S7—300 PLC及组态王在抗生素发酵控制系统中的应用

　　S7-300型PLC的CPU模块的选择主要考虑存储容量、运行速度、I/O模块扩展能力以及计时器和计数器的数量等指标。综合分析所要控制的对象及其要求，选用CPU315-2DP。电源模块主要是为CPU及接口模块供电，所以I/O模块、接口模块和CPU模块所需电流之和要小于电源模块的额定电流。这里选用PS307,额定电流为SAo I/O模块的选择主要根据控制对象，同时还要留有10%-15%的余量。最终选用8通道模拟量输入模块SM331  (21块)，32点数字量输人模块SM321(2块)，二者的额定电压均为DC24 I/O  16点继电器型数字量输人模块SM322(7块)。最高电压为DC 120 V。由于一块底板最多只能带8块I/O模块，所以需要扩展，扩展单元通过接口模块IM360, IM361进行通信，模块间通过背板总线传递数据。SM1-SM10是数字量输入输出模块。所有模块都安装在底板上。

图2 PLC硬件组态 

　　另外，根据实际要求，采用Pt 100铂电阻检测热水罐、种子罐和发酵罐的温度，其技术参数为:双支、三线制、0-150 C、精度:1 0.5 %； PH值的检测采用复合PH电极和PH变送器来实现，复合PH电极使用465-50-57 , PH变送器采用PH2100，其技术参数为:PH/mV输入:0.00-14.00/-1500-1500m从测量误差PH值<<0.02 , mV值<1mV,输出:4-20mA;检测溶解氧浓度DO采用DO电极InPro6000和溶氧变送器4100e,测量范围:0100%:系统误差:士0.5% }输出:4-20mA;发酵罐的压力的检测采用Honeywell压力变送器，技术参数为:0--0.4Mpa:二线制，4}20mA;系统精度士0.3%。空气流量采用涡街流量计测量;热水罐、消泡和补料时的液位控制采用UDB电极式液位开关。

3 软件设计

　　本系统使用STEP7的结构化编程方法进行编程。根据工艺要求，控制系统的操作分为自动和手动，即被控对象分为自动和手动，这样也为程序调试带来方便。本系统的控制程序编程的程序结构如图3，其中OB1, OB35是组织块，OB1为主程序;FCX(X的值为2, 4, S, b, 7, 8, 10, 11, 12)是功能程序块;FB59是STEP?软件“标准库PID控制”中的温度控制器，DB I I -DB52是FBS9的背景数据块，SFC1, SFB3, Sh`F34和FC34是STEP7软件为用户提供的系统功能、系统功能块和功能。DBb和DBS是SFB4的背景数据块，DB7和DB9是SFB3的背景数据块。

图3程序结构

　　FC11和FC10将采集的生产现场的数据模拟量“规范化，为0-150(温度)、0-30(进人一级种子罐的空气流量),0-240(进入二级种子罐的空气流量)、0-1500(进入发酵罐的空气流量)、0-14 (PH值)、0-40(压力)、0-5(补料)、0-100(搅拌转速)、0-200(溶解氧)、0-1.6(空气总管压力和蒸汽压力)、0_55400(空气总管流量)、0-9000蒸汽流量)、0-60(循环水压力和一次水压力)、0-11000(循环水流量)、0-340(一次水流量)，以上数值全为浮点数(即实数);FC7和FC4是补料控制;FC6和FCS是消泡控制;FC12和FCC分别是自动控制热水罐冷水阀和手动控制热水罐冷水阀;OB35调用功能块FB59进行PID控制算法，其输出控制各级罐的冷水温控阀、热水温拎阀、三级罐的补料阀和消泡剂阀及热水灌蒸汽阀的打开和关闭。P1D控制算法的采样时间为10秒。

　　3.1 消泡控制流程

　　通过对消泡剂阀的自动或手动控制，进而控制进入发酵罐的消泡剂的流量，达到消泡的目的。自动控制消泡剂阀的程序流程如图4。

图4 巨4自动控溯浸泡裁阕的糕垮漉程