CN110989458A - 干细胞自动化制备控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及干细胞自动化制备控制系统及其控制方法，该系统包括上位机、工业计算机、入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件；上位机与工业计算机连接，入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件分别与工业计算机连接；通过工业计算机下发作业指令，驱动入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件进行工作，并由上述组件反馈信息至工业计算机，由工业计算机上传至上位机进行分析和记录。本发明实现配合自动化执行装置自动化完成细胞的制备，效率高，且不易污染培养环境，提高细胞生产成功率。

Description

干细胞自动化制备控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及控制系统，更具体地说是指干细胞自动化制备控制系统及其控制方法。

背景技术

干细胞是一类具有无限的或者永生的自我更新能力的细胞、能够产生至少一种类型的、高度分化的子代细胞。对于干细胞的制备而言，目前干细胞的培养和生产均采用人工操作的方式进行，从物料传输、细胞培养、培养后的离心处理以及分装等流程，均是由操作人员手工操作，人员技能差异很难保证各批次之间的稳定性，制备也难以实现规模化，随着干细胞治疗越来越普及，对干细胞的需求也急剧增加，人员手工操作，效率低下，且培养环境易受到污染，导致细胞生产成功率低。

因此，有必要设计一种新的系统，实现配合自动化执行装置自动化完成细胞的制备，效率高，且不易污染培养环境，提高细胞生产成功率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供干细胞自动化制备控制系统及其控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：干细胞自动化制备控制系统，包括上位机、工业计算机、入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件；所述上位机与所述工业计算机连接，所述入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件分别与所述工业计算机连接；通过工业计算机下发作业指令，驱动入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件进行工作，并由入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件反馈信息至工业计算机，由工业计算机上传至上位机进行分析和记录。

其进一步技术方案为：所述入料仓控制组件包括入料仓体控制器、入料仓执行装置以及入料仓传感器组件，所述入料仓执行装置包括入料仓送料模组以及入料仓机械手臂，所述工业计算机、所述入料仓执行装置以及所述入料仓传感器组件分别与所述入料仓体控制器连接。

其进一步技术方案为：所述培养仓控制组件包括培养仓体控制器、培养仓伺服放大器、培养仓执行装置以及培养仓触控屏，所述工业计算机与所述培养仓体控制器连接，所述培养仓体控制器通过SSCNETⅢ网络与所述培养仓伺服放大器连接，所述培养仓伺服放大器与所述培养仓执行装置连接，所述培养仓触控屏与所述培养仓体控制器连接，所述培养仓体控制器还连接有培养仓传感器组件。

其进一步技术方案为：所述配液仓控制组件包括配液仓体控制器、配液仓伺服放大器、配液仓执行装置、配液仓蠕动泵、配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器，所述工业计算机以及所述配液仓蠕动泵分别与所述配液仓体控制器连接，所述配液仓体控制器通过SSCNETⅢ网络与所述配液仓伺服放大器连接，所述配液仓伺服放大器与所述配液仓执行装置连接，所述配液仓体控制器通过RS485模块分别与所述配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器连接。

其进一步技术方案为：所述离心仓控制组件包括离心仓体控制器、离心仓伺服放大器、离心仓执行装置、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人以及离心机，所述工业计算机、离心仓伺服放大器、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人以及离心机分别与所述离心仓体控制器连接，所述离心仓执行装置与所述离心仓伺服放大器连接。

其进一步技术方案为：所述进出料仓控制组件包括进出料仓体控制器、进出料仓伺服放大器、进出料仓执行装置、第五过氧化氢发生器以及第五过氧化氢传感器，所述工业计算机、进出料仓伺服放大器、第五过氧化氢发生器以及第五过氧化氢传感器分别与所述进出料仓体控制器连接，所述进出料仓执行装置与所述进出料仓伺服放大器连接。

其进一步技术方案为：所述上位机通过Modbus TCP总线与所述工业计算机连接。

其进一步技术方案为：所述上位机连接有监控控制器。

其进一步技术方案为：所述监控控制器还连接有数据服务器，所述数据服务器与所述上位机连接。

本发明还提供了干细胞自动化制备控制系统的控制方法，包括：通过工业计算机下发作业指令，驱动入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件进行工作，并由入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件反馈信息至工业计算机，由工业计算机上传至上位机进行分析和记录。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置上位机、工业计算机、入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件，利用上位机给工业计算机发送指令，再由工业计算机根据该指令下发作业指令，并驱动入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件进行工作，并将信息反馈至上位机，实现配合自动化执行装置自动化完成细胞的制备，效率高，且不易污染培养环境，提高细胞生产成功率。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的干细胞自动化制备控制系统的结构示意框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1所示的具体实施例，本实施例提供的干细胞自动化制备控制系统，可以运用在自动化制备干细胞的过程中。

请参阅图1，上述的干细胞自动化制备控制系统，包括上位机10、工业计算机20、入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70；上位机10与工业计算机20连接，入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70分别与工业计算机20连接；通过工业计算机20下发作业指令，驱动入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70进行工作，并由入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70反馈信息至工业计算机20，由工业计算机20上传至上位机10进行分析和记录。

整个干细胞自动化制备控制系统分为上、中、下三个层次，上层为上位机10，中间是工业计算机20，下层是入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70内对应的仓体控制器，每一层都有自己功能，三个功能层相互独立又紧密联系，便于控制逻辑清楚，设备扩展容易。上位机10，生产任务下达，工艺流程组合，生产数据记录，生产阶段决策作用，作为系统的大脑；工业计算机20作为上位机10与仓体控制器的通信管理器，对指令进行上传下达，对指令及动作的轻重缓急进行排序，仓体之间物料传输指令也是通过设备控制交互完成；仓体控制器执行仓内生产设备的控制；整个系统充分发挥上位机10在数据处理的优势及仓体控制器在现场设备控制的稳定性。

工业计算机20采用研华IP-610L工业计算机20，与各个仓体的仓体控制器之间使用CC-Link Field总线通讯。该CC-Link Field总线基于以太网技术，传输速率为1000Mbit/S，同时有4.5K字节的数据在两者之间实时刷新。

本系统按照工厂自动化三级网络划分细胞培养车间信息层即上位机10、控制层即工业计算机20、现场层即各个仓体，利用了Mitsubishi工业通信网络中的工业以太网及CC-Link IE相结合组成两级控制网络拓扑结构，在控制层即工业计算机20采用了CC-Link IE现场总线连接各个仓的仓体控制器，在车间信息层以及控制层与车间信息层之间采用工业以太网通讯，而在现场层的设备根据种类及支持接口的不同采取不同的的连接、通讯方式，如光电开关、接近开关信号直接连在控制器上，或通过远程模块采集然后连接仓体控制器上。伺服马达则采用伺服控制网络SSCNETⅢ连接；六轴机器人、离心机等于仓体控制器之间连接采用了Modubus TCP协议，保证设备在收到指令执行动作时候的时效性和准确性；现场的视频图片等大的数据需要上传到数据服务器90时，无需通过工业总线，可以通过工业互联网直接传送。

在一实施例中，上述的入料仓控制组件30包括入料仓体控制器、入料仓执行装置以及入料仓传感器组件，入料仓执行装置包括入料仓送料模组以及入料仓机械手臂，工业计算机20、入料仓执行装置以及入料仓传感器组件分别与入料仓体控制器连接。

利用工业计算机20输入作业指令，驱动入料仓体控制器根据该作业指令输出对应的信号，以驱动入料仓执行装置进行对应的操作，比如入料仓送料模组以及入料仓机械手臂的配合，实现将培养瓶与培养皿输入至培养仓等位置，从而实现自动控制装置，以自动完成入料仓内物体的移动，降低操作人员的劳动强度。

自动化干细胞入料仓是在一个密闭空间内，利用第二可编程控制器，通过驱动入料仓执行装置，实现培养皿和培养瓶自动进出入料箱。入料仓内包括以下内容：送料模组一个；存取货架一个；搬运培养皿和培养瓶的机械手臂一组；推瓶气缸。工业计算机20可以对入料仓体控制器下发取放培养瓶等作业指令，入料仓体控制器依据指令做相应的入料仓执行装置的控制动作

上述的入料仓送料模组包括入料仓送料模组伺服驱动器以及入料仓送料动力源，入料仓送料模组伺服驱动器通过入料仓伺服放大器与入料仓体控制器连接，入料仓送料模组伺服驱动器与入料仓送料动力源连接。上述的入料仓机械手臂包括入料仓手臂驱动器、入料仓Y轴取料动力源以及入料仓Z轴取料动力源，入料仓Y轴取料动力源以及入料仓Z轴取料动力源分别与入料仓手臂驱动器连接，入料仓手臂驱动器通过入料仓伺服放大器与入料仓体控制器连接。上述的入料仓送料动力源、入料仓Y轴取料动力源以及入料仓Z轴取料动力源分别为伺服马达。上述的入料仓执行装置还包括与第二可编程控制器连接的推瓶气缸。

在一实施例中，上述的入料仓体控制器包括第二可编程控制器、第二输入模块、第二输出模块以及第二运动控制模块，第二输入模块、第二输出模块以及第二运动控制模块分别与第二可编程控制器连接，所述第二运动控制模块与所述入料仓伺服放大器连接，工业计算机20与第二可编程控制器连接，第二输入模块与入料仓传感器组件连接，第二输出模块还分别连接有第二电磁阀、第二刹车装置以及第二温控装置。

入料仓体控制器是入料仓的控制核心，使用了三菱可最新一代R系列的中大型可编程序控制器，型号为R04EN，自带160K字节的程序存储器，指令最快处理时间为0.98ns，同时有三个RJ45接口，具有以太网、CC-Link IE、Modbus TCP等工业总线功能，从而实现自动控制设备进行培养瓶和培养皿的自动移动，减少操作人员的劳动强度。

在本实施例中，仓内运动定位部件即入料仓执行装置的移动是靠伺服马达带动完成的，第二可编程控制器带有一个型号为RD77MS8的第二运动控制模块，该第二运动控制模块通过SSCNETⅢ网络，使用光纤串行连接入料仓伺服放大器，同时可以控制8个伺服马达。

在一实施例中，上述的入料仓传感器组件包括用于感应物体的第二光电传感器、第二气缸行程位置传感器、第二夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度的入料仓传感器。

在本实施例中，上述的入料仓传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器以及压差传感器。

在一实施例中，上述的第二输入模块包括第二数字量输入子模块以及第二电流型模拟量输入子模块，第二数字量输入子模块分别与第二光电传感器、第二气缸行程位置传感器以及第二夹爪位置传感器连接，第二电流型模拟量输入子模块与入料仓传感器连接。

上述的第二数字量输入子模块的型号为RX42C4，另外，该第二数字量输入子模块通过接线端子连接有各种按钮、行程开关、感应开关。接线端子的型号为A6TBXY36。

上述的模拟量输入子模块内部的型号为R60ADI8，其为8通道第二电流型模拟量输入子模块。

在一实施例中，上述的第二输出模块包括第二数字量输出子模块以及第二电流型模拟量输出子模块，第二数字量输出子模块分别与第二电磁阀以及第二刹车装置连接，第二电流型模拟量输出子模块分别与第二温控装置连接。

在本实施例中，上述的第二数字量输出子模块的型号为RY42NT2P，用来控制第二电磁阀和伺服马达的刹车等。第二数字量输出子模块通过接线端子连接有各种继电器、信号灯，接线端子的型号为A6TBXY36。

在本实施例中，上述的第二电流型模拟量输出子模块的型号为R60DAI8，其为8通道第二电流型模拟量输出子模块，用于控制层流风机风速、风管的风阀等执行元件。

在本实施例中，上述的第二温控装置包括风机。

在一实施例中，上述入料仓控制组件30还包括第二触控屏，第二触控屏与第二可编程控制器连接。第二触控屏是现场人与入料仓交换的界面，第二触控屏与第二可编程控制器通信通过MC协议连接。触摸屏采用了型号为威纶通MT8121IE，触摸屏界面上可以显示仓内环境参数、机械运动部件位置参数、培养皿数量等仓体信息参数，同时可以通过触摸屏对入料仓进行手动模组操作和自动运行作业任务操作。

在一实施例中，上述的工业计算机20通过以太网交换机与第二可编程控制器连接。第二触控屏也是通过以太网交换机与第二可编程控制器连接。

在一实施例中，上述的入料仓控制组件30还包括第二电源单元，第二电源单元与入料仓执行装置、第二温控装置、入料仓传感器组件以及入料仓体控制器连接。

入料仓采用交流220V电源，需要供电的电气元件或设备有第二可编程控制器、开关电源、入料仓执行装置、第二温控装置等。入料仓主要功能是把培养瓶放入存货架上，其主要作业流程有培养瓶入仓、培养瓶传递出仓，收取废弃培养瓶三种。实现自动控制装置，以自动完成入料仓内物体的移动，降低操作人员的劳动强度。

在一实施例中，上述的培养仓控制组件40包括培养仓体控制器、培养仓伺服放大器、培养仓执行装置以及培养仓触控屏，工业计算机20与培养仓体控制器连接，培养仓体控制器通过SSCNETⅢ网络与培养仓伺服放大器连接，培养仓伺服放大器与培养仓执行装置连接，培养仓触控屏与培养仓体控制器连接，培养仓体控制器还连接有培养仓传感器组件。

所述培养仓触控屏，用于输入信息，所述工业计算机20，用于对培养仓体控制器下发作业指令，培养仓体控制器依据作业指令做相应的培养仓执行装置控制动作；所述培养仓体控制器，用于根据作业指令输出信号，并由培养仓伺服放大器根据所述信号输出控制信号，所述控制信号经过培养仓伺服放大器后，驱动培养仓执行装置进行工作。

干细胞培养仓是在一个密闭空间内，利用第一可编程控制器，通过驱动自动化机构和装置，实现培养皿自动进出培养箱，自动化培养干细胞；同时可通过人工智能视觉检测技术，实现细胞培养状态的自动化检测，智能判断细胞的生长状态。自动化培养仓实现规模化细胞培养。

干细胞培养仓主要有培养箱、机械手臂、存取货架RGV小车、细胞检测模组、机架及电控系统组成。作为功能试验性样机，只使用了两个培养箱，每个培养箱可以同时培养120瓶T157的培养皿；理论上，只要空间允许，培养仓可以同时对接100个以上的培养箱，同时培养12000个培养瓶。

主要的机械参数：两个250L的二氧化碳培养箱；搬运培养皿的机械手臂一组；搬运培养箱货架RGV小车一辆；细胞观察模组及第一显微镜一组。

以第一可编程控制器作为培养仓体控制器，对外连接工业计算机20，由培养仓体控制器对仓体内的培养仓执行装置等进行控制器，另外，由工业计算机20下发指令后，由培养仓体控制器控制对应的培养仓执行装置，并配合第一传感器组件进行精准的控制。

在本实施例中，工业计算机20可以对培养仓体控制器下发细胞培养、细胞检测、细胞收获等作业指令，培养仓体控制器依据指令做相应的培养仓执行装置控制动作，无需人工操作，可提高效率。上述的培养仓触控屏是现场人与培养仓交换的界面，其与第一可编程控制器通信通过MC协议连接。触摸屏采用了型号为威纶通MT8121IE，触摸屏界面上可以显示仓内环境参数、机械运动部件位置参数、培养箱内培养皿数量等仓体信息参数，同时可以通过触摸屏对培养仓进行手动模组操作和自动运行作业任务操作。

在一实施例中，上述的培养仓体控制器包括第一可编程控制器、第一输入模块、第一输出模块以及第一运动控制模块，第一输入模块、第一输出模块以及第一运动控制模块分别与第一可编程控制器连接，第一运动控制模块与培养仓伺服放大器连接，工业计算机20以及培养仓触控屏分别与第一可编程控制器连接，第一输入模块与第一传感器组件连接，第一输出模块还分别连接有第一电磁阀、第一刹车装置以及第一温控装置。

在一实施例中，上述的第一运动控制模块的型号为RD77MS16，仓内运动定位部件也就是培养仓执行装置的移动是靠伺服马达带动完成的，伺服马达是需由培养仓伺服放大器输出的信号进行控制的，该第一运动控制模块通过SSCNETⅢ网络，使用光纤串行连接培养仓伺服放大器，同时可以控制16个伺服马达，实现4轴直线插补、2轴圆弧插补、3轴螺旋插补等高级运动控制功能。对机械手、检测模组、RGV小车的精确定位带来方便。

在本实施例中，上述的第一可编程控制器的型号为R04EN。第一可编程控制器采用了三菱可最新一代R系列的中大型可编程序控制器，自带160K字节的程序存储器，指令最快处理时间为0.98ns，同时有三个RJ45接口，具有以太网、CC-Link IE、Modbus TCP等工业总线功能，从而实现自动控制设备进行干细胞自动培养，减少操作人员的劳动强度。

在一实施例中，上述的第一传感器组件包括用于感应物体的光电传感器、气缸行程位置传感器、夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度的第一传感器。

在本实施例中，上述的第一传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、压差传感器以及过氧化氢传感器。

在一实施例中，上述的第一输入模块包括第一数字量输入子模块以及第一电流型模拟量输入子模块，第一数字量输入子模块分别与光电传感器、气缸行程位置传感器以及夹爪位置传感器连接，第一电流型模拟量输入子模块与第一传感器连接。

上述的第一数字量输入子模块的型号为RX42C4，另外，该数字量输入子模块通过接线端子连接有各种按钮、行程开关、感应开关。接线端子的型号为A6TBXY36。

上述的第一模拟量输入子模块内部的型号为R60ADI8，其为8通道电流型模拟量输入子模块。

在一实施例中，上述的第一输出模块包括第一数字量输出子模块以及第一电流型模拟量输出子模块，第一数字量输出子模块分别与第一电磁阀以及第一刹车装置连接，第一电流型模拟量输出子模块分别与第一温控装置连接。

在本实施例中，上述的第一数字量输出子模块的型号为RY42NT2P，用来控制第一电磁阀和伺服马达的刹车等。第一数字量输出子模块通过接线端子连接有各种继电器、信号灯，接线端子的型号为A6TBXY36。在本实施例中，上述的第一电流型模拟量输出子模块的型号为R60DAI8，其为8通道电流型模拟量输出子模块，用于控制层流风机风速、风管的风阀等执行元件。在本实施例中，上述的第一温控装置包括风机。

上述的第一可编程控制器连接有第一以太网模块，第一以太网模块连接有第一显微镜。培养仓体控制器与第一显微镜和培养箱是通过基于TCP协议Socket通信，在第一可编程控制器的以太网配置中设置以Socket通信手段连接三个对象，1个为第一显微镜，2和3为培养箱，在网络中以不同的端口号作为不同对象区分开来，第一可编程控制器在通讯时，发送时，指定作为发送源的第一以太网模块的端口号和作为发送目标的通信对方侧的端口号；接收时，指定第一以太网模块的端口号，并读取向其发送的数据。

在一实施例中，上述的培养仓控制组件40还包括第一电源单元，第一电源单元与培养仓执行装置、第一温控装置、第一传感器组件以及培养仓体控制器连接。

干细胞培养仓采用交流220V电源，需要供电的电气元件或设备有第一可编程控制器、开关电源、培养箱、伺服驱动器、真空泵、第一显微镜。

上述的第一以太网模块为以太网交换机。

培养仓主要功能是培养细胞，其主要作业流程有培养皿入仓、培养皿出仓、培养皿观察三种。在本实施例中，上述的培养仓执行装置包括培养仓手臂伺服驱动器、培养仓检测模组伺服驱动器以及培养仓RGV小车伺服驱动器，该培养仓手臂伺服驱动器连接有用于控制培养仓手臂移动的X、Y、Z轴伺服马达，该培养仓检测模组伺服驱动器连接有用于控制检测模组移动的X、Y轴伺服马达，该培养仓RGV小车伺服驱动器连接有用于控制RGV小车移动的X、Y、Z轴伺服马达以及轨道伺服马达。

第一可编程控制器还连接有手臂模组I/O端口、检测模组I/O端口、RCV小车模组I/O端口、传递门模组I/O端口、培养箱开门I/O端口以及环境层流控制I/O端口。实现自动控制设备进行干细胞自动培养，减少操作人员的劳动强度。

在一实施例中，请参阅图1，上述的配液仓控制组件50包括配液仓体控制器、配液仓伺服放大器、配液仓执行装置、配液仓蠕动泵、配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器，工业计算机20以及配液仓蠕动泵分别与配液仓体控制器连接，配液仓体控制器通过SSCNETⅢ网络与配液仓伺服放大器连接，配液仓伺服放大器与配液仓执行装置连接，配液仓体控制器通过RS485模块分别与配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器连接。

配液仓是在一个密闭空间内，利用第三可编程控制器通过驱动配液仓执行装置，实现培养皿自动开关盖，对培养皿定量移液和配液，实现干细胞制备过程中配液的自动化操作。配液仓主要有搬运培养皿的旋转四爪手臂、培养皿入料仓进出瓶手臂、培养仓进出瓶手臂、培养皿开/关盖机构、配液仓配液仓蠕动泵组、废液袋。旋转手臂有四个爪，每个爪可以同时抓取4个培养皿，在细胞培养过程中种瓶阶段和细胞收获的把细胞从培养瓶剥离的阶段，每分钟可以自动化处理四个培养瓶。

配液仓内设置有四爪的旋转手臂一组；培养皿入料仓进/出瓶手臂、培养仓进/出瓶手臂各一组；培养皿开/关盖机一组，可以同时操作4个培养瓶；蠕动泵即：生理盐水蠕动泵一组，废液蠕动泵一组，终止液蠕动泵一组，胰酶蠕动泵一组，种子细胞蠕动泵一组，细胞悬液蠕动泵一组；废液袋一个。

配液仓是以第三可编程控制器作为配液仓体控制器，工业计算机20可以对配液仓体控制器下发细胞培养种瓶、细胞收获等作业指令，配液仓体控制器依据指令做相应的设备控制动作。

具体地，上述的工业计算机20，用于对配液仓体控制器下发作业指令，配液仓体控制器依据作业指令做相应的配液仓执行装置控制动作；配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器，用于检测配液仓内的环境参数；配液仓体控制器，用于根据作业指令以及配液仓内的环境参数输出信号，并由配液仓伺服放大器根据信号输出控制信号，控制信号经过配液仓伺服放大器后，驱动配液仓执行装置进行工作，且对配液仓蠕动泵发出驱动信号；所述配液仓蠕动泵，根据驱动信号进行移液操作。

培养瓶在配液仓需要打开盖子后做各种相应的配液操作，所以配液仓的仓内环境要求要达到GMP A级，对应的环境检测有配液仓尘埃粒子传感器和配液仓浮游菌传感器，配液仓尘埃粒子传感器和配液仓浮游菌传感器是智能型传感器，可用于检测环境内的尘埃粒子浓度和浮游菌的浓度。

在一实施例中，上述的配液仓体控制器包括第三可编程控制器、第三输入模块、第三输出模块、第三串口模块以及第三运动控制模块，第三输入模块、第三输出模块、第三串口模块以及第三运动控制模块分别与第三可编程控制器连接，所述第三运动控制模块与所述配液仓伺服放大器连接，工业计算机20、配液仓蠕动泵分别与所述第三可编程控制器连接，第三输入模块还连接有配液仓传感器组件，第三输出模块还分别连接有第三电磁阀、第三刹车装置以及第三温控装置，第三串口模块通过第三RS485模块分别与配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器连接。

上述的第三串口模块还连接有第三RS232模块。第三RS232模块与第三串口模块的通信协议为Modubs RTU，第三串口模块的型号为RJ71C24，该第三串口模块还连有一个第三RS232接口和一个第三RS485接口，其中，第三RS485接口与第三RS485模块连接。

上述的配液仓的配液仓体控制器是配液仓的控制核心，使用了三菱最新一代R系列的中大型可编程序控制器，第三可编程控制器的型号为R04EN，自带160K字节的程序存储器，指令最快处理时间为0.98ns，同时有三个RJ45接口，具有以太网、CC-Link IE、ModbusTCP等工业总线功能。

仓内运动定位部件也就是配液仓执行装置的移动是靠伺服马达带动完成的，第三可编程控制器连接有一个型号为RD77MS16第三运动控制模块，该第三运动控制模块通过SSCNETⅢ网络，使用光纤串行连接配液仓伺服放大器，同时可以控制16个伺服马达，带有到4轴直线插补、2轴圆弧插补、3轴螺旋插补等高级运动控制功能，对旋转手臂模组、培养皿入料仓进出瓶手臂模组、培养仓进出瓶手臂模组的精确定位带来方便，以实现自动配液的过程，减少人员的劳动强度。

在本实施例中，上述的第三可编程控制器通过以太网交换机与工业计算机20连接，利用以太网交换机实现第三可编程控制器与工业计算机20的数据和指令的交互。

在一实施例中，上述的第三可编程控制器连接有第三继电器，所述第三继电器与所述配液仓蠕动泵连接。自动化配液仓内移液主要是用配液仓蠕动泵完成的；配液仓蠕动泵具有无污染、精度高、密封性好等优点。第三可编程控制器通过数字量I/O控制配液仓蠕动泵的正反转及启动停止，通过模拟量输出控制配液仓蠕动泵的转速，实现自动化移液，第三可编程控制器通过控制第三继电器控制配液仓蠕动泵的启停，通过输出4-20mA的电流控制配液仓蠕动泵的转速。

在一实施例中，上述的配液仓传感器组件包括用于感应物体的第三光电传感器、第三气缸行程位置传感器、第三夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度的配液仓传感器。

在本实施例中，上述的配液仓传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、压差传感器以及过氧化氢传感器。

在一实施例中，上述的第三输入模块包括第三数字量输入子模块以及第三电流型模拟量输入子模块，第三数字量输入子模块分别与第三光电传感器、第三气缸行程位置传感器以及第三夹爪位置传感器连接，第三电流型模拟量输入子模块与配液仓传感器连接。

上述的第三数字量输入子模块的型号为RX42C4，另外，该第三数字量输入子模块通过接线端子连接有各种按钮、行程开关、感应开关。接线端子的型号为A6TBXY36。

上述的第三模拟量输入子模块内部的型号为R60ADI8，其为8通道电流型模拟量输入子模块。第三模拟量输入子模块测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度等。

在一实施例中，上述的第三输出模块包括第三数字量输出子模块以及第三电流型模拟量输出子模块，第三数字量输出子模块分别与第三电磁阀以及第三刹车装置连接，第三电流型模拟量输出子模块分别与第三温控装置连接。

在本实施例中，上述的第三数字量输出子模块的型号为RY42NT2P，用来控制第三电磁阀和伺服马达的刹车等。第三数字量输出子模块通过接线端子连接有各种第三继电器、信号灯，接线端子的型号为A6TBXY36。数第三字量输入子模块有128点，数字量输出子模块有64点。

在本实施例中，上述的第三电流型模拟量输出子模块的型号为R60DAI8，其为8通道电流型模拟量输出子模块，用于控制层流风机风速、风管的风阀等执行元件。

在本实施例中，上述的第三温控装置包括风机。

在一实施例中，上述的配液仓控制组件50还包括第三触控屏，该第三触控屏通过以太网交换机与第三可编程控制器连接。触摸屏是现场人与配液仓交换的界面，其与第三可编程控制器通信通过MC协议连接。触摸屏采用了型号为威纶通MT8121IE，界面上可以显示仓内环境参数、机械运动部件位置参数、配液仓内各种作业得进程等仓体信息参数，同时可以通过触摸屏对配液仓进行手动模组操作和自动运行作业任务操作。

在一实施例中，上述的配液仓控制组件50还包括第三电源单元，第三电源单元与配液仓执行装置、第三温控装置、配液仓传感器组件以及配液仓体控制器、配液仓蠕动泵、配液仓伺服驱动器、第三真空泵、配液仓尘埃粒子传感器、配液仓浮游菌传感器连接。配液仓采用交流220V电源，需要供电的电气元件或设备有第三可编程控制器、开关电源、配液仓蠕动泵、配液仓伺服驱动器、第三真空泵、配液仓尘埃粒子传感器、配液仓浮游菌传感器。实现自动控制设备以进行干细胞培养过程的配液处理，减少操作人员的劳动强度，减少交叉污染。

在一实施例中，上述的离心仓控制组件60包括离心仓体控制器、离心仓伺服放大器、离心仓执行装置、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人以及离心机，工业计算机20、离心仓伺服放大器、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人以及离心机分别与离心仓体控制器连接，离心仓执行装置与离心仓伺服放大器连接。

离心仓体控制器，用于根据作业指令，输出移动信号以及控制信号；离心仓伺服放大器，用于对移动信号进行处理，以得到放大信号；离心仓执行装置，用于根据放大信号进行冻存管开关盖、离心管开关盖、冻存管移动以及离心管的移动；离心仓蠕动泵组件，用于根据控制信号对干细胞进行转移；离心仓六轴机器人，用于根据控制信号进行冻存管、离心管的转运；离心机，用于根据控制信号对离心管进行离心。

利用工业计算机2010下发作业指令，并由离心仓体控制器根据该作业指令输出信号，对于离心仓执行装置而言，也就是需要进行干细胞的移动，比如存储在冻存管或者离心管内的干细胞的移动，或者是对冻存管和离心管进行开关盖操作，则需要将信号经过离心仓伺服放大器处理后，在根据处理后的信号进行对应的操作；在离心仓内还需要进行离心仓六轴机器人的控制以及离心机的控制，以实现细胞的转运以及离心处理。实现自动控制离心仓内的相关装置，以完成细胞的转移和自动离心的操作，提高效率，避免人工参与导致污染所造成的细胞制备失败。

工业计算机20可以对离心仓体控制器下发作业指令，离心仓体控制器依据指令做相应的装置控制动作。

在本实施例中，上述的离心仓执行装置包括冻存管开关盖机、离心管开关盖机以及移动模组。

上述的移动模组包括入料模组、分装模组、分瓶模组、注液机构、上清液吸取机构、离心管暂存机构、过滤机构、转料模组以及各种移动动力源。

冻存管开关盖机、离心管开关盖机以及移动模组内均是设有伺服驱动器以及伺服驱动器对应连接的伺服马达，通过第四可编程控制器对伺服驱动器的控制，实现对伺服马达的控制，进而完成冻存管的开关盖操作、离心管的开关盖操作以及冻存管、离心管的移动。

离心仓的提纯操作在隔离器的A级环境中，控制系统采用第四可编程控制器，通过驱动自动化机构和装置，实现离心管自动开关盖，细胞悬液离心，冻存管开关盖，冻存液及细胞分装，离心配重，细胞定容，悬液混匀，细胞过滤，种瓶，实现干细胞制备过程中提纯的自动化操作。离心仓主要有离心仓六轴机器人、离心机、离心仓蠕动泵组件以及离心仓执行装置，该离心仓执行装置包括：入料综合盘进出手臂、注液机构、冻存管开关盖机、离心管开关盖机、混匀机构、冻存分装机构、过滤机构、吸上清机构、冻存液冻存机构、离心管暂存机构以及物料转运机构；还包括液位视觉相机等。离心仓六轴机器人手臂上有三种夹爪，第一种可抓取离心管瓶身，用于离心管在各个操作工位间转运，第二种可抓取离心管瓶盖，用于取放离心管到离心机中进行离心操作。第三种可抓取综合入料盘底座，用于整个仓体内耗材及试剂的入料转运。

主要器件包括：洁净型离心仓六轴机器人；冻存管开关盖机，离心管开关盖机各一组；离心机一组；生理盐水蠕动泵一组，去上清蠕动泵一组，培养基蠕动泵一组，混合蠕动泵一组，种子细胞蠕动泵一组，细胞悬液蠕动泵一组。

在一实施例中，上述的离心仓体控制器包括第四可编程控制器、第四输入模块、第四输出模块以及第四运动控制模块，第四输入模块、第四输出模块以及第四运动控制模块分别与第四可编程控制器连接，上述的离心仓伺服放大器与第四运动控制模块连接，工业计算机20、离心仓蠕动泵组件、离心机以及离心仓六轴机器人分别与第四可编程控制器连接，第四输入模块还连接有第四传感器组件，第四输出模块还分别连接有第四电磁阀、第四刹车装置以及第四温控装置。

离心仓体控制器是机器人及离心仓的控制核心，使用了三菱最新一代R系列的中大型可编程序控制器，型号R04EN，具有以太网、CC-Link IE、Modbus/TCP等工业总线功能。

离心仓执行装置的工作是靠伺服马达带动完成的，伺服马达由驱动器驱动工作，第四可编程控制器连接有型号为RD77MS16及RD77MS8的第四运动控制模块，该第四运动控制模块通过SSCNETⅢ网络，使用光纤串行连接离心仓伺服放大器，同时可以控制21个伺服马达，带有到4轴直线插补、2轴圆弧插补、3轴螺旋插补等高级运动控制功能，配合离心机和离心仓六轴机器人，实现自动控制离心仓内的相关装置，以完成细胞的转移和自动离心的操作，提高效率，避免人工参与导致污染所造成的细胞制备失败。

在一实施例中，上述的离心仓体控制器还包括第四串口模块，第四串口模块通过第四RS485模块连接有离心仓尘埃粒子传感器以及离心仓浮游菌传感器。

上述的第四串口模块还连接有RS232模块。GMP A级环境检测有离心仓尘埃粒子传感器和离心仓浮游菌传感器。离心仓尘埃粒子传感器和离心仓浮游菌传感器是智能型传感器，与第四可编程控制器的第四串口模块通过第四RS485模块连接，通信协议为ModubsRTU；第四串口模块的型号为RJ71C24，该第四串口模块带有一个第四RS232接口和一个第四RS485接口。

在一实施例中，上述的离心机与离心仓六轴机器人分别通过MODBUS/TCP总线与第四可编程控制器连接。具体地，上述的离心机与离心仓六轴机器人通过MODBUS/TCP总线与交换机连接，交换机与第四可编程控制器连接。离心仓六轴机器人的灵活的六轴手臂可以进行快速复杂的生产转运操作，为集成大量的生产操作工位带来巨大优势，使整机小型化及集成化提供了可能。

在一实施例中，上述的系统还包括CCD模组，CCD模组通过交换机与第四可编程控制器连接。

在一实施例中，上述的第四可编程控制器连接有第四继电器，第四继电器与离心仓蠕动泵组件连接。移液主要是用离心仓蠕动泵组件完成的；离心仓蠕动泵组件具有无污染、精度高、密封性好等优点。第四可编程控制器通过数字量I/O控制离心仓蠕动泵组件的正反转及启动停止，通过模拟量输出控制离心仓蠕动泵组件的转速，实现自动化移液。

在一实施例中，第四输入模块包括第四数字量输入子模块以及电流型模拟量输入子模块，第四输出模块包括数字量输出子模块以及电流型模拟量输出子模块，数字量输出子模块分别与第四电磁阀以及第四刹车装置连接，电流型模拟量输出子模块分别与第四温控装置连接。

上述的系统还包括与第四输入模块连接的第四传感器组件，所述第四第五传感器组件包括用于感应物体的第四光电传感器、第四气缸行程位置传感器、第四夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度的离心仓传感器。

在本实施例中，上述的离心仓传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、压差传感器以及过氧化氢传感器。第四数字量输入子模块分别与第四光电传感器、第四气缸行程位置传感器以及第四夹爪位置传感器连接，第四电流型模拟量输入子模块与离心仓传感器连接。

在一实施例中，上述的第四可编程控制器还连接有T008端子台以及Y449端子台。

上述的第四数字量输入子模块的型号为RX42C4，另外，该第四数字量输入子模块连接有各种按钮、行程开关、感应开关。该第四数字量输入子模块通过T008端子与第四可编程控制器连接。上述的第四模拟量输入子模块内部的型号为R60ADI8，其通过端子Q68ADI与离心仓传感器连接，其为8通道电流型模拟量输入子模块。第四模拟量输入子模块测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度等。

在本实施例中，第四数字量输出子模块的型号为RY42NT2P，用来控制第四电磁阀和伺服马达的刹车等。第四数字量输出子模块连接有各种第四继电器、信号灯，该第四数字量输出子模块通过Y449端子与第四可编程控制器连接。数字量输入子模块有128点，数字量输出子模块有64点。

在本实施例中，上述的第四电流型模拟量输出子模块的型号为R60DAI8，其为8通道电流型模拟量输出子模块，用于控制层流风机风速、风管的风阀等执行元件。

在本实施例中，上述的第四温控装置包括风机。

在一实施例中，上述的离心仓控制组件60还包括第四触控屏，该第四触控屏通过第四交换机与第四可编程控制器连接。触摸屏是现场人与离心仓交换的界面，其与第四可编程控制器通信通过MC协议连接。触摸屏采用了型号为威纶通MT8121IE，界面上可以显示离心仓各种作业得进程等仓体信息参数，同时可以通过触摸屏对离心仓进行手动模组操作和自动运行作业任务操作。上述的第四交换机为以太网第四交换机。

在一实施例中，上述的离心仓控制组件60还包括第四电源单元，第四电源单元与离心仓执行装置、第四温控装置、第四传感器组件以及离心仓体控制器、离心仓蠕动泵组件、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人、离心机、离心仓尘埃粒子传感器、离心仓浮游菌传感器连接。离心仓采用交流220V电源，需要供电的电气元件或设备有第四可编程控制器、开关电源、离心仓执行装置、第四温控装置、第四传感器组件以及离心仓体控制器、离心仓蠕动泵组件、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人、离心机、离心仓尘埃粒子传感器、离心仓浮游菌传感器。

第四电源单元外接单项交流电，通过空开及滤波器滤波，供给离心仓执行装置、第四温控装置、第四传感器组件以及离心仓体控制器、离心仓蠕动泵组件、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人、离心机、离心仓尘埃粒子传感器、离心仓浮游菌传感器，另外，第四电源单元与G系列漏电断路器连接，其过电压脱扣值为280V。

离心仓主要功能是细胞提纯，其主要作业流程有细胞悬液定容及种瓶，收获及细胞离心提纯，取样，洗涤过滤，细胞分装冻存。实现自动控制离心仓内的相关装置，以完成细胞的转移和自动离心的操作，提高效率，避免人工参与导致污染所造成的细胞制备失败。

在一实施例中，上述的进出料仓控制组件70包括进出料仓体控制器、进出料仓伺服放大器、进出料仓执行装置、第五过氧化氢发生器以及第五过氧化氢传感器，工业计算机20、进出料仓伺服放大器、第五过氧化氢发生器以及第五过氧化氢传感器分别与进出料仓体控制器连接，进出料仓执行装置与进出料仓伺服放大器连接。

第五过氧化氢传感器，用于检测进出料仓内的过氧化氢浓度；进出料仓体控制器，用于根据过氧化氢浓度以及作业指令，发送发生器控制信号以及执行信号；第五过氧化氢发生器，用于根据发生器控制信号进行工作；伺服放大器30，用于对执行信号进行处理，以得到控制信号；进出料仓执行装置，用于根据控制信号进行执行对应动作。

利用自动控制第五过氧化氢发生器，以使得进出料仓内的过氧化氢浓度满足杀毒要求，对进出料仓内的耗材进行杀毒操作，再由工业计算机20下发作业指令，进出料仓体控制器做出响应，以驱动进出料仓执行装置进行耗材的传入和传出，实现自动控制杀毒装置进行耗材杀毒，且自动控制耗材的传入与传出，减少劳动强度，提高效率，并减少污染。

进出料仓主要有入料综合盘进出手臂、4条传送带等及第五过氧化氢传感器、粒子及物料位置检测传感器、第五过氧化氢发生器组成。工业计算机20是进出料仓对外连接的对象，工业计算机2010使用了研华IP-610L工业计算机20，提高稳定性，与进出料仓体控制器之间使用CC-Link Field总线通讯，该CC-Link Field总线基于以太网技术，传输速率为1000Mbit/S，同时有4.5K字节的数据在两者之间实时刷新。工业计算机2010可以对进出料仓体控制器下发自动作业指令，进出料仓体控制器依据指令做相应的进出料仓执行装置和第五过氧化氢发生器的控制动作。

在本实施例中，上述的进出料仓执行装置包括两个传入输送带以及两个传出输送带，传入输送带包括传入输送带驱动器；传出输送带包括传出输送带驱动器。上述的进出料仓执行装置还包括机械手臂，上述的机械手臂包括手臂驱动器。

传入输送带驱动器连接有传入输送带伺服马达，传出输送带驱动器连接有传出输送带伺服马达；手臂驱动器连接有手臂伺服马达。

在本实施例中，上述的进出料仓控制组件70还包括第五尘埃粒子传感器以及第五浮游菌传感器，第五尘埃粒子传感器以及第五浮游菌传感器分别通过RS485模块与进出料仓体控制器连接。GMP A级环境检测有粒子传感器和第五浮游菌传感器，粒子传感器和第五浮游菌传感器是智能型传感器，可用于检测环境内的尘埃粒子浓度和浮游菌的浓度。

在一实施例中，上述的进出料仓体控制器包括第五可编程控制器、第五串口模块以及第五运动控制模块，第五串口模块以及第五运动控制模块分别与第五可编程控制器，所述第五运动控制模块与所述伺服放大器30连接，工业计算机2010与第五可编程控制器连接，第五串口模块通过RS485模块分别与第五尘埃粒子传感器以及第五浮游菌传感器连接。

进出料仓体控制器使用三菱R系列可编程序控制器，可编程序控制器的型号R04EN，自带160K字节的程序存储器，指令最快处理时间为0.98ns，同时有三个RJ45接口，具有以太网、CC-Link IE、Modbus TCP等工业总线功能。

在一实施例中，上述的仓内运动转移部件即进出料仓执行装置是靠伺服马达完成的，第五可编程控制器连接有一个型号为RD77MS8的第五运动控制模块，该第五运动控制模块通过SSCNETⅢ网络，使用光纤串行连接伺服放大器30，同时可以控制5个伺服马达，包括两个传入输送带伺服马达、两个传出输送带伺服马达以及一个手臂伺服马达。

在本实施例中，进出料仓体控制器还包括第五输入模块以及第五输出模块，第五输入模块以及第五输出模块分别与所述第五可编程控制器连接，第五输出模块还分别连接有第五电磁阀、第五刹车装置以及第五温控装置，第五输入模块连接有第五传感器组件。该第五刹车装置用于伺服马达的刹车。第五输入模块与所述第五过氧化氢传感器连接。

上述的第五传感器组件包括用于感应物体的第五光电传感器、第五气缸行程位置传感器、第五夹爪位置传感器以及用于测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度的进出料仓传感器。

在本实施例中，上述的进出料仓传感器包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器以及压差传感器。

在一实施例中，上述的第五输入模块包括第五数字量输入子模块以及第五电流型模拟量输入子模块，第五数字量输入子模块分别与第五光电传感器、第五气缸行程位置传感器以及第五夹爪位置传感器连接，第五电流型模拟量输入子模块与进出料仓传感器连接。

上述的第五数字量输入子模块的型号为RX42C4，另外，该第五数字量输入子模块连接有各种按钮、行程开关、感应开关。。

上述的第五模拟量输入子模块内部的型号为Q68ADI，其为8通道电流型模拟量输入子模块。模拟量输入子模块测量仓体环境参数的层流风速、仓内外压差以及仓内温湿度等。

上述的第五模拟量输入子模块与所述第五过氧化氢传感器连接。

在一实施例中，上述的第五输出模块包括第五数字量输出子模块以及第五电流型模拟量输出子模块，第五数字量输出子模块分别与第五电磁阀以及第五刹车装置连接，第五电流型模拟量输出子模块与第五温控装置连接。

在本实施例中，上述的第五数字量输出子模块的型号为RY42NT2P，用来控制第五电磁阀和伺服马达的刹车等。第五数字量输出子模块连接有各种继电器、信号灯。数字量输入子模块有128点，数字量输出子模块有64点。

在本实施例中，上述的第五电流型模拟量输出子模块的型号为R60DAI8，其为8通道电流型模拟量输出子模块，用于控制层流风机风速、风管的风阀等执行元件。

在本实施例中，上述的第五可编程控制器还连接有T008端子台以及Y449端子台，该T008端子台以及Y449端子台分别与数字量输出子模块以及数字量输入子模块连接。

在本实施例中，上述的第五温控装置包括风机。

在一实施例中，上述的第五串口模块还连接有第五RS232模块。第五RS232模块与第五串口模块的通信协议为Modubs RTU，第五串口模块的型号为RJ71C24，该第五串口模块还连有一个第五RS232接口和一个第五RS485接口，其中，第五RS485接口与第五RS485模块连接。

在本实施例中，上述的第五温控装置包括风机。

在一实施例中，上述的进出料仓控制组件70还包括第五触控屏，第五触控屏与第五可编程控制器连接。触摸屏是现场人与进出料仓交换的界面，其与第五可编程控制器通信通过MC协议连接。触摸屏采用了型号为威纶通MT8121IE，界面上可以显示仓内环境参数、机械运动部件位置参数、仓内各种作业得进程等仓体信息参数，同时可以通过触摸屏对进出料仓进行手动模组操作和自动运行作业任务操作。

在一实施例中，上述的工业计算机20通过以太网交换机与第五可编程控制器连接。

在本实施例中，上述的第五触控屏通过以太网交换机与第五可编程控制器连接。

进出料仓主要功能是细胞提纯，其主要作业流程有消杀启动以及耗材出入料请求等操作。实现自动控制杀毒装置进行耗材杀毒，且自动控制耗材的传入与传出，减少劳动强度，提高效率，并减少污染。

上述的各个仓集成了三菱RE04PLC控制器、6轴工业机器人(其手部负载为10kg)和其他自动化设备，自行设计、改造清整自动化生产线，来改善工人的劳动强度,提高生产率。相比人工培养，减少了人工操作的污染风险,无需调整流程即可改变规模，现在各个仓体控制器之间采用CC-LINK总线通信的方式,优点在于可以减少大量的接线，降低故障率，同时可以在外部集成的主电气柜内监控所有设备的运行情况，实现从P2代到P4代干细胞的扩增，基本的培养工艺包括了细胞培养和细胞收获两个过程。

复苏后的P2代干细胞的种子细胞及其他耗材，放入细胞进出料仓，经过VHP灭菌后，自动传送到配液仓；细胞培养皿放入入料仓，经过VHP灭菌后，自动传送到配液仓；开盖模组把培养皿打开盖子，蠕动泵自动把种子细胞和培养基按预定的体积泵入培养皿；培养皿关盖后，通过自动装置送到培养仓，存入培养箱进行培养；在培养期间，自动化机构会定时从培养箱中取出培养皿放入显微镜进行观察拍照，记录细胞的生长过程，判断细胞是否培养完成，当细胞完成一代培养后，需要进行收获的操作。培养皿被自动装置从培养仓拿出，传送到配液仓，自动开盖后，进行除废液、洗涤等操作，之后加入胰酶静置一段时间，把细胞从培养皿上玻璃下来，最后加入消化终止液进行终止消化。培养皿上的细胞悬液被搜集到离心瓶里，自动送到细胞浓缩仓。在细胞浓缩仓里，细胞经过多次离心、洗涤和过滤，最后得到纯净的细胞悬液。如果需要再培养一代，需要重新从细胞培养开始，重复执行一次；如果培养完成，细胞悬液和冻存液按照一定的比例混匀后，泵入冻存管，从细胞进出料仓送出，即完成了细胞制备。

上述的系统使用了多样的执行机构，模拟人工培养过程中的操作，涉及的定位控制，有液体的流量控制，温度控制及风速控制等，具体地，风机保持环境的层流风速；过氧化氢灭菌，对培养环境灭菌，保证空间处于无菌状态；阀控制气体；伺服马达定位运动；六轴机械人多点搬运物料；气缸两点间运动；充气夹手夹取物料；蠕动泵转移培养和收获过程中的各种液体；显微镜观察培养过程中的细胞生长状态；液体分层CCD模组观察细胞离心后，细胞与上清液的页面界限；离心机把细胞与气体液体分离出来；电子称保证放入离心机的离心管重量一至；培养箱是细胞生长培养的场所，需要温湿度和二氧化碳等条件；

在一实施例中，上位机10通过Modbus TCP总线与工业计算机20连接。上位机10作为系统主控，用于细胞生产业务流程编辑，对设备发布生产任务，智能处理生产过程中的业务运行问题，收集生产数据。

在一实施例中，上述的上位机10连接有监控控制器80。监控控制器80主要给运行操作人员使用，主要用于人与系统交互，在监控控制器80上，操作人员可以监视系统的运行情况并可进行少量的人工操作控制。监控控制器80的功能是确保对系统区域的状态监控。

在一实施例中，上述的监控控制器80还连接有数据服务器90，数据服务器90与上位机10连接。数据服务器90记录监控控制器80的操作过程，记录上位机10对系统发布的指令，记录设备各个部件操作动作的时间，存储生产过程操作视频数据；

上位机10与工业计算机20之间的通信协议，基于MC协议，内嵌基于干细胞培培养工艺特点的指令，确保控制层与设备层之间通信准确安全可靠。

工业计算机20是上位机10与仓体控制器之间的通信枢纽，统管现场所有自动化设备。现场设备上位机10下达给仓体控制器的指令，需要仓体控制器接收和传达，并根据相应的指令，调配仓体之间相互配合工作。仓体所有状态及传感器信息，通过工业计算机20上传到上位机10。由于通信指令涉及到自动化设备机械动作，所以对指令传输可靠性和及时性要求高。当前工业计算机20与仓体控制器之间采用了千兆级的工业总线，他们之间通信有以下特点：每个仓与工业计算机20之间通信数据长度可达4.5K字节；数据刷新周期不大于7.11ms。

每个仓的仓体控制器是单个仓的控制中枢。系每个仓根据仓体工艺要求实现不同的控制功能。仓体控制器对现场设备主要通过以下几种方式实现；

数字量接口：控制气缸的运动，蠕动泵的启停，一些感应培养皿有无的光电传感器等也是通过数字量接口反馈到仓体控制器；

模拟量接口：现场的环境感应温度、风速、压差等通过模拟量模块接入仓体控制器；风机、调节阀靠模拟量输出进行速度或阀位的调节。

Modbus TCP和Modbus RTU借口：现场一些智能设备，比如说机器手、粒子感应器，可以独立执行某些功能，而且有相应的通信接口，仓体控制器可以通过通信接口，下发指令，让设备运行。

SSCNET高速网络：伺服驱动器与仓体控制器之间通信为SSCNT网络，通信介质为光纤，运算周期少于3.55ms。SSCNET高速网络，保证多个伺服之间同步及联动。

上述的系统有三种系统状态，为手动模式、自动模式和故障模式，三种模式可以相互切换。手动程序：设备调试检修状态下的程序。用户可以对系统内所有设备直接控制，比如说培养箱开门、关门，机器手JOG运行等；参数设置自动机械结构等互锁安全检查。

自动模式：可以自动执行单瓶、多瓶单批次、多瓶多批次生产工艺流程；自动进行质量检测数据记录、远端传输与分析，在发现细胞质量出现重大问题时，触发相关信号，进行样品抛弃，通知用户，当细胞检测指标触发报警红线时，自动告知用户，按照用户需求进行相关操作；自动检测耗材实际使用情况，并进行提前规划，进行耗材试剂等物料补充；在出现重大故障时，可以自动切换到手动/自动模式，保持系统状态，通知用户。

故障模式：设备故障有机械故障及生产过程中工艺指标超范围等故障；发生故障时候，设备暂时停止，及时发出警告信息，通知操作人员处理；故障恢复后，设备可以继续运行。

工业计算机20和各个仓体控制器之间的通信使用循环传送的方式，各个仓体控制器把仓的状态数据和设备的状态及各个传感器的状态数据传送给工业计算机20，工业计算机20再通过ModbusTCP传送给上位机10，各个仓体和仓体控制器进行交换的信号伺服定位开始，伺服定位结束等等；用远程输入RX和远程输出RY进行通信。数字数据(定位开始数，当前进给值等等)用远程寄存器RWw和RWr进行通信，可编程控制器电源接通时，可编程控制器CPU中的网络参数包括网络配置，扫描方式，连接模块数量等传送到主站，CC-Link系统自动启动。

远程I/O站的输入状态自动存储(每次链接扫描时)在主站的“远程输入RX”缓冲存储器中。存储在“远程输入RX”缓冲存储器中的输入状态存储在用自动刷新参数设定的CPU软元件中。用自动刷新参数设置的CPU软元件开/关数据存储在“远程输出RY”缓冲存储器中。存储在“远程输出RY”缓冲存储器中的输出状态自动输出(每次链接扫描的时候)到远程I/O站。

上述的仓体内设有摄像头，摄像头与上位机10连接。

上述的干细胞自动化设备控制系统，通过设置上位机10、工业计算机20、入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70，利用上位机10给工业计算机20发送指令，再由工业计算机20根据该指令下发作业指令，并驱动入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70进行工作，并将信息反馈至上位机10，实现配合自动化执行装置自动化完成细胞的制备，效率高，且不易污染培养环境，提高细胞生产成功率。

在一实施例中，还提供了干细胞自动化制备控制系统的控制方法，包括：通过工业计算机20下发作业指令，驱动入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70进行工作，并由入料仓控制组件30、培养仓控制组件40、配液仓控制组件50、离心仓控制组件60以及进出料仓控制组件70反馈信息至工业计算机20，由工业计算机20上传至上位机10进行分析和记录。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述干细胞自动化制备控制系统的控制方法的具体实现过程，可以参考前干细胞自动化制备控制系统实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，包括上位机、工业计算机、入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件；所述上位机与所述工业计算机连接，所述入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件分别与所述工业计算机连接；通过工业计算机下发作业指令，驱动入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件进行工作，并由入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件反馈信息至工业计算机，由工业计算机上传至上位机进行分析和记录。

2.根据权利要求1所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述入料仓控制组件包括入料仓体控制器、入料仓执行装置以及入料仓传感器组件，所述入料仓执行装置包括入料仓送料模组以及入料仓机械手臂，所述工业计算机、所述入料仓执行装置以及所述入料仓传感器组件分别与所述入料仓体控制器连接。

3.根据权利要求1所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述培养仓控制组件包括培养仓体控制器、培养仓伺服放大器、培养仓执行装置以及培养仓触控屏，所述工业计算机与所述培养仓体控制器连接，所述培养仓体控制器通过SSCNETⅢ网络与所述培养仓伺服放大器连接，所述培养仓伺服放大器与所述培养仓执行装置连接，所述培养仓触控屏与所述培养仓体控制器连接，所述培养仓体控制器还连接有培养仓传感器组件。

4.根据权利要求1所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述配液仓控制组件包括配液仓体控制器、配液仓伺服放大器、配液仓执行装置、配液仓蠕动泵、配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器，所述工业计算机以及所述配液仓蠕动泵分别与所述配液仓体控制器连接，所述配液仓体控制器通过SSCNETⅢ网络与所述配液仓伺服放大器连接，所述配液仓伺服放大器与所述配液仓执行装置连接，所述配液仓体控制器通过RS485模块分别与所述配液仓尘埃粒子传感器以及配液仓浮游菌传感器连接。

5.根据权利要求1所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述离心仓控制组件包括离心仓体控制器、离心仓伺服放大器、离心仓执行装置、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人以及离心机，所述工业计算机、离心仓伺服放大器、离心仓蠕动泵组件、离心仓六轴机器人以及离心机分别与所述离心仓体控制器连接，所述离心仓执行装置与所述离心仓伺服放大器连接。

6.根据权利要求1所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述进出料仓控制组件包括进出料仓体控制器、进出料仓伺服放大器、进出料仓执行装置、第五过氧化氢发生器以及第五过氧化氢传感器，所述工业计算机、进出料仓伺服放大器、第五过氧化氢发生器以及第五过氧化氢传感器分别与所述进出料仓体控制器连接，所述进出料仓执行装置与所述进出料仓伺服放大器连接。

7.根据权利要求1所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述上位机通过Modbus TCP总线与所述工业计算机连接。

8.根据权利要求1所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述上位机连接有监控控制器。

9.根据权利要求8所述的干细胞自动化制备控制系统，其特征在于，所述监控控制器还连接有数据服务器，所述数据服务器与所述上位机连接。

10.干细胞自动化制备控制系统的控制方法，其特征在于，包括：通过工业计算机下发作业指令，驱动入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件进行工作，并由入料仓控制组件、培养仓控制组件、配液仓控制组件、离心仓控制组件以及进出料仓控制组件反馈信息至工业计算机，由工业计算机上传至上位机进行分析和记录。

Images