CN202440491U - 一种基于3g技术的无线远程诊断高级发酵罐系统 - Google Patents

一种基于3g技术的无线远程诊断高级发酵罐系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，包括客户端，远程服务器，无线通信单元，多个生物发酵罐，与每个生物发酵罐相匹配的控制单元，用于对每个生物发酵罐及控制单元进行统一调控的控制柜，以及安装在每个生物发酵罐的罐体及各关键节点上的传感器单元；其中：所述客户端与远程服务器信号连接后，通过无线通信单元与控制柜信号连接；所述控制柜，分别与控制单元及传感器单元连接。本实用新型所述基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，可以克服现有技术中使用不方便、可靠性差与维护及时性差等缺陷，以实现使用方便、可靠性好与维护及时性好的优点。

Description

一种基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统
技术领域
本实用新型涉及生物发酵工程技术领域，具体地，涉及一种基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统。
背景技术
随着生物发酵工程技术的兴起，国内诞生了许多生物发酵设备的厂商。这些厂商大多是模仿国外的一些产品的设计。这些发酵设备，只具有对各个发酵参数的控制功能、且需要有人值守。
因为发酵设备大多分散的分布在全国各地，当设备出现任何问题后，厂商只能根据客户对故障现象的描述，大概的估计造成故障的原因，因此厂商没办法快速的准确的定位故障原因，也没办法为客户提供高效高质的售后服务。
另外，发酵设备在使用的初期，由于用户对设备的特性掌握不够熟练，假如厂商不能给客户提供及时的技术支持，客户就没办法运用发酵设备获取自己想要的产物。因此，由于售后服务的不及时性以及技术支持的不及时，导致给客户造成巨大的损失以及研究工作进展的非正常延迟。
在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在使用不方便、可靠性差与维护及时性差等缺陷。 
发明内容
本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，以实现使用方便、可靠性好与维护及时性好的优点。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，包括客户端，远程服务器，无线通信单元，多个生物发酵罐，与每个生物发酵罐相匹配的控制单元，用于对每个生物发酵罐及控制单元进行统一调控的控制柜，以及安装在每个生物发酵罐的罐体及各关键节点上的传感器单元；其中：
所述客户端与远程服务器信号连接后，通过无线通信单元与相应的控制柜信号连接；所述控制柜，分别与相应的控制单元及传感器单元连接。
进一步地，所述无线通信单元，包括依次信号连接在所述远程服务器与相应的控制柜之间的互联网、2G/3G核心网、相应的基站与相应的3G无线路由器。
进一步地，所述客户端，至少包括台式计算机、手机与笔记本电脑中的任意一种。
进一步地，所述控制单元，至少包括搅拌电机、循环泵、补酸泵、水位泵、加热泵、蒸汽电磁阀与冷却电磁阀中的任意多种。
进一步地，所述传感器单元，至少包括PH传感器、溶氧DO传感器、罐内温度传感器PT100、CO2传感器、泡沫电极、水位电极中的任意多种。
进一步地，所述控制柜包括开关电源，以及分别与开关电源电连接的底板、主控模块RCM2200、控制板、输入及输出组件、输入板及输出板；所述底板的输出端与输出板的信号输入端连接，输出板的输出端与控制单元的各个执行部件连接，底板的转速输出信号与生物发酵罐的调速器连接，调速器的输出端与搅拌电机连接，输出板的输出端用于接至少包括指示灯模块、液晶屏及输入键盘的输入及输出组件。
进一步地，所述控制板包括：
用于通过传感器单元，采集发酵液中各种物质的变化及关键节点的变化信号，并将各种变化信号转换为相应的微电压或微电流信号的信号采集及转换模块；
用于对来自信号采集及转换模块的各种微电压或微电流信号，进行滤波及放大处理后，输出4-20mA标准工业模拟信号的信号变送器；
用于将信号变送器输出的4-20mA标准工业模拟信号，通过硬件转换为1-5V电压信号，并接入内置有嵌入式控制系统的主控模块RCM2200的信号转换模块；
用于在主控模块RCM2200中，将信号转换模块输出的1-5V电压信号，转换为用于计算机处理的数字信号的A/D芯片；以及，
用于在主控模块RCM2200中，对A/D芯片输出的数字信号进行处理，获取待测参数的测量值，将该测量值及相应的控制设备的运行状态进行打包，并传输至远程服务器的嵌入式控制模块。
本实用新型各实施例的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，由于包括客户端，远程服务器，无线通信单元，多个生物发酵罐，与每个生物发酵罐相匹配的控制单元，用于对每个生物发酵罐及控制单元进行统一调控的控制柜，以及安装在每个生物发酵罐的罐体及各关键节点上的传感器单元；客户端与远程服务器信号连接后，通过无线通信单元与控制柜信号连接；控制柜，分别与控制单元及传感器单元连接；可以将生物发酵罐通过无线3G连入厂商的远程服务器以后，厂商通过服务器的后台程序实现对发酵设备的远程故障诊断；以及发酵设备的使用者通过网络使用IE实现对发酵设备运行参数的远程访问以及控制；也可以使用远程诊断的功能，全方位帮助新用户快速熟悉使用发酵罐系统进行各种发酵操作以及提供即时的技术支持；从而可以克服现有技术中使用不方便、可靠性差与维护及时性差的缺陷，以实现使用方便、可靠性好与维护及时性好的优点。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为根据本实用新型基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统的工作原理示意图；
图2为根据本实用新型基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统的工作流程示意图；
图3a-3c为根据本实用新型基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统的电气原理示意图。
结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：
1-客户端；11-台式计算机；12-手机；13-笔记本电脑；2-远程服务器；3-互联网；4-2G/3G核心网；51-第一基站；52-第二基站；53-第三基站；61-第一3G无线路由器；62-第二3G无线路由器；63-第三3G无线路由器；71-第一控制柜；72-第二控制柜；73-第三控制柜；81-第一生物发酵罐；82-第二生物发酵罐；83-第三生物发酵罐。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
根据本实用新型实施例，提供了一种基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统。如图1-图3c所示，本实施例包括客户端，远程服务器，无线通信单元，多个生物发酵罐（如第一81、第二82与第三83），与每个生物发酵罐相匹配的控制单元，用于对每个生物发酵罐及控制单元进行统一调控的控制柜（如第一控制柜71或第二控制柜72或第三控制柜73），安装在每个生物发酵罐的罐体及各关键节点上的传感器单元；其中：客户端与远程服务器信号连接后，通过无线通信单元与相应的控制柜信号连接；控制柜，分别与相应的控制单元及传感器单元连接。
在上述实施例中，无线通信单元，包括依次信号连接在远程服务器1与相应控制柜之间的互联网（Internet）3、2G/3G核心网4、相应的基站（如第一基站51或第二基站52或第三基站53）与相应的3G无线路由器（如第一3G无线路由器61或第二3G无线路由器62或第三3G无线路由器63）；客户端1，至少包括台式计算机11、手机12与笔记本电脑13中的任意一种；控制单元，至少包括搅拌电机、循环泵、补酸泵、水位泵、加热泵、蒸汽电磁阀与冷却电磁阀中的任意多种；传感器单元，至少包括PH传感器、溶氧DO传感器、罐内温度传感器PT100、CO2传感器、泡沫电极、水位电极中的任意多种。
在上述实施例中，控制柜（如第一控制柜71或第二控制柜72或第三控制柜73）包括开关电源，以及分别与开关电源电连接的底板、主控模块RCM2200、控制板、输入及输出组件、输入板及输出板；所述底板的输出端与输出板的信号输入端连接，输出板的输出端与控制单元的各个执行部件连接，底板的转速输出信号与生物发酵罐的调速器连接，调速器的输出端与搅拌电机连接，输出板的输出端用于接至少包括指示灯模块、液晶屏及输入键盘的输入及输出组件。
在上述实施例中，控制板包括：
用于通过传感器单元，采集发酵液中各种物质的变化及关键节点的变化信号，并将各种变化信号转换为相应的微电压或微电流信号的信号采集及转换模块；
用于对来自信号采集及转换模块的各种微电压或微电流信号，进行滤波及放大处理后，输出4-20mA标准工业模拟信号的信号变送器；
用于将信号变送器输出的4-20mA标准工业模拟信号，通过硬件转换为1-5V电压信号，并接入内置有嵌入式控制系统的主控模块RCM2200的信号转换模块；
用于在主控模块RCM2200中，将信号转换模块输出的1-5V电压信号，转换为用于计算机处理的数字信号的A/D芯片；以及，
用于在主控模块RCM2200中，对A/D芯片输出的数字信号进行处理，获取待测参数的测量值，将该测量值及相应的控制设备的运行状态进行打包，并传输至远程服务器2的嵌入式控制模块。
上述实施例的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，主要是通过将各种传感器安装在发酵罐的罐体以及各个关键节点上，通过测量发酵液中各种物质的变化以及关键节点的变化，将各种变化转换为微电压或者微电流信号。将这些微电压或者微电流信号接入各种不同的信号变送器，信号变送器将这些微电压或者微电流进行滤波、放大后输出标准的工业模拟信号（4mA-20mA）。
因为选用的A/D转换芯片只能接受电压信号，故需要将信号变送器的输出信号转换为电压信号后才可以接入嵌入式控制系统。将信号变送器输出信号通过硬件转换为1v-5v的电压信号。将电压信号接入嵌入式控制系统，通过A/D芯片将电压信号转换为计算机可以处理的数字信号。通过嵌入式系统的内置程序，将这些数字信号处理后，得到被测参数的测量值。将这些测量值以及控制的设备的运行状态，通过内置程序打包，通过嵌入是系统的网络功能，使用TCP/IP通信协议，3G无线通讯，在网络畅通的情况下所有测量值将被上传到远端服务器。
该发酵罐系统使用者可以通过任何网络接入Internet，使用IE远程查看发酵罐系统的运行状态参数以及控制各个参数。特别方便发酵工程的项目负责人使用此项功能远程查看。当发酵罐系统出现问题后，设备厂商也可以IE远程查看设备的运行状态参数，快速的定位故障原因，实现了设备故障的远程诊断。通过对设备的运行状态参数的查看，也可以对新用户提供必要的技术支持。
具体地，在上述实施例中，可以采用以RCM2200为核心模块的嵌入式系统实现所有功能。将PH传感器、DO（溶氧）传感器、罐内温度传感器（PT100）安装在罐体上，探测发酵过程中，培养基的各种参数。将罐温传感器安装在发酵罐的夹套内。将CO2传感器安装在发酵罐的排气处，检测发酵工程中微生物代谢产生的CO2。将泡沫电极安装在发酵罐的端盖上，水位电极安装在加热桶里。将蒸汽电磁阀安装在蒸汽管路入口处，用于控制在灭菌是蒸汽进气量。将冷却电磁阀以及循环泵安装在温度控制管路上，用于温度控制。将无线3G路由器通过正接网线与程序板的以太网口连接起来。使用开关电源对底板，RCM2200，控制板，输入板供电。
将PH电极线接入PH信号变送器，将DO电极线接入DO信号变送器，将罐温温度电极线以及罐内温度电极线接入温度信号变送器。将DO信号变送器、PH信号变送器、温度信号变送器的输出接入到本系统的输入板中，将电流信号转换为电压信号。将电机转动形成的霍尔电压也接入到系统的输入板中。将泡沫电极以及水位电极的线缆也接入输入板中，使用TLP521-1进行光电隔离。
将输入板转换后的所有信号，全部接入到底板中去。底板将信号寄存然后传给AD芯片，将模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号给本系统的核心模块RCM2200，通过内置的程序进行处理。RCM2200内置us/OS-Ⅱ操作系统。处理后得到的数据通过以太网芯片RTL8019AS的网络功能，使用无线3G路由器与远端服务器建立通信连接后，上传数据并接受控制命令。
将底板的输出端接入本系统的输出板的信号输入端上，在输出板的输出端接入本系统需要控制的各个执行部件，比如：加热器、电磁阀、循环泵、补酸泵等各种泵。将底板的转速输出信号接入到定制的调速器上，然后将调速器的输出端接上本系统的搅拌电机。将数据总线连接到指示灯模块，液晶屏，输入键盘。操作人员可以在键盘上对设备参数进行校准，以及对泵进行各种控制。指示灯模块直观的将系统的运行状态显示出来，包括各种泵的运行状态，水位情况。
上述实施例的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，主要应用于生物发酵工程行业，可以实现远程诊断以及远程访问发酵罐系统。通过该发酵罐系统，可以将发酵设备通过无线3G连入厂商的远程服务器2以后，厂商通过服务器的后台程序实现对发酵设备的远程故障诊断；以及发酵设备的使用者通过网络使用IE实现对发酵设备运行参数的远程访问以及控制；也可以使用远程诊断的功能，全方位帮助新用户快速熟悉使用发酵罐系统进行各种发酵操作以及提供即时的技术支持。
上述实施例的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，与以往的技术相比的有益效果如下：
⑴当发酵罐系统通过无线3G接入Internet后，设备的运行状态参数就会上传到远端服务器，设备厂商可以通过在线查看设备的运行状态参数，实现了对设备的远程诊断；
⑵通过客户上传的运行参数，设备厂商在线查看运行参数后，对新用户使用发酵罐系统提供技术支持。因此实现了实时在线的技术支持服务；
⑶通过优化的WEB页面，为用户使用发酵系统设备提供了友好的人机接口界面；
⑷使用无线通讯为主要通讯方式，减少了网络线路铺设的资金成本以及时间成本。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，其特征在于，包括客户端，远程服务器，无线通信单元，多个生物发酵罐，与每个生物发酵罐相匹配的控制单元，用于对每个生物发酵罐及控制单元进行统一调控的控制柜，以及安装在每个生物发酵罐的罐体及各关键节点上的传感器单元；其中：
所述客户端与远程服务器信号连接后，通过无线通信单元与相应的控制柜信号连接；所述控制柜，分别与相应的控制单元及传感器单元连接。
2.根据权利要求1所述的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，其特征在于，所述无线通信单元，包括依次信号连接在所述远程服务器与相应的控制柜之间的互联网、2G/3G核心网、相应的基站与相应的3G无线路由器。
3.根据权利要求1所述的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，其特征在于，所述客户端，至少包括台式计算机、手机与笔记本电脑中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，其特征在于，所述控制单元，至少包括搅拌电机、循环泵、补酸泵、水位泵、加热泵、蒸汽电磁阀与冷却电磁阀中的任意多种。
5.根据权利要求1所述的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，其特征在于，所述传感器单元，至少包括PH传感器、溶氧DO传感器、罐内温度传感器PT100、CO2传感器、泡沫电极、水位电极中的任意多种。
6.根据权利要求1所述的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，其特征在于，所述控制柜包括开关电源，以及分别与开关电源电连接的底板、主控模块RCM2200、控制板、输入及输出组件、输入板及输出板；所述底板的输出端与输出板的信号输入端连接，输出板的输出端与控制单元的各个执行部件连接，底板的转速输出信号与生物发酵罐的调速器连接，调速器的输出端与搅拌电机连接，输出板的输出端用于接至少包括指示灯模块、液晶屏及输入键盘的输入及输出组件。
7.根据权利要求7所述的基于3G技术的无线远程诊断高级发酵罐系统，其特征在于，所述控制板包括：
用于通过传感器单元，采集发酵液中各种物质的变化及关键节点的变化信号，并将各种变化信号转换为相应的微电压或微电流信号的信号采集及转换模块；
用于对来自信号采集及转换模块的各种微电压或微电流信号，进行滤波及放大处理后，输出4-20mA标准工业模拟信号的信号变送器；
用于将信号变送器输出的4-20mA标准工业模拟信号，通过硬件转换为1-5V电压信号，并接入内置有嵌入式控制系统的主控模块RCM2200的信号转换模块；
用于在主控模块RCM2200中，将信号转换模块输出的1-5V电压信号，转换为用于计算机处理的数字信号的A/D芯片；以及，
用于在主控模块RCM2200中，对A/D芯片输出的数字信号进行处理，获取待测参数的测量值，将该测量值及相应的控制设备的运行状态进行打包，并传输至远程服务器的嵌入式控制模块。
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