韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對生物制藥生產(chǎn)工藝過(guò)程中的溫度測量及控制，本文介紹一種適用于生物制藥生產(chǎn)工藝過(guò)程中的溫度測量及控制系統。該系統采用一線(xiàn)總線(xiàn)制的集成溫度變送，嵌入式微電腦、鋰電池(或硅光電池)及藍牙無(wú)線(xiàn)發(fā)送器構成的多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫發(fā)送器和帶藍牙無(wú)線(xiàn)接收器、嵌入式微電腦和數碼顯示器的無(wú)線(xiàn)測溫接收器兩部分組成。無(wú)線(xiàn)測溫接收器還具有現場(chǎng)總線(xiàn)功能，能方便的實(shí)現智能網(wǎng)絡(luò )測溫、控溫系統。

關(guān)鍵詞：生物制藥；一線(xiàn)總線(xiàn)制的集成溫度變送；藍牙無(wú)線(xiàn)測溫；智能網(wǎng)絡(luò )

       生物制藥產(chǎn)業(yè)為是2l世紀的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，是生物技術(shù)應用廣泛、成效顯著(zhù)、發(fā)展迅速的一個(gè)領(lǐng)域。它將生物技術(shù)和制藥產(chǎn)業(yè)合為一體，涉及到化學(xué)、基因學(xué)、、生物信息學(xué)、病理、物理等各學(xué)科，是一個(gè)多學(xué)科支撐的知識體系。

所謂生物制藥就是把生物工程技術(shù)應用到藥物制造領(lǐng)域的過(guò)程,其中主要的是基因工程方法。即利用克隆技術(shù)和組織培養技術(shù)，對DNA進(jìn)行切割、插入、連接和重組，從而獲得生物醫藥制品。廣義的生物制藥包括了基因工程制藥、生化制藥等:而狹義的生物制藥則主要是指基因工程制藥。生物藥品是以微生物、寄生蟲(chóng)、動(dòng)物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學(xué)工藝或分離純化技術(shù)制備并以生物學(xué)技術(shù)和分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量制成的生物活化劑。

在生物制藥工藝過(guò)程幣，其溫度的測量及控制一直是重要環(huán)節之一，它對于生產(chǎn)過(guò)程和最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有著(zhù)決定性影響。在生物制約工么過(guò)程中，往往需要多點(diǎn)同時(shí)測溫，并且還要按照預定的溫度規程進(jìn)行控制。而生物制藥現場(chǎng)往往連線(xiàn)和供電不便，故多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫是新興的溫度測量及控制的技術(shù)，帶有現場(chǎng)總線(xiàn)的系統更是現代測控技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1）系統外形

      無(wú)線(xiàn)測溫系統外形見(jiàn)圖1(左為測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模抉，右為測溫無(wú)線(xiàn)接收模抉)。

2）系統電路組成

      系統電路組成結構示意框圖見(jiàn)圖2。

圖 2系統電路組成結構示意框圖

  測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊，可以1～n個(gè)，n小于256個(gè).測溫無(wú)線(xiàn)接收模塊與測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊之間采用藍牙技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳輸方式。測溫無(wú)線(xiàn)接收模塊可作成多路，其路數依據要求而定，且具有智能控制的現場(chǎng)總線(xiàn)功能。

3)測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊電路組成

測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊電路組成結構示意框圖見(jiàn)圖3。

 

圖3測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模抉電路組成結構示意框圖

測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模抉內部組成:

(1)溫度變送器

溫度變送器采用一線(xiàn)總線(xiàn)制的高度集成的網(wǎng)絡(luò )溫度變送器，即DS18B20

DS18B20基本性能:DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire，即單總線(xiàn)器件，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測溫系統，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，在一根通信線(xiàn)，可以?huà)旌芏噙@樣的數字溫度計，十分方便。

DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)①只要求一個(gè)端口即可實(shí)現通信;②在DS18B20中的每個(gè)器件上都有序列號;③實(shí)際應用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現測溫;④測量溫度范圍在一55C~十125C之間;⑤數字溫度計的分辨率用戶(hù)可以從9位到12位選擇;⑥內部有溫度上、下限告警設置。

(2)CPU2一微電腦:負責測溫處理，指揮藍牙無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據傳送。

(3)藍牙無(wú)線(xiàn)模塊:藍牙技術(shù)是一種短距(10~15m)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，它能將各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統。此處用于無(wú)線(xiàn)傳送測溫數據。

(4)供電:采用光電池供電。本供電系統由硅光電池、充電控制電路和可充電電池組成。因此，測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊可用于不便提供交流電源供電，或高壓區測溫及移動(dòng)體(無(wú)電源)測溫等場(chǎng)合。

4)測溫無(wú)線(xiàn)接收模塊

(1) 測溫無(wú)線(xiàn)接收模電塊路組成測溫無(wú)線(xiàn)接收模電塊路組成結構示意框見(jiàn)圖4。

圖4測溫無(wú)線(xiàn)接收模塊電路組成結構示意框圖

(2)測溫無(wú)線(xiàn)接收模塊內部組成

CPU1-微電腦:負責接收藍牙無(wú)線(xiàn)發(fā)送的測溫信息，驅動(dòng)顯示。

藍牙無(wú)線(xiàn)模塊:同測溫無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊

電源:采用通用的開(kāi)關(guān)式直流穩壓電源。

顯示單元:采0.5寸七段LED數碼管組成顯示單元。

2.1原理創(chuàng )新

1)采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò )溫度變送器DS18B20。

DS18B20數字溫度計是1一Wire，即單總線(xiàn)器件，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測溫系統，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，在一根通信線(xiàn)，可以?huà)旌芏噙@樣的數字溫度計，十分方便。

2)采用藍牙無(wú)線(xiàn)測溫系統。

3)用光電池供電。

上述三種技術(shù)組合，實(shí)現了超小型、低功耗、多路、無(wú)線(xiàn)測溫系統，是一項原理創(chuàng )新。2.2創(chuàng )新結構

1)采用多個(gè)藍牙無(wú)線(xiàn)測溫發(fā)射模塊，一個(gè)集中藍牙無(wú)線(xiàn)測溫接收模塊結構，是一種多點(diǎn)靈活的無(wú)線(xiàn)測溫結構。

2)采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò )溫度變送器，光電池供電的一體化測溫結構。上述裝置是一種典型的結構創(chuàng )新。

2.3技術(shù)創(chuàng )新

采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò )溫度變送器、藍牙無(wú)線(xiàn)和光電池供電等技術(shù)屬技術(shù)創(chuàng )新。

2.4應用創(chuàng )新

采用超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò )溫度變送器、藍牙無(wú)線(xiàn)收發(fā)和光電池供電的測溫系統，使用靈活，可用于不方便提供交流供電，特別是移動(dòng)物體和高電壓場(chǎng)合的測溫，多路無(wú)線(xiàn)測溫和集中顯示等場(chǎng)合，將本多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫系統應用于生物制藥產(chǎn)業(yè)，這是一種應用創(chuàng )新。

1)測溫范圍:-55~+125℃。

2)數字溫度計的分辨率:用戶(hù)可以從9位到12位選擇。

3)測溫發(fā)送裝置數據間隔:約7s發(fā)送一個(gè)數據，且可預先設定。

4)測溫精度:+0.5℃。

5)測溫上、下限:可設定，并記憶，停電不丟，可以控制溫度范圍，也可設置超限報警。

6)探頭:不銹鋼管測溫探頭，長(cháng)度可變，抗腐蝕。

7)藍牙無(wú)線(xiàn)數據傳輸:數據傳輸短距(10~15m)，它能用于各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統。此處用于無(wú)線(xiàn)傳送測溫數據。

8)藍牙無(wú)線(xiàn)測溫發(fā)射模塊:尺寸為84mmx104mmx176mm。其中:176mm為溫度變送器尺寸，其尺寸可位實(shí)際需要訂制。

9)測溫無(wú)線(xiàn)接收模塊:尺寸為96mmx96mmx110mm。采5寸七段LED數碼管組成顯不單元，顯示測溫值。

10)供電:無(wú)線(xiàn)測溫發(fā)射模塊，+5V光電池給充電電池供電，太陽(yáng)光下，充電8h，可供測溫發(fā)射模塊工作16h，也可由自熾燈充電。充電狀態(tài)山發(fā)光二管顯示，也可就用鉀電池供電。無(wú)線(xiàn)測溫接收模塊工作電源為220VAC，采用直流開(kāi)關(guān)電游供電。

4.1概述

      電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時(shí)、持續、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

      Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了較大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能，可以監控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

 

4.2應用場(chǎng)所

      適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠(chǎng)、化工、水泥、數據中心、醫院、機場(chǎng)、電廠(chǎng)、煤礦等廠(chǎng)礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監測。

 

4.3系統結構

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

4.4系統功能

      測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

2）溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。

 

3）運行報表：查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數據。

4）實(shí)時(shí)告警：系統能夠對各測溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

5）歷史事件查詢(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。

4.5系統硬件配置

      溫度在線(xiàn)監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。

      生物制藥中的溫度檢測是為了控制制藥過(guò)程的溫度，對于生物制藥是十分重要的。日前傳統生物制藥中的溫度檢測多采用熱電偶摸擬方式長(cháng)線(xiàn)傳輸，易受干擾，且可靠性差，測量精度低，影響生物制藥要求。由于摸擬方式測溫，連線(xiàn)多，不方使多點(diǎn)同時(shí)測溫。

用于生物制藥中的多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫系統，是一種現代多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫裝置，在生物制藥過(guò)程中的實(shí)際應用，它能提高生物制藥的測控水平，保證生物制藥的工藝穩定和產(chǎn)品質(zhì)量。系統采用了超小型高度集成的網(wǎng)絡(luò )溫度變送器DS18B20、藍牙無(wú)線(xiàn)收發(fā)技術(shù)和光電池供電，使系統的體積小，重量輕，低功耗，智能測溫控溫，其使用靈活，在生物制藥中具有實(shí)用和推廣價(jià)值。

［1］常小青,檀宏杰,馮獻彬,王春巖．用于生物制藥中的多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫系統[J]．電氣技術(shù),2011,000(009):52-54

［2］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

作者介紹：

韓歡慶，女,現任職于安科瑞電氣股份有限公司。