状况。

Description

基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于微生态制剂生产领域，尤其涉及基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统。

背景技术

近年来，微生态制剂的研究、开发和应用均取得重大发展。作为微生态制剂的有益蜡样芽孢杆菌是我国农业部正式批准的生成生物制品的菌种，具有调节宿主微生态平衡的功能。它被广泛应用于饲料、农业、医药保健、食品等领域。尽管，生产蜡样芽孢杆菌的工艺一直在不断改善，但是还是无法满足市场对它需求量。为了实现让它在各个季节供应，使用蜡样芽孢杆菌发酵罐进行生产。随着蜡样芽孢杆菌发酵罐大量的增加，其管理难度也越来越大。生产工艺中人为操作较多，没有合理的完整的自动化生产管理系统方案。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，本发明设计一套完整的自动化检测控制管理系统，可以有效管理蜡样芽孢杆菌生产工艺，提高生产效率，改善生产环境，降低劳动成本。基于远程无线检测控制蜡样芽孢杆菌发酵罐管理系统，能够增强蜡样芽孢杆菌发酵罐作业的准确性和快捷性；减少由于人力管理不能实时管理造成的问题；减少管理成本、蜡样芽孢杆菌发酵罐的安全。

本发明总的技术方案思路是：该系统的整体架构主要包括组态软件模块，组态软件模块包括：组态软件系统工程师站、系统操作员站、系统控制站、趋势服务器，OPC通信接口，移动终端网页，移动终端短信，电脑网页，本地LCD显示、分布式数据库、虚拟服务器VM，发酵罐控制系统，发酵罐视屏系统等；其中系统工程师站用于组态过程控制软件，诊断、监视过程控制站运行情况，供DCS工程师开发、测试；多台操作员站用于操作、监视、报警、趋势显示、记录和打印报表的；操作员站装有操作软件以完成上述功能，通过以太网同系统控制站相连；系统控制站用于控制发酵罐中各个系统模块的操作和停止；趋势服务器反应发酵罐控制系统中各个参数的变化状况。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：

基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，包括实时控制模块、组态软件模块、数据采集模块、远程服务模块以及服务器备份模块；其中，

所述实时控制模块包括OPC通信接口与发酵罐组，所述组态软件模块通过OPC通信接口控制发酵罐组工作，并获取发酵罐组的工作数据；

所述数据采集模块通过组态软件模块与实时控制模块连接，数据采集模块存储发酵罐组的工作数据；

所述远程服务模块连接于组态软件模块，其用于展示组态软件模块运行信息，以及用于控制组态软件模块运行；

所述服务器备份模块通过硬件防火墙与组态软件模块连接，用于备份组态软件模块配置历史数据、运行状态历史数据以及数据采集模块的存储数据。

作为优选，所述组态软件模块包括系统工程师站、系统操作员站、系统控制站以及趋势服务器。

作为优选，所述系统工程师站用于组态软件模块诊断、监视发酵罐组运行情况；所述系统操作员站用于操作、监视发酵罐组实时状态，并对发酵罐实时状态的数据做报警、趋势显示、记录和打印报表的操作；所述系统控制站用于控制发酵罐组中各个系统模块的操作和停止；所述趋势服务器反应发酵罐组中各个参数的变化状况。

作为优选，所述发酵罐组包括一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐。

作为优选，所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐内部均安装有温度传感器、湿度传感器、光感传感器、氧气检测仪、碳源检测取样器、氮源检测取样器、pH检测取样器、无机盐检测取样器、生长因子定量检测仪、泡沫浓度检测仪、种龄测定仪以及种量检测仪。

作为优选，所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐内部还安装有内部摄像头、水分喷射器、光照灯组以及搅拌器，并在其外部还依次对应连接有恒温水槽、无菌水槽、氧气罐、碳源池、氮气池、密封碱液桶、密封酸液桶、无机盐桶、生长因子桶、消泡剂贮槽。

本发明的上述传感器以及检测仪等所涉及或者连接的传感器、取样器以及检测仪等均是通过主控系统内的各个控制电路来控制的，具体包括：温度传感器控制电路、湿度传感器控制电路、光感传感器控制电路、氧气检测仪控制电路、碳源检测取样器控制电路、氮源检测取样器控制电路、PH检测仪控制电路、无机盐检测仪控制电路、生长因子定量检测仪控制电路、泡沫浓度探测仪控制电路，种龄测定仪控制电路、种量检测仪控制电路，而各自的功能为：

通过温湿度传感器采集发酵罐的湿温度；

通过湿度传感器采集发酵罐的湿度；

通过光感传感器采集发酵罐的光照；

通过氧气检测仪采集发酵罐的氧气；

通过碳源检测取样器检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌碳含量；

通过氮源检测取样器检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌氮含量；

通过PH检测仪取样器检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌酸碱度；

通过无机盐检测仪取样器检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌无机盐含量；

通过生长因子定量检测仪检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌生长因子含量；

通过泡沫浓度探测仪检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌泡沫含量；

通过种龄测定仪检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌的种龄分布情况；

通过种量检测仪检测发酵罐中培养基的蜡样芽孢杆菌接种含量；

作为优选，所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐外部还安装有种量分离器以及菌种分离器。

作为优选，所述远程服务模块包括LCD、移动终端一、电脑网页访问以及移动终端二，所述LCD与所述移动终端一分别与所述组态软件模块连接，移动终端一访问组态软件模块内的数据，所述移动终端二通过GPRS与所述组态系统模块连接，所述电脑网页通过硬件防火墙访问所述组态软件模块内数据。

基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，所述服务器备份模块包括多个服务器VM以及与每个服务器VM连接的分布式存储数据库。

基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立好发酵罐组，并在发酵罐组内部安装上检测蜡样芽孢杆菌生产状况的各个传感器、检测仪；

步骤二：将发酵罐组通过OPC通信接口与组态软件模块连接，并且在组态软件模块上分别连接数据采集模块、远程服务模块以及服务器备份模块，用于对发酵罐组内的各个参数以及系统配置参数进行及时的备份、访问、显示和操作调整，形成完整的蜡样芽孢杆菌生产控制系统；

设备运行之前对所有检测仪器参数、链接线路、进行检查，调试；

步骤三：系统各个模块设置好后，对整个系统进行初始化；

步骤四：当系统首次使用时管理员设定，以后不用在设定，出现故障时管理员修改设定参数；

步骤五：通过组态软件模块对发酵罐组内的实时数据进行记录监控，当某一项检测数据出现异常或者需要调整时，发酵罐组内的传感器或者检测仪就会向组态软件模块发出信号，组态软件模块控制发酵罐外的相应设备进行补偿操作，以实现参数的准确化；

步骤六：经步骤五中检测或者调整的参数数据实时通过组态软件模块备份至数据采集模块，同时也将检测或调整的参数数据通过远程服务模块进行实时显示并更新。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，

本发明蜡样芽孢杆菌生产管理系统，是基于分布式系统高性能、低功耗、低成本的基础上开发的蜡样芽孢杆菌发酵罐智能监控管理系统；

安全性

通过使用蜡样芽孢杆菌生产管理系统，用户可以无线网络实时查看系统运行状况，管理员端通过管理员名和密码验证，只有在安装客户端和知道管理员名和密码的情况下才能与主控系统取得连结，安全性能较高。

可维护性

智能蜡样芽孢杆菌发酵罐系统的可维护性主要包括对主控系统的维护和客户端的维护，主要从一下几个方面考虑。

1、能对主控系统进行升级更新，包括硬件平台的更新和软件的升级，对主控系统的性能及功能进行升级，以达到管理员不断提升的功能需求。

2、对客户端进行优化，界面更人性化，让管理员使用起来更加方便，同时添加新的管理员需求。

可靠性

该系统严格按照项目流程设计实现，系统在现场完成后经过测试，对系统整体的和各个功能模块进行了多次测试皆能达到预期的效果，各个功能模块分工明确，即使有一个模块失灵不会停滞整个系统的运行。

系统可以有效管理生产工艺，提高生产效率，改善生产环境，降低劳动成本。

附图说明

图1为本发明系统功能图。

图2为本发明系统结构设计图。

图3(a)为本发明一级发酵罐中蜡样芽胞杆菌生产控制系统原理图。

图3(b)为本发明二级发酵罐中蜡样芽胞杆菌生产控制系统原理图。

图3(c)为本发明三级发酵罐中蜡样芽胞杆菌生产控制系统原理图。

图3(d)为本发明四级发酵罐中蜡样芽胞杆菌生产控制系统原理图。

图3(e)为本发明一级、二级、三级或四级发酵罐中上段位置左部分的放大图。

图3(f)为本发明一级、二级、三级或四级发酵罐中上段位置中间部分的放大图。

图3(g)为本发明一级、二级、三级或四级发酵罐中上段位置右边部分的放大图。

图3(h)为本发明一级、二级、三级或四级发酵罐中下段位置的放大图。

图4(a)为本发明MASTER数据库与SLAVE1-4数据库之间的关系图。

图4(b)为本发明MASTER数据库与SLAVE1-4数据库的功能图。

图5为本发明数据采集模块功能图。

图6为本发明远程服务模块功能图。

图7为本发明实时控制模块功能图。

图8为本发明数据采集模块流程图。

图9为本发明实时控制系统流程图。

图9(a) 为图9中上半部分放大图。

图9(b)为图9中中部的发大图。

图9(c)为图9中下半部分放大图。

其中：1-实时控制模块，101-OPC通信接口，102-发酵罐组，2-组态软件模块，201-系统工程师站，202-系统操作员站，203-系统控制站，204-趋势服务器，3-数据采集模块，301-本地组态数据库，4-远程服务模块，401-LCD，402-移动终端一，403-电脑网页访问，404-移动终端二，5-服务器备份模块，501-服务器VM，502-分布式存储数据库。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

实施例：

参照附图1-9、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h、4a、4b、9a、9b、9c所示的基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，包括实时控制模块1、组态软件模块2、数据采集模块3、远程服务模块4以及服务器备份模块5；其中，

所述组态软件模块2包括系统工程师站201、系统操作员站202、系统控制站203以及趋势服务器204，所述系统工程师站201用于组态软件模块2诊断、监视发酵罐组102运行情况；所述系统操作员站202用于操作、监视发酵罐组102实时状态，并对发酵罐实时状态的数据做报警、趋势显示、记录和打印报表的操作；所述系统控制站203用于控制发酵罐组102中各个系统模块的操作和停止；所述趋势服务器204反应发酵罐组102中各个参数的变化状况；

所述实时控制模块1包括OPC通信接口101与发酵罐组102，所述组态软件模块2通过OPC通信接口101控制发酵罐组102工作，并获取发酵罐组102的工作数据；

所述数据采集模块3通过组态软件模块2与实时控制模块1连接，数据采集模块3存储发酵罐组102的工作数据；所述数据采集模块3包括本地组态数据库301；本地数据库用于存放组态软件系统发罐历史，实时状况等。分布式存储数据库用于记录服务器系统配置历史，实时状况；

所述发酵罐组102包括一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐；所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐内部均安装有温度传感器、湿度传感器、光感传感器、氧气检测仪、碳源检测取样器、氮源检测取样器、pH检测取样器、无机盐检测取样器、生长因子定量检测仪、泡沫浓度检测仪、种龄测定仪以及种量检测仪；所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐内部还安装有内部摄像头、水分喷射器、光照灯组以及搅拌器，并在其外部还依次对应连接有恒温水槽、无菌水槽、氧气罐、碳源池、氮气池、密封碱液桶、密封酸液桶、无机盐桶、生长因子桶、消泡剂贮槽；所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐外部还安装有种量分离器以及菌种分离器，在所述发酵罐的外部还设有外部摄像头；

所述远程服务模块4连接于组态软件模块2，其用于展示组态软件模块2运行信息，以及用于控制组态软件模块2运行；所述远程服务模块4包括LCD401、移动终端一402、电脑网页访问403以及移动终端二404，所述LCD401与所述移动终端一402分别与所述组态软件模块2连接，移动终端一402访问组态软件模块2内的数据，所述移动终端二404通过GPRS与所述组态系统模块连接，所述电脑网页通过硬件防火墙访问所述组态软件模块2内数据；移动终端一402可以为IPad，移动终端二404可以为手机；

所述服务器备份模块5通过硬件防火墙与组态软件模块2连接，用于备份组态软件模块2配置历史数据、运行状态历史数据以及数据采集模块3的存储数据；所述服务器备份模块5包括多个服务器VM501以及与每个服务器VM连接的分布式存储数据库502。

本发明设计一套完整的检测控制管理系统，系统的整体架构主要包括：分布式组态，服务器系统VM、移动终端、电脑、系统工程师站201、系统操作员站202、系统控制站203、趋势反应器、发酵罐视屏系统、发酵罐控制系统，本地LCD401显示器、以及其它配套设备。

本发明各个部件的主要功能为：

进一步的，服务器VM，实时记录组态系统运行状况，保存系统配置参数，历史运行状况，系统实时运行状况。

进一步的，本地组态系统数据库记录组态软件控制发酵罐中各种控制变量的历史参数，实时参数。

进一步的，视频监控，实时显示蜡样芽孢杆菌发酵罐内状态。

进一步的，远程服务子系统是对远程终端请求提供服务的总控模块。

进一步的，视频请求是对远程终端的视频请求提供服务，将内、外摄像头采集到的信息通过压缩后发送给终端。

进一步的，环境请求是对远程终端的环境请求提供服务，将蜡样芽孢杆菌发酵罐内的所有采集的信息发送给远程终端。

进一步的，远程控制是通过远程终端对蜡样芽孢杆菌发酵罐内状态进行控制。

进一步的，本地控制是通过本地登录服务器对蜡样芽孢杆菌发酵罐内状态进行控制。

进一步的，系统设置是通过本地登录服务器或者接收远程终端的系统设置命令，并对系统进行设置。

进一步的，各种数据收集是通过本地登录服务器或者接收远程终端的系统设置命令，并对系统中各种数据进行采集和数据自动收集保存到数据库。

进一步的，各种数据查询是通过本地登录服务器或者接收远程终端的系统设置命令，并对系统中各种数据进行查询实时数据或者保存到数据库的历史数据。

进一步的，各种数据控制是通过本地登录服务器或者接收远程终端的系统设置命令，并对系统中各种数据进行控制实时数据。

本发明生产控制系统的操作原理是：

管理员通过本地登录组态系统，实时查看蜡样芽孢杆菌发酵罐内部和外部的状态的当前信息和历史记录；控制蜡样芽孢杆菌发酵罐内部和外部的状态。可以本地查看和控制发酵罐中各项指标的状况；例如：蜡样芽孢杆菌发酵罐环境温度过高，本地系统报警，可以通过远程命令做出相应调整降低温度。本地系统报警，发送短息通知移动客户端。

管理员通过网页远程客户端能够远程登录服务器，实时查看蜡样芽孢杆菌发酵罐内部和外部的状态的当前信息和历史记录；控制蜡样芽孢杆菌发酵罐内部和外部的状态。可以本地查看和控制发酵罐中各项指标的状况；例如：蜡样芽孢杆菌发酵罐环境温度过高，可以通过远程命令做出相应调整降低温度。

管理员通过移动终端远程登录服务器，实时查看蜡样芽孢杆菌发酵罐内部和外部的状态的当前信息和历史记录；控制蜡样芽孢杆菌发酵罐内部和外部的状态。可以本地查看和控制发酵罐中各项指标的状况；例如：蜡样芽孢杆菌发酵罐环境温度过高，发送短息通知移动客户端，可以通过远程命令做出相应调整降低温度。

本发明设计的生产控制系统的优势在于：

（1）能够实现管理者对蜡样芽孢杆菌发酵罐内的多种参数检测、记录、控制以及查询发酵罐内部和外部状态。

管理员可以非常方便的使用移动终端，web终端登录服务器查询及控制发酵罐中各类数据状态；实时查看蜡样芽孢杆菌发酵罐内部和外部的监控画面，满足管理员的需要，使管理蜡样芽孢杆菌发酵罐变得更加的方便。

（2）管理员为中心：蜡样芽孢杆菌生产管理系统是以蜡样芽孢杆菌发酵罐环境为平台，以管理员为中心，采用分布式主从实时数据库记录发酵罐中各参数变化情况，服务器VM系统记录和备份组态系统实时数据配置信息。通过自动化控制系统、无线传感器系统和机械控制技术于一体的智能生产管理系统。

（3）功能需求：智能蜡样芽孢杆菌发酵罐系统使得管理员对生产具有方便性，易操作性，快捷性，实时性；通过移动终端设备可实现查看和改变蜡样芽孢杆菌发酵罐内部的环境状况和状态，对蜡样芽孢杆菌发酵罐内的现状实时的监控。通过移动终端设备可实现查看蜡样芽孢杆菌发酵罐外部的环境状况和安全状态。

（4）高性价比：在系统设计中充分考虑系统的性能和价格的要求，使系统在较低成本的条件下，尽可能满足管理员需求实现管理员操作高效、便利、易操作、安全。

（5）通用性：目前，所有的智能蜡样芽孢杆菌发酵罐技术都处于发展阶段，系统设计时，选择兼容性好，符合通用协议的技术。

本发明的生产控制系统使用的有益效果是：

安全性

蜡样芽孢杆菌发酵罐产品和主控系统通过OPC通信。远程用户使用移动终端通过GPRS进行面向连接可靠的实时查看和控制发酵罐中的各种情况和参数，本地用户通过电脑网页直接查看和控制发酵罐中的各种情况和参数。通过设置密码管理员通过用户名和密码验证，只有在安装客户端和知道管理员名和密码的情况下，才能与主控系统取得连结，安全性能较高。

可维护性

智能蜡样芽孢杆菌发酵罐系统的可维护性，主要包括对主控系统的维护和客户端的维护，主要从以下几个方面考虑。

1、管理员能对主控系统进行升级更新，包括硬件平台的更新和软件的升级，对主控系统的性能及功能进行升级，满足管理水平不断提升的功能需求。

2、对客户端进行优化，界面简洁；服务器系统优化好，功能完善，管理员使用方便；支持多个管理员添加进入系统，共同进行管理系统。

系统整体的和各个功能模块进行了多次测试皆能达到预期的效果，各个功能模块分工明确，即使有一个模块出现错误，不会停滞整个系统的运行。

基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立好发酵罐组102，并在发酵罐组102内部安装上检测蜡样芽孢杆菌生产状况的各个传感器、检测仪；

步骤二：将发酵罐组102通过OPC通信接口101与组态软件模块2连接，并且在组态软件模块2上分别连接数据采集模块3、远程服务模块4以及服务器备份模块5，用于对发酵罐组102内的各个参数以及系统配置参数进行及时的备份、访问、显示和操作调整，形成完整的蜡样芽孢杆菌生产控制系统；

步骤三：系统各个模块设置好后，对整个系统进行初始化；

步骤四：当系统首次使用时管理员设定，以后不用在设定，出现故障时管理员修改设定参数；

步骤五：通过组态软件模块2对发酵罐组102内的实时数据进行记录监控，当某一项检测数据出现异常或者需要调整时，发酵罐组102内的传感器或者检测仪就会向组态软件模块2发出信号，组态软件模块2控制发酵罐外的相应设备进行补偿操作，以实现参数的准确化；

温度调节

在发酵罐的外壁下端设有水流散热装置，通过导热管将水槽连接到发酵罐的外壁水流散热装置；水槽中盛装满水，水槽底连接热电阻，水槽上部连接冷水进水阀门；水槽温度维持在20~40℃范围内。导热管将发酵罐外部罐壁下端水流散热装置缠绕；

在发酵罐内部管壁上方有温度传感器，温度传感器与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通水槽冷水阀和热水阀开启状态和关断状态；实现控制水槽开关的开启和关闭；通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，在开启冷水阀进行制冷状态下，打开水槽冷水管，降低水槽温度；在开启加热电阻进行加热状态下，对水槽通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，加热水槽中的水，升高水槽温度；通过对水槽中水温度的恒定控制，从水槽导热管水输出水温恒定；

若发酵罐中空气温度太低或者太高，不能适应微生物健康生长的条件；就需要开启水管对发酵罐进行温度调节，采用模糊PID算法进行软件设计实现温度控制，保证发酵罐温度在适宜范围内；

光照调节

在发酵罐内部顶上安装有多组灯，在发酵罐外部将外接电路与发酵罐中的多组灯相连接。通过系统控制站203控制电路中的电流大小和电压高低，实现对发酵罐中灯光的控制；

若蜡样芽孢杆菌发酵罐内部管壁光线太强或者太弱，可以通过开启的多组灯调节光线；

水分控制

在发酵罐的外部装有水阀，在发酵罐的内部安装有水分喷射装置，将在发酵罐的外部外接水阀与发酵罐中的水分喷射装置相连接。通过系统控制站203控制电路中的电源接通按钮，控制水阀开关的开启和关闭；在开启水阀状态下通过控制系统控制站203中的控制方式，实现对发酵罐中喷水大小和喷水速度快慢的控制；

若发酵罐中空气湿度太低，不能达到微生物健康生长的条件，就需要开启水阀对发酵罐加水喷溉，增加空气的湿度；

氧气检测和控制

在发酵罐的外部装有氧气罐，氧气罐通过氧气橡胶管与发酵罐内部管壁相连通；在发酵罐的内部有氧气检测仪，氧气检测仪与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通氧气罐，控制氧气罐开关的开启和关闭；在开启氧气罐状态下通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，实现对发酵罐中氧气含量的控制；

若蜡样芽孢杆菌氧气浓度太小，可以通过开启氧气调节状态；

碳源检测和控制

在发酵罐的外部装有碳源池，碳源池通过不锈金属管穿过发酵罐，与发酵罐内部管壁相连通。在发酵罐内部管壁上方，有碳源检测取样器，导入培养基中。碳源检测取样器与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通碳源池中机械手臂的驱动电路，实现控制碳源池开关的开启和关闭；在开启碳源池状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而打开机械手添加相应的碳量，实现对发酵罐中碳含量的控制；

若蜡样芽孢杆菌碳浓度太小，可以通过开启碳源调节状态；

氮源检测和控制

在发酵罐的外部装有氮源池，氮源池通过不锈金属管与发酵罐内部管壁相连通；在发酵罐内部管壁上方，有氮源检测取样器，导入培养基中；氮源检测取样器与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通氮源池中机械手臂的驱动电路，实现控制氮源池开关的开启和关闭；在开启氮源池状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而打开机械手添加相应的氮量，实现对发酵罐中氮含量的控制；

若蜡样芽孢杆菌氮浓度太小，可以通过开启氮源调节状态；

酸碱度检测和控制

在发酵罐的外部分别装有密封酸液桶和密封碱液桶，酸液桶通过铝管穿过发酵罐内部管壁连通入培养基，碱液桶管通过塑料管穿过发酵罐内部管壁连通入培养基；

在发酵罐的内部有PH检测仪，导入培养基中。PH检测仪与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路分别接通密封酸液桶和密封碱液桶上的转换电路，分别实现接通密封酸液桶和密封碱液桶开关的开启和关闭；在开启密封酸液桶或者密封碱液桶状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而打开转换电路添加相应量的酸液或者密封碱液，实现对发酵罐中酸碱度的控制；

若蜡样芽孢杆菌酸碱度太大或者太小，采用了酸碱度阈值，以酸碱度中间值7为阈值为比较标准，进行软件设计判断，可以通过开启酸碱度调节状态；

无机盐检测和控制

在发酵罐的外部装有无机盐桶，无机盐桶通过不锈金属管与发酵罐内部管壁相连通；在发酵罐内部管壁上方，有氮源检测取样器，导入培养基中；

在发酵罐的内部有无机盐检测仪，无机盐检测仪与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通无机盐桶中上的转换电路，实现控制无机盐开关的开启和关闭；在开启无机盐状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而打开转换电路添加相应量的无机盐，实现对发酵罐中无机盐的控制；

若蜡样芽孢杆菌无机盐浓度太小，可以通过开启无机盐调节状态；

生长因子的检测和控制

在发酵罐的外部装有生长因子瓶子，生长因子瓶子通过不锈金属管与发酵罐内部管壁相连通；

在发酵罐内部管壁上方，有氮源检测取样器，导入培养基中；

在发酵罐的内部有生长因子定量检测仪，生长因子定量检测仪与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通生长因子转换电路，实现控制生长因子开关的开启和关闭；在开启添加生长因子状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而打开转换电路添加相应量的生长因子，实现对发酵罐中生长因子的控制；

若蜡样芽孢杆菌生长因子浓度太小，可以通过开启生长因子调节状态；

泡沫检测和控制

在发酵罐的外部装有泡沫瓶子，泡沫瓶子通过不锈金属管与发酵罐内部管壁相连通；

在发酵罐内部管壁上方，有氮源检测取样器，导入培养基中；

在发酵罐的内部有泡沫浓度探测仪，泡沫浓度探测仪与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通泡沫中转换电路，实现控制泡沫清除开关的开启和关闭；在开启清除泡沫状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而打开转换电路，打开消泡剂贮槽，添加适量消泡剂，消除相应的泡沫，实现对发酵罐中泡沫的控制；

若蜡样芽孢杆菌泡沫浓度太大，可以通过开启泡沫调节状态；

种量检测和控制

在发酵罐的外部装有种量瓶子，种量瓶子通过不锈金属管与发酵罐内部管壁相连通；

在发酵罐内部管壁上方，有氮种龄检测取样器，导入培养基中；

在发酵罐的内部有种量检测仪，种量检测仪与发酵罐外部管壁的报警电路与系统控制站203进行通信和控制连接；

通过系统控制站203控制电路接通种量转换电路。在开启种量状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而打开转换电路分析相应的种量，实现对发酵罐中种量的控制；

若蜡样芽孢杆菌种量太多，可以通过开启种量调节状态；

种龄检测和控制

在发酵罐的外部装有种龄瓶子，种龄瓶子通过不锈金属管与发酵罐内部管壁相连通；

在发酵罐内部管壁上方，有种量检测取样器，导入培养基中，

在发酵罐的内部有种龄测定仪，种龄测定仪与发酵罐外部管壁的报警电路进行通信连接；

通过系统控制站203控制电路接通种龄中转换电路电路，实现控制种龄开关的开启和关闭；在开启种龄调节状态下，通过控制预先设定系统控制站203中的控制方式，从而通过转换电路打开种龄分离器分立出相应的种龄的菌种，实现对发酵罐中种龄的控制；

若蜡样芽孢杆菌种龄太大，可以通过开启种龄调节状态；

步骤六：经步骤五中检测或者调整的参数数据实时通过组态软件模块2备份至数据采集模块3，同时也将检测或调整的参数数据通过远程服务模块4进行实时显示并更新。

本发明为了减少人工操作共工序和工时，同时，提高蜡样芽孢杆菌安全生产效率，设计一种基于组态分布式系统软件控制系统，用于人工远程和本地实时自动化管理和控制菌种生产发酵。可以有效提高蜡样芽孢杆菌菌种的发酵速度，缩短发酵时间，增加菌种存活数量，改善菌种生长环境。提高菌种的纯度，抗吞噬能力，防止菌体被其它菌种感染，侵蚀，避免发酵过程生成毒素、有害物。另外，也方便生产管理人员对蜡样芽孢杆菌生长、养殖、培养、育种等有进一步观察、分析、取样、测试、研究。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，其特征在于：包括组态软件模块、实时控制模块、数据采集模块、远程服务模块以及服务器备份模块；其中，

所述实时控制模块包括OPC通信接口与发酵罐组，所述组态软件模块通过OPC通信接口控制发酵罐组工作，并获取发酵罐组的工作数据；

所述数据采集模块通过组态软件模块与实时控制模块连接，数据采集模块存储发酵罐组的工作数据；

所述远程服务模块连接于组态软件模块，其用于展示组态软件模块运行信息，以及用于控制组态软件模块运行；

所述服务器备份模块通过硬件防火墙与组态软件模块连接，用于备份组态软件模块配置历史数据、运行状态历史数据以及数据采集模块的存储数据；

所述组态软件模块包括系统工程师站、系统操作员站、系统控制站以及趋势服务器；

所述系统工程师站用于组态软件模块诊断、监视发酵罐组运行情况；所述系统操作员站用于操作、监视发酵罐组实时状态，并对发酵罐实时状态的数据做报警、趋势显示、记录和打印报表的操作；所述系统控制站用于控制发酵罐组中各个系统模块的操作和停止；所述趋势服务器反应发酵罐组中各个参数的变化状况；

所述远程服务模块包括LCD、移动终端一、电脑网页访问以及移动终端二，所述LCD与所述移动终端一分别与所述组态软件模块连接，移动终端一访问组态软件模块内的数据，所述移动终端二通过GPRS与所述组态系统模块连接，所述电脑网页通过硬件防火墙访问所述组态软件模块内数据；

所述服务器备份模块包括多个服务器VM以及与每个服务器VM连接的分布式存储数据库。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，其特征在于：所述发酵罐组包括一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐。

3.根据权利要求2所述的基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，其特征在于：所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐内部均安装有温度传感器、湿度传感器、光感传感器、氧气检测仪、碳源检测取样器、氮源检测取样器、pH检测取样器、无机盐检测取样器、生长因子定量检测仪、泡沫浓度检测仪、种龄测定仪以及种量检测仪。

4.根据权利要求3所述的基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，其特征在于：所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐内部还安装有内部摄像头、水分喷射器、光照灯组以及搅拌器，并在其外部还依次对应连接有恒温水槽、无菌水槽、氧气罐、碳源池、氮气池、密封碱液桶、密封酸液桶、无机盐桶、生长因子桶、消泡剂贮槽。

5.根据权利要求4所述的基于无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统，其特征在于：所述一级发酵罐、二级发酵罐、三级发酵罐以及四级发酵罐外部还安装有种量分离器以及菌种分离器。

6.基于权利要求1-5任一项所述的无线传感器的蜡样芽孢杆菌生产控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立好发酵罐组，并在发酵罐组内部安装上检测蜡样芽孢杆菌生产状况的各个传感器、检测仪；

步骤二：将发酵罐组通过OPC通信接口与组态软件模块连接，并且在组态软件模块上分别连接数据采集模块、远程服务模块以及服务器备份模块，用于对发酵罐组内的各个参数以及系统配置参数进行及时的备份、访问、显示和操作调整，形成完整的蜡样芽孢杆菌生产控制系统；

步骤三：系统各个模块设置好后，对整个系统进行初始化；

步骤四：当系统首次使用时管理员设定，以后不用在设定，出现故障时管理员修改设定参数；

步骤五：通过组态软件模块对发酵罐组内的实时数据进行记录监控，当某一项检测数据出现异常或者需要调整时，发酵罐组内的传感器或者检测仪就会向组态软件模块发出信号，组态软件模块控制发酵罐外的相应设备进行补偿操作，以实现参数的准确化；

步骤六：经步骤五中检测或者调整的参数数据实时通过组态软件模块备份至数据采集模块，同时也将检测或调整的参数数据通过远程服务模块进行实时显示并更新。

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