一、微生物发酵过程DCS工控软件的设计（论文文献综述）
戴京京[1]（2021）在《BioJN发酵技术服务系统PC客户端的设计、开发及应用》文中研究表明伴随着工业生物技术及其周边学科的发展,可在线采集的发酵过程参数种类越来越多,使得发酵过程海量数据、发酵性能与数据间的复杂关联关系越来越需要得到管理。与此同时,工业发酵过程自动化水平较普遍较低,为了帮助发酵企业更好地管理/有效利用海量数据、并将其用于发酵过程的优化与控制,本论文使用Python3.6和MySQL结合当前发展迅速的云服务器搭建了一套软件服务平台-BioJN发酵技术服务系统,主要研究内容如下:（1）PC客户端GUI（图形用户界面）及其功能的设计与开发:客户端的图形用户界面使用wx Python图形库进行设计与开发,系统PC客户端基本功能如下:1)在线发酵数据的采集与监测,实时保存手动录入的离线发酵数据;2)发酵数据的二次计算;3)批次命名特征字段配置、参数配置以及二次计算公式配置;4)基于Python中Matplotlib库的数据可视化功能,将在线或离线发酵数据绘制成曲线图;5)基于云服务器实现不同现场的发酵数据管理和共享以及不同发酵批次的远程控制;6)设计了一个等级严格的用户权限管理机制,可以保证发酵数据的安全性;7)扩展软件包功能（实验室测试中）,根据发酵过程的个性化需求可以从云服务器加载不同的自动控制策略软件包,实现发酵工艺的自动控制。（2）搭建数据库:使用MySQL关系型数据库和可视化工具Navicat设计并搭建高性能的发酵数据库系统。根据数据的类型选择存储方式,提高存储效率,确保数据的可靠性、稳定性和规范性;根据数据的特点优化数据库性能,提高检索和访问数据的速度。（3）通信模块开发:上述发酵数据库系统的建立能够为BioJN系统PC客户端对发酵数据的高效管理提供良好的基础条件,而面向发酵过程的数据采集/传输、设备控制是实现发酵数据高效管理和利用的必需技术环节,本系统基于物联网技术采用DDE、Modbus、OPC DA和OPC UA四种通用的工业控制数据接口实现软件与设备的数据交互,以键值对形式将通信服务器类型和参数存储于JSON文件中。通信模块的建立为后续发酵数据的有效利用提供强大的技术平台。（4）将BioJN发酵技术服务系统PC客户端程序连接不同设备,应用于植物乳杆菌生产胞外多糖和重组毕赤酵母生产异源蛋白的发酵过程中,来验证其的功能和稳定性。结果表明,BioJN系统PC客户端的各个功能模块都能够稳定运行,达到了预期效果。
吴昊[2]（2021）在《生物发酵过程远程监控软件设计与实现》文中研究说明随着人们对生活水平质量的要求逐渐升高,消费者对酶制剂认知的不断深入和消费力逐年增加,酶制剂产业在国内开始快速发展。由于我国的酶制剂产业发展较晚,在酶制剂的相关产业中,实时监控系统还比较少。在发酵产业中,生物发酵流程十分复杂,和物理或者化学反应有所不同,它独特的反应特性是导致发酵困难的主要因素。具体表现为测量操作困难,参数精度高,发酵模型非线性时变,控制大时滞性等。因此,酶制剂的发酵过程需要在线监测和自动控制。根据企业发酵过程的实际生产情况,结合发酵过程p H控制的特点,在MATLAB环境下,对酶制剂p H控制系统的数学模型进行仿真实验,比较了传统PID与SMITH和PID并行控制的变化曲线。实验结果表明,SMITH和PID并行控制的方法性能良好,响应速度快,超调量小,非线性逼近能力强,对发酵过程p H值有良好的控制效果。生物发酵过程十分复杂,如何提升生产水平,改善产品的质量对于过程控制领域非常重要。针对酶发酵过程中实时监控率低、浪费人力资源严重等问题,本文设计了一种基于OPC UA协议的Win CC参数监控系统,对酶发酵过程中的温度、p H、溶解氧等重要环境参数进行监控。本课题设计的监控系统具有实时性好,多平台开放,安全等级高等特点。本论文所开发的OPC UA客户端以及App监控系统采用将Win CC采集的数据上传到云服务器的数据库中,保证了一旦Win CC服务器遭到恶意攻击,也可以对过程监控的数据进行保存,保证了数据的安全可靠。经过测试表明,本课题设计的系统对数据存储有较高的安全等级,App易于操作,人机界面友好,有良好的人机交互能力等优点。在发酵过程中对参数进行了精确监控,历史曲线变化明显,适合于工厂日常使用。
张亚举[3]（2020）在《基于气体浓度在线检测的发酵过程反馈控制补料系统设计与实现》文中进行了进一步梳理随着生物工程技术的发展,发酵工业的生产规模也在逐渐扩大,迫切需要对微生物发酵过程进行先进控制和优化调控,从而提高发酵工业水平。随着发酵工艺的不断进步,从培养基的配比和菌株的选取等方面进行发酵工艺的优化提高了发酵生产水平。分批补料发酵作为发酵行业应用最广泛的发酵形式,对于分批补料发酵制定合适的发酵过程控制补料策略是关键。目前,大多依据离线检测的生物量选择合适的发酵过程补料策略,这种补料方式具有一定的滞后性和不稳定性,难以满足发酵过程在线优化控制的要求,而且人工取样容易造成发酵系统菌体污染,影响发酵过程品质。因此,对于生物发酵过程合适的补料策略能够有效地调控微生物的中间代谢,使之朝着有利于菌体生长和产物合成的方向发展,所以及时且有效的发酵过程补料策略是实现发酵过程在线优化控制的关键。发酵过程在线补料控制实施的难题是无法实时获取到发酵过程的实时状态,所以迫切需要寻找能够反映发酵过程实时状态并可以进行在线检测的实时参量。而发酵过程代谢气体产物包含了重要的过程信息,发酵过程中的气体浓度变化能够直接反映发酵过程菌体的生长状态以及浓度变化。因此,研究基于气体浓度在线检测的发酵过程反馈控制补料方法及系统具有重要的工程应用价值。本文在分析发酵过程气体检测和在线反馈控制补料方法及其研究现状的基础上,提出了基于气体浓度在线检测的反馈控制补料方法,给出了发酵过程气体采集装置设计方法和发酵过程气体浓度在线检测方法,结合发酵过程先验知识,给出了一种利用发酵过程先验知识的发酵过程反馈控制补料方法,并针对具体的发酵对象给出了发酵过程的反馈控制补料算法实现。在该方法的基础之上给出一种基于虚拟仪器技术的发酵过程反馈控制补料系统,并给出了发酵过程反馈控制补料系统的总体设计方法。对发酵过程反馈控制补料系统软硬件进行了设计与实现,给出了硬件系统设计和系统硬件设备的选取;对数据通讯子系统、数据处理子系统、控制补料子系统、数据管理子系统、以及人机交互界面子系统进行设计。并通过发酵过程实验对传感器在线检测效果进行验证,对集成的发酵过程反馈控制补料系统各子系统模块进行测试,以谷胱甘肽、戊糖片球菌、富硒酵母三种发酵对象进行发酵过程的反馈控制补料方法的实验验证。实验研究表明,本文提出的基于气体浓度在线检测的反馈控制补料方法能够实现发酵过程代谢气体浓度的实时检测和发酵产物质量的提高;而且基于虚拟仪器技术进行集成的发酵过程反馈控制补料系统运行稳定,可靠性好,为发酵过程补料问题提供了一种切实可行的解决发酵过程在线控制补料难题的新途径。
李亚斌[4]（2020）在《基于DCS的生物发酵工艺控制系统的设计与实现》文中进行了进一步梳理生物发酵是生物技术领域的重要分支之一。21世纪工业化的生物发酵技术在食品、药品、能源、材料、农业等多个领域不断取得新的突破,为人类的食品健康、疾病预防与治疗、环境治理作出重大贡献。生物发酵工艺生产流程复杂。发酵培养过程的难点在于需要控制的工艺指标数量多、控制精度要求高,各参数之间互相影响大、部分工艺参数无法快速实施检测,且发酵生产特有的灭菌操作导致生产现场环境恶劣、操作危险性高,灭菌失败会出现大量原料损失和废料污染问题。目前大多数生物发酵企业技术装备落后,自动化程度低,产品质量不稳定。本文将如何提高生物发酵生产的自动化控制水平作为研究课题,不仅有着相应的实用价值,同时还有着极为重要的研究意义。本文以生物发酵过程为工程背景,对发酵培养的全过程进行研究。综合分析了发酵罐生产过程中需要重点控制的工艺参数,结合消毒操作需求,设计了一套发酵罐的自动化控制系统方案。该方案能够摒弃非必须的人为干预,实现发酵罐工段工艺曲线的平滑稳定,在操作准确性和产品优良率方面有了进一步的提升。基于上述发酵生产控制系统方案,实现了一套完整的发酵控制系统。本文选用和利时公司MACS-K系列系统作为控制单元,通过Profibus-DP现场总线与I/O模块进行通讯,现场仪表完成信号采集与转换工作并接入I/O模块进行处理,现场阀门根据I/O模块的输出信号进行控制。将复杂的生产控制过程解耦为几个单回路控制方式,将消毒操作固化为统一的操作动作,并采用SFC方式写入程序,通过HMI界面可直观监视SFC顺控执行的状态并可在紧急情况下转到人工干预模式。依据现场试验结果证明方案有效,具有较高的实用价值。
王玉鹏[5]（2019）在《基于PLC与WIN CC的高温厌氧发酵系统的研究》文中认为随着社会经济的发展以及科学技术的创新,不断有人提出利用新清洁能源。沼气作为一种可循环使用的新能源,受到国内外学者的热烈关注。目前,我国在生产沼气方面的自动化程度不高,造成发酵系统耗能大、产气质量低下以及产气量少。因此,本文提出对高温厌氧发酵系统进行实时监控的方案,同时结合相关控制算法提高该系统的自动化程度,最大程度的提高产气效率以及产气质量,确保厌氧发酵系统能长时间进行安全可靠稳定的运行。本文的研究是基于PLC和WIN CC进行的,对高温厌氧发酵系统产生沼气过程中的每一个环节的参数进行检测并控制。首先介绍了高温厌氧发酵系统的总体设计方案,对系统的厌氧发酵工艺的原理和分类进行了简述,同时还介绍了影响发酵工艺的参数,如温度、酸碱性pH值等。描述了系统的工艺设计和控制设计。其次,对厌氧发酵系统上下位机的硬件和软件分别进行了设计,实现系统的过程控制。对于硬件部分的设计,采用西门子S7-200PLC作为下位机的主控部分,并通过STEP7来对PLC进行编写,上位机的监控界面采用SIMATIC WIN CC软件来进行编写,实现上下位机的通信和人机交互的目的。最后对设计好的高温厌氧发酵系统进行调试,确保每一环节能正常稳定运行。完成调试后,系统正式投入运行,同时记录相应参数的数据并进行分析。本文设计的高温厌氧发酵系统已正常生产运行了一段时间,控制精度高、产气效率高,实时监测过程参数,具有高可靠性以及稳定性、良好的人机交互性能,满足预期的设计目标。
文琦[6]（2018）在《基于PLC和组态软件的微生物发酵控制系统研究》文中认为针对目前发酵行业的现状,在研究了微生物发酵工艺和发酵特点的基础上,设计了一套功能完善、结构简单、控制效果突出的微生物发酵控制系统。根据系统的控制要求,设计了一套基于PLC、WinCC、自动化检测仪表和以太网通信的微生物发酵自动控制系统。该系统采用S7-200 Smart PLC作为整个系统的控制单元,主机采用SR60模块,搭配DR08模块进行数字量扩展,采用AM06模块完成对模拟量输入输出的扩展,并结合传感器、变送器、变频器、蠕动泵等完成对温度、溶氧、PH、压力以及搅拌电机转速等参数的采集和执行部件的控制。采用PC机结合西门子WinCC V7.3软件进行人机界面的组态,完成对发酵参数的设定与显示、发酵状态转换、手自动转换、报警输出等功能。通过以太网接口实现PLC与PLC之间、PLC与PC机之间的通信,不断调整发酵过程中的各个参数,使发酵过程始终处于有利于微生物生长的最佳环境。该控制系统已成功运用到微生物发酵设备上并投入使用,使用结果表明,该控制系统运行稳定、操作方便,在很大程度上代替了传统人工手动操作,能够很好的对各发酵参数进行控制,在微生物产量和控制精度方面都有明显提高,能够达到设计要求。
李良喆[7]（2017）在《细胞扩增生物反应器控制系统的研究》文中研究表明目的:近年来,随着科学技术的发展,动物细胞培养技术被广泛应用于生物医药产品的工业生产中,如蛋白质药物研发、干细胞移植、疫苗生产、人造组织器官等领域。例如造血干细胞移植可长期重建造血和免疫,它适用于治疗造血干、祖细胞或相关基因有缺陷的疾病,如白血病、重度免疫缺损、自身免疫病等,是一种重要的生物治疗或细胞治疗方法。但往往人体本身可提供的造血干细胞不足,这就迫切需要在体外对这些干细胞进行大规模扩增。生物反应器的提出就为造血干细胞的体外扩增提供了一种非常有效的方法。细胞的培养扩增过程是极其复杂的生物化学反应过程,其代谢必须在适宜的周围环境中才能有效进行。国外已经有比较成熟的生物反应器,但国内还没有商品化的动物细胞生物反应器。本文对波浪式生物反应器的控制系统进行研究,旨在完成一套基于波浪式生物反应器的细胞培养条件的控制系统,使其能更好的应用在细胞的扩增培养上,进而推动我国生物反应器行业向前发展。方法:通过对当前生物反应器培养条件的控制方法和控制系统进行分析和讨论,提出适合波浪式生物反应器培养系统的控制方法。控制系统的设计主要可以分为三部分:培养条件控制方法的设计、控制系统软/硬件部分设计、仿真及实际实验验证部分。关于控制方法的设计,根据温度控制要求及温度控制大滞后的特点,设计出Fuzzy-PID控制算法;根据PH控制要求及PH过程强烈非线性的特性,对分段式变增益PID进行改进,设计出四区段变增益PID控制算法;根据溶解氧浓度非定值控制的特点,设计出TP-PID的控制算法。关于控制系统软/硬件部分的设计,采用单片机为主控芯片,结合MPLAB、MATLAB等实现上、下位机的连接与配合。实验部分,在仿真实验的基础上进一步通过实际实验验证控制算法的效果以及控制系统的性能。内容:本文研究工作主要包括以下几个方面:（1）生物反应器控制系统分类及参数控制方法调研、控制系统控制方案设计。通过大量查阅文献并与相关行业人士接触,调研生物反应器细胞培养的最新进展情况。分析各类控制方法和控制系统的优缺点,从而为文章控制系统的选择和控制方法的提出提供研发的现实意义与应用前景。设计系统整体控制方案,通过比较硬件元器件的性能以及满足应用的情况,选出最佳的系统方案。（2）控制系统硬件设计与实现。系统硬件设计主要包括下位机执行部件的选择、上位机主控部件的选择以及上、下位机之间的集成。下位机硬件部分由主控芯片、检测器件、执行器件、传输线等几部分组成。主控芯片选择dspic30f6014a单片机为控制系统下位机的核心,该芯片将核心处理层及整个外围电路层如输入/输出端口、内存、定时器、计数器等全部都集成在一块芯片上,实现了实验数据的一整套的接收、计算、存储、发送功能;检测器件根据需要控制的T、PH、DO三个培养条件分别选择Pt100、在线PH仪、在线溶解氧仪;执行器件根据控制原理选择电热毯、蠕动泵、电磁阀等。上位机主控部件根据需要选择集显示、控制、存储等功能于一体的DGUS屏,实现对控制系统的整体监控。上、下位机集成主要由它们之间的通讯线连接及统一的通讯协议实现。（3）控制系统控制算法设计与实现。本文主要设计完成了三个控制算法,即针对温度控制的Fuzzy-PID控制算法、针对PH控制的四区段变增益PID控制算法和针对溶解氧浓度控制的TP-PID控制算法。其中,Fuzzy-PID控制算法并非采用传统的并联使用的模式,而是将两种方法整合到一起,以检测信号作为模糊控制的输入,以模糊控制的输出作为PID控制的输入,最后以PID控制的输出作为系统控制信号的输出;四区段变增益PID控制是在分段式变增益PID的基础上根据生物反应器的实际情况进行改进得到的,充分考虑了PH控制的强烈的非线性特性;溶解氧浓度控制算法的设计考虑只需将其控制在某一范围内即可,主要是参考传统控制的模式。（4）人机交互界面设计及触控配置完成。上位机人机交互界面选用DGUS屏,型号为DWT80600T08006WT,使用Microsoft Visio Premium 2010进行图片制作,需要显示的图片主要包括系统初始化部分、主界面部分、数据输入界面部分等。触控配置使用DGUS配置工具V49,将制作好的图片导入配置工具,按照显示屏操作要求在相应区域位置添加文本显示、按键返回、RTC显示等配置操作,并设置好相应配置的变量地址、文本长度、按键值、案件效果等。将配置好触控功能的显示图片导入到DGUS屏里就完成了人机交互界面的设计。（5）仿真实验加实际实验验证算法可靠性及控制系统性能。为验证控制算法的可靠性,首先使用MATLAB软件中的Simulink软件包设计Fuzzy-PID的温度控制仿真实验和分段式变增益PID的PH控制仿真实验,两个仿真实验均以控制时间和控制精度作为控制算法性能可靠的判断依据。仿真实验验证算法可靠性之后设计实际实验进行验证。使用MPLAB软件按照算法设计编写三种控制算法的程序并将其导入单片机进行实际实验,验证标准依然是控制的时间和稳定后的控制精度。结果:本文根据细胞培养的要求,完成了波浪式生物反应器控制系统中T、PH、DO三个培养条件控制算法的设计,完成了控制系统硬件选择,完成了控制系统电路设计,完成了上、下位机通讯设计,完成了人机交互界面的选择和设计,完成了单片机对应程序的编写,最后在仿真实验基础上设计实际实验完成了算法可靠性的验证工作。发表了两篇论文。结论:本文介绍了各类生物反应器控制系统及控制方法,具体分析了各控制系统的优缺点,提出采用单片机作为主控芯片对波浪式生物反应器控制系统进行研究,并根据要调节的培养条件的特性设计出不同的控制方法。在实际实验进行控制时,温度控制精度可达到±0.1℃,PH控制精度可达到±0.05,溶解氧浓度精度可达到±6%。表明本文所研制的控制系统能够稳定可靠的运行且控制效果良好,说明控制系统能很好地维持细胞生长需要的适宜的环境,满足细胞培养过程的控制要求。本文的创新点在于根据不同被控条件设计出相应的控制方法,如针对温度控设计了模糊PID控制、针对PH控制设计了四区段变增益PID控制;使用dsPIC30f6014a型号单片机作为主控芯片,不仅降低了研发成本,还提高了系统灵活性,缩短了开发周期;使用DGUS屏作为人机交互界面,实现了对控制界面的搭配式设计;将系统进行模块化设计,最后集合到一起,降低了故障的影响率。
刘晗[8]（2016）在《啤酒发酵装置温度控制系统的设计与研究》文中进行了进一步梳理当今信息科学技术的发展日新月异,中国的啤酒生产工业在控制技术、装备制造、和产品质量等领域都有很大的提高。而在酿造啤酒的过程中,其中发酵工序是一个复杂的生物化学反应过程。发酵过程中的主要因素是温度变化,温度控制的好坏将直接影响啤酒的质量。我校食品生物专业拥有一套早期的啤酒生产装置,其生产设备陈旧,采用人工方式进行生产和监控,且传统的温度控制器存在结构复杂、自动化程度低和不便于升级等问题。因此,对学校的啤酒生产线进行技术改造,设计一个智能的啤酒发酵控制系统,来提高生产效率,保证产品质量。本文主要设计和开发了基于组态王系统的啤酒发酵过程监控平台,啤酒发酵温度控制系统采用工控PC-PLC DCS系统,即工业控制计算机与可编程控制器、分布式计算机的控制系统,该系统为上、下两级递阶型结构。上位机采用PC机集中监视、管理;下位机采用可编程控制器PLC,选用的是西门子公司生产的S7-200系列可编程控制器。上位机与下位机的通信系统采用了RS485通讯传输网络。选用组态王系统软件来实现上位机的监控功能,该软件不仅可以提供友好的人机界面,还使监控的操作方式更为简单、便利,不仅实现了数据库的管理、传送、以及工艺参数和工艺曲线的显示（打印）,也可以对数据进行维护等等。该系统性价比高、可靠实用、便于扩展、监控效果良好等特点可以满足啤酒生产发酵工艺的技术要求,提高了啤酒发酵控制的自动化水平。啤酒发酵过程受许多干扰因素的影响,具有大惯性、大滞后和严重的非线性特性,传统的控制理论已显出其应用的局限性。为解决啤酒发酵温度控制过程中出现的问题,本文提出运用模糊PID参数自适应的模糊控制算法,其实质就是以被控制对象的偏差和偏差的变化率为依据的模糊PID智能控制算法。该算法适应性和灵活性强,控制精度较高,具备了较强的适应能力和抗干扰能力,使啤酒生产波动小,啤酒质量稳定。最后采用MATLAB仿真来证实该控制算法具有静态误差小、抗干扰能力强、动态响应速度快和结构简单等特性。
徐宁[9]（2015）在《维生素C生产过程中浓缩工段温度控制研究》文中提出在维生素C生产的浓缩工段不仅要求温度严格控制在某个范围之内,还要根据现场条件实时改变当前温度值。而浓缩工段温度控制具有非线性、时变性、大滞后、强耦合、难建模等特点。常规PID控制效果的好坏完全取决于对PID参数的整定和优化,在工控现场一般根据工程师的实际经验来调整PID参数,这种控制应用在在非线性和时变系统时会由于控制不够及时或不精确而导致控制效果不理想。本文首先对维生素C生产过程中浓缩工段进行机理分析,分别从温度、液位、蒸发量等角度证明了控制过程中存在的不确定性、强耦合、大滞后等问题,单纯的PID控制难以达到工艺要求。然后分别研究了目前常规PID控制和模糊控制理论,针对常规PID稳态误差小、易实现和模糊控制稳定、鲁棒性好的特点,采用模糊自适应整定PID控制算法,即把控制条件和PID参数整定经验用模糊集表示,并把这些模糊控制规则和有关信息等存入计算机知识库,然后计算机根据控制系统实际响应,运用模糊推理,自动调整PID参数至最佳。由MATLAB仿真对比常规PID和模糊自适应整定PID控制,模糊自适应整定PID控制几乎无超调,达到稳定时间较短。在此基础上,以北京和利时集散控制系统（DCS）为硬件平台,进行温度采集和PID控制,以MATLAB作为软件平台,进行模糊自适应整定PID运算,通过OPC协议连接MATLAB和集散控制系统,通过MATLAB运算结果修正PID控制器参数,从而提高控制精度和控制速度,取得比常规PID更好的控制效果。
陆兵,薄翠梅,杨世品,黄庆庆,牛超[10]（2015）在《基于PLC的微生物通用式发酵装置控制系统设计》文中进行了进一步梳理根据微生物发酵过程控制的要求,提出基于西门子PLC和Wincc的控制系统设计方案。该控制系统采用西门子s7-300系列模块作为下位机,西门子工控机和Win CC软件作为上位机,并将数据与客户机共享,对现场对象进行数据采集存档,自动控制,故障报警和实时监控。实践表明,该控制系统能够较好的实现微生物发酵反应过程的参数控制,保证微生物发酵反应的有效进行,提高微生物发酵反应过程的自动化水平。
二、微生物发酵过程DCS工控软件的设计（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、微生物发酵过程DCS工控软件的设计（论文提纲范文）
（1）BioJN发酵技术服务系统PC客户端的设计、开发及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 工业化发酵过程数据管理与控制概况 |
| 1.1.1 发酵工业的发展现状 |
| 1.1.2 工业化发酵过程的基本特征 |
| 1.2 国内外工业化发酵过程数据管理和控制的研究现状及发展动态 |
| 1.3 论文的立题意义 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第二章 BioJN发酵技术服务系统PC客户端的设计与开发 |
| 2.1 开发工具选择 |
| 2.2 数据库选择 |
| 2.3 系统框架结构设计 |
| 2.4 图形用户界面设计 |
| 2.5 PC客户端功能设计 |
| 2.5.1 批次管理功能设计 |
| 2.5.2 数据窗口功能设计 |
| 2.5.3 系统配置功能设计 |
| 2.5.4 用户管理及权限功能设计 |
| 2.5.5 参数计算模块 |
| 2.6 数据库的设计 |
| 2.7 通信模块的设计 |
| 第三章 BioJN发酵技术服务系统PC客户端的测试及应用 |
| 3.1 BioJN系统PC客户端实验室测试过程及结果展示 |
| 3.1.1 通信接口配置 |
| 3.1.2 字段与发酵参数配置 |
| 3.1.3 新建实时批次 |
| 3.1.4 发酵过程数据展示 |
| 3.1.5 绘制曲线图 |
| 3.1.6 远程监控与控制 |
| 3.2 BioJN发酵技术服务系统PC客户端在实验室及企业中的应用 |
| 3.2.1 系统在实验室发酵过程中的应用 |
| 3.2.2 BioJN发酵技术服务系统在企业的应用情况 |
| 3.3 小结 |
| 主要结论与展望 |
| 主要结论 |
| 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录一:英文版界面展示 |
| 附录二:发酵参数配置信息 |
| 附录三:作者在攻读硕士学位期间发表的论文和获奖情况 |
（2）生物发酵过程远程监控软件设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文研究目标 |
| 1.4 本论文的章节安排 |
| 第二章 生物发酵过程控制系统与控制模型研究 |
| 2.1 生物发酵过程控制系统介绍 |
| 2.2 p H对酶制剂发酵的影响 |
| 2.3 基于传统PID的p H控制模型 |
| 2.4 SMITH-PID控制算法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 生物发酵系统监控软件设计与开发 |
| 3.1 OPC UA相关技术介绍 |
| 3.2 OPC UA建模 |
| 3.3 安全机制 |
| 3.4 WinCC软件开发 |
| 3.5 WinCC建立OPC UA服务器 |
| 3.6 搭建OPC UA客户端 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 生物发酵系统的App系统设计与开发 |
| 4.1 Android系统介绍 |
| 4.2 Android客户端需求分析 |
| 4.3 数据库系统设计 |
| 4.4 云服务器系统环境搭建 |
| 4.5 Android客户端功能实现 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 系统实验 |
| 5.1 用户登入功能 |
| 5.2 控制主界面功能 |
| 5.3 数据浏览功能 |
| 5.4 数据曲线功能 |
| 5.5 异常信息显示功能 |
| 5.6 报警推送功能 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简介 |
（3）基于气体浓度在线检测的发酵过程反馈控制补料系统设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 发酵过程气体在线检测的研究现状 |
| 1.2.1 基于半导体敏感材料的气体浓度检测方法 |
| 1.2.2 基于光学原理的气体浓度检测方法 |
| 1.2.3 基于电化学原理的气体浓度检测方法 |
| 1.3 发酵过程在线反馈控制补料方法的研究现状 |
| 1.3.1 基于pH值在线检测的发酵过程反馈控制补料方法 |
| 1.3.2 基于DO在线检测的发酵过程反馈控制补料方法 |
| 1.3.3 基于气体浓度在线检测的发酵过程反馈控制补料方法 |
| 1.4 发酵过程测控系统的研究现状 |
| 1.5 课题研究意义和主要内容 |
| 1.5.1 课题的研究意义 |
| 1.5.2 主要研究内容 |
| 第二章 基于气体浓度在线检测的发酵过程反馈控制补料方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 发酵过程气体浓度在线检测方法的研究 |
| 2.2.1 发酵过程代谢产物气体浓度与菌体浓度的关系 |
| 2.2.2 发酵过程气体采集装置设计 |
| 2.2.3 发酵过程气体浓度在线检测方法分析 |
| 2.3 发酵过程的反馈控制补料方法 |
| 2.3.1 发酵过程中的控制补料问题描述 |
| 2.3.2 利用发酵过程先验知识的发酵过程反馈控制补料方法 |
| 2.4 三种发酵过程的反馈控制补料算法 |
| 2.4.1 谷胱甘肽发酵反馈控制补料算法 |
| 2.4.2 戊糖片球菌发酵反馈控制补料算法 |
| 2.4.3 富硒酵母发酵反馈控制补料算法 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 基于虚拟仪器技术的发酵过程反馈控制补料系统的设计与实现 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 发酵过程测控系统的集成 |
| 3.3 发酵过程反馈控制补料系统总体设计 |
| 3.4 发酵过程反馈控制补料系统硬件设计和实现 |
| 3.4.1 硬件系统设计 |
| 3.4.2 系统硬件设备的配置 |
| 3.5 发酵过程反馈控制补料系统软件设计和实现 |
| 3.5.1 数据通讯子系统 |
| 3.5.2 数据处理子系统 |
| 3.5.3 控制补料子系统 |
| 3.5.4 数据管理子系统 |
| 3.5.5 人机交互界面子系统 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 实验与分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 发酵过程气体浓度在线检测实验与分析 |
| 4.3 发酵过程反馈控制补料系统功能测试 |
| 4.3.1 数据通讯子系统测试 |
| 4.3.2 数据处理子系统测试 |
| 4.3.3 控制补料子系统测试 |
| 4.3.4 数据管理子系统测试 |
| 4.3.5 人机交互界面子系统测试 |
| 4.4 发酵过程反馈控制补料实验与分析 |
| 4.4.1 谷胱甘肽发酵过程反馈控制补料实验与分析 |
| 4.4.2 戊糖片球菌发酵过程反馈控制补料方法实验与分析 |
| 4.4.3 富硒酵母发酵过程反馈控制补料方法实验与分析 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者和导师简介 |
| 附件 |
（4）基于DCS的生物发酵工艺控制系统的设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 第二章 生物发酵关键技术 |
| 2.1 发酵工艺关键技术描述 |
| 2.2 发酵重要控制参数 |
| 2.2.1 温度影响及控制难点 |
| 2.2.2 pH值影响及控制难点 |
| 2.2.3 溶氧影响及控制难点 |
| 2.2.4 泡沫影响及控制难点 |
| 2.2.5 基质影响控制难点 |
| 2.3 发酵消毒控制难点 |
| 第三章 基于DCS的控制系统设计 |
| 3.1 发酵基本控制参数 |
| 3.1.1 发酵罐温度控制 |
| 3.1.2 发酵罐pH控制 |
| 3.1.3 发酵罐溶解氧控制 |
| 3.1.4 发酵罐泡沫控制 |
| 3.1.5 发酵罐基质及补料控制 |
| 3.2 发酵消毒控制 |
| 3.2.1 发酵罐空消顺控 |
| 3.2.2 流加糖消毒顺控 |
| 3.2.3 消泡剂消毒顺控 |
| 3.2.4 物料连消顺控 |
| 第四章 发酵罐DCS系统控制实现及验证 |
| 4.1 总体设计 |
| 4.2 系统设计 |
| 4.2.1 系统选型 |
| 4.2.2 控制器 |
| 4.2.3 现场仪表及执行器 |
| 4.2.4 系统软件及组态 |
| 4.2.5 硬件及底层组态 |
| 4.2.6 人机界面组态 |
| 4.3 工艺控制功能实现 |
| 4.3.1 复杂温度控制 |
| 4.3.2 自动空消 |
| 4.3.3 流加糖消毒 |
| 4.3.4 消泡剂消毒 |
| 4.3.5 物料连续消毒 |
| 4.4 系统效果验证 |
| 4.5 分布式控制系统(DCS)在发酵工艺中的作用 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）基于PLC与WIN CC的高温厌氧发酵系统的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外的发展现状 |
| 1.2.1 沼气发酵技术 |
| 1.2.2 高温厌氧发酵系统的自动化 |
| 1.3 研究的目的和意义 |
| 1.4 研究的主要内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 高温厌氧发酵系统的总体设计方案 |
| 2.1 系统的工艺原理 |
| 2.1.1 厌氧发酵的原理 |
| 2.1.2 厌氧发酵的分类 |
| 2.1.3 工艺流程 |
| 2.1.4 参数设定 |
| 2.2 系统设计方案 |
| 2.2.1 工艺设计 |
| 2.2.2 控制设计 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 系统的硬件设计 |
| 3.1 PLC的概述 |
| 3.2 PLC的组成及工作原理 |
| 3.2.1 PLC的组成 |
| 3.2.2 PLC的工作原理 |
| 3.3 PLC的选型 |
| 3.4 其他传感器的选型 |
| 3.4.1 温度传感器的选择 |
| 3.4.2 pH值传感器的选择 |
| 3.4.3 液位传感器的选择 |
| 3.5 硬件原理图设计 |
| 3.5.1 核心控制器原理图 |
| 3.5.2 系统控制方案 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 系统的软件设计 |
| 4.1 WIN CC监控界面设计 |
| 4.1.1 系统硬件 |
| 4.1.2 系统软件 |
| 4.2 PLC监控程序设计 |
| 4.2.1 STEP7 软件简介及设计流程 |
| 4.2.2 PLC监控的用户程序编写 |
| 4.3 OPC通讯 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 系统的调试与运行 |
| 5.1 调试概况 |
| 5.2 运行概况 |
| 5.3 运行过程 |
| 5.4 运行结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（6）基于PLC和组态软件的微生物发酵控制系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.2.1 研究目的 |
| 1.2.2 研究意义 |
| 1.3 微生物发酵控制系统的研究现状 |
| 1.3.1 国内研究现状 |
| 1.3.2 国外研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 微生物发酵控制系统的总体方案 |
| 2.1 几种发酵控制系统对比分析 |
| 2.1.1 以工业计算机为核心的发酵控制系统 |
| 2.1.2 以单片机为核心的发酵控制系统 |
| 2.1.3 以PLC为核心的发酵控制系统 |
| 2.2 发酵系统的整体结构及控制要求 |
| 2.2.1 发酵罐整体结构 |
| 2.2.2 发酵控制系统的控制要求 |
| 2.3 发酵过程中监控变量与操纵对象分析 |
| 2.4 PLC控制系统的整体设计方案 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 微生物发酵控制系统的硬件分析与实现 |
| 3.1 PLC的工作原理 |
| 3.2 PLC控制单元的选择及硬件配置 |
| 3.2.1 控制系统I/O点数分析 |
| 3.2.2 控制单元的选择 |
| 3.2.3 扩展模块的选择 |
| 3.2.4 传感器选型 |
| 3.3 构成系统的各模块分析 |
| 3.3.1 电源模块 |
| 3.3.2 信号采集与隔离模块 |
| 3.3.3 通信模块 |
| 3.4 控制系统硬件实现 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 微生物发酵环境参数控制方案分析及软件实现 |
| 4.1 温度控制系统设计方案 |
| 4.1.1 影响温度变化的因素 |
| 4.1.2 温度控制系统的整体设计思路 |
| 4.1.3 温度PID控制策略与程序实现 |
| 4.2 溶解氧控制系统设计方案 |
| 4.2.1 溶解氧对发酵的影响 |
| 4.2.2 影响溶解氧变化的因素 |
| 4.2.3 溶解氧关联控制方法 |
| 4.2.4 溶解氧关联控制的程序实现 |
| 4.2.5 发酵过程溶解氧控制实验分析 |
| 4.3 PH控制系统方案 |
| 4.3.1 PH对发酵的影响 |
| 4.3.2 影响PH变化的因素 |
| 4.3.3 PH检测和控制策略 |
| 4.4 消泡控制方案 |
| 4.4.1 发酵过程泡沫产生原因及危害 |
| 4.4.2 泡沫消除及控制方法 |
| 4.5 参数采集与输出系统分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 发酵控制系统的组态软件设计与开发 |
| 5.1 人机交互界面总体设计 |
| 5.2 主界面设计 |
| 5.3 传感器校正界面设计 |
| 5.4 发酵参数设置界面设计 |
| 5.5 罐体清洗与灭菌界面设计 |
| 5.6 手动控制界面设计 |
| 5.7 系统设置界面设计 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 进一步的研究建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（7）细胞扩增生物反应器控制系统的研究（论文提纲范文）
| 缩略词表 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 生物反应器发展现状 |
| 1.2.1 生物反应器控制方法介绍 |
| 1.2.2 生物反应器控制系统发展现状 |
| 1.2.3 控制系统的选择 |
| 1.3 课题研究目的、研究意义及研究内容 |
| 1.3.1 研究目的及研究意义 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 第2章 生物反应器控制算法研究 |
| 2.1 生物反应器测控分析 |
| 2.1.1 培养过程测控分析 |
| 2.1.2 控制算法功能定位 |
| 2.2 生物反应器温度控制 |
| 2.2.1 PID控制理论及其参数整定 |
| 2.2.2 模糊控制理论 |
| 2.2.3 Fuzzy-PID控制 |
| 2.3 生物反应器PH控制 |
| 2.3.1 PH调节特性 |
| 2.3.2 变增益控制理论 |
| 2.3.3 四区段变增益PID控制 |
| 2.4 生物反应器溶解氧控制 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 生物反应器控制系统硬件设计 |
| 3.1 生物反应器控制系统总体介绍 |
| 3.1.1 生物反应器总体结构介绍 |
| 3.1.2 生物反应器控制系统总体功能介绍 |
| 3.2 控制系统下位机硬件选择及电路设计 |
| 3.2.1 参数检测传感器选择 |
| 3.2.2 执行器件选择 |
| 3.2.3 通信串口模式选择 |
| 3.2.4 主要模块控制电路设计 |
| 3.3 控制系统上位机硬件选择 |
| 3.3.1 上位机总体功能分析 |
| 3.3.2 上位机显示DGUS屏选择 |
| 3.4 控制系统上、下位机集成 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 生物反应器控制系统软件设计 |
| 4.1 控制系统下位机软件设计 |
| 4.1.1 MPLAB IDE软件简介 |
| 4.1.2 下位机控制程序的总体构架 |
| 4.1.3 被控参数信号采集 |
| 4.1.4 温度（T）控制设计 |
| 4.1.5 酸碱度（PH）控制设计 |
| 4.1.6 溶解氧（DO）控制设计 |
| 4.2 控制系统上位机软件设计 |
| 4.2.1 DGUS屏显示用图设计 |
| 4.2.2 DGUS屏触控配置设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 生物反应器控制系统性能分析 |
| 5.1 控制技术要求分析 |
| 5.2 控制系统仿真实验 |
| 5.2.1 Simulink功能简介 |
| 5.2.2 温度控制仿真 |
| 5.2.3 PH控制仿真 |
| 5.3 控制系统实物实验 |
| 5.3.1 温度控制实验 |
| 5.3.2 PH控制实验 |
| 5.3.3 溶解氧浓度控制实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 在学期间取得的成果及发表的代表性论文（全文） |
| 1 代表性成果 |
| 1.1 发表论文 |
| 1.2 参与科研项目 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
（8）啤酒发酵装置温度控制系统的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外相关研究概况及发展趋势 |
| 1.2.1 国内研究现状及发展趋势 |
| 1.2.2 国外研究现状及发展趋势 |
| 1.3 论文主要研究思路与内容 |
| 2 啤酒酿造工艺及流程 |
| 2.1 啤酒酿造工艺概述 |
| 2.2 啤酒生产中发酵工艺介绍 |
| 2.3 啤酒的发酵温度控制工艺方法 |
| 2.3.1 啤酒发酵工艺参数曲线概述 |
| 2.3.2 啤酒发酵罐中的压力控制 |
| 2.3.3 啤酒发酵温度的控制 |
| 3 啤酒发酵控制系统方案设计及设备选型 |
| 3.1 啤酒发酵控制系统方案设计 |
| 3.2 啤酒发酵温度控制系统的设备选型 |
| 3.2.1 上位机的选型 |
| 3.2.2 下位机的选型 |
| 3.2.3 其他设备的选型 |
| 4 啤酒发酵系统控制算法的设计 |
| 4.1 控制算法的分析与确定 |
| 4.1.1 啤酒发酵温度控制算法的分析 |
| 4.1.2 啤酒发酵温度控制算法的确定 |
| 4.2 自适应模糊PID控制方案的研究 |
| 4.2.1 模糊控制的特点 |
| 4.2.2 模糊PID控制器的特点 |
| 4.2.3 模糊PID控制系统的基本结构 |
| 4.2.4 自适应模糊PID控制的基本原理 |
| 4.2.5 发酵罐温度数学模型的建立 |
| 4.3 发酵温度模糊PID控制算法仿真 |
| 4.3.1 模糊PID控制器仿真 |
| 4.3.2 发酵罐温度控制仿真结果分析 |
| 5 啤酒生产监控系统方案设计 |
| 5.1 上下位机的软件设计 |
| 5.2 过程监控组态系统的设计 |
| 5.2.1 组态软件的发展 |
| 5.2.2 组态软件的特点 |
| 5.2.3 监控组态软件的系统设计 |
| 5.2.4 啤酒发酵监控系统软件设计 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（9）维生素C生产过程中浓缩工段温度控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究意义 |
| 1.1.1 国内外维生素生产现状 |
| 1.1.2 维生素C生产的发展简史 |
| 1.2 模糊控制理论的产生和发展 |
| 1.3 本课题主要内容 |
| 第2章 维生素C生产工艺过程 |
| 2.1 维生素C工业生产的工艺流程 |
| 2.1.1 发酵工段介绍 |
| 2.1.2 提炼工段介绍 |
| 2.1.3 转化工段介绍 |
| 2.1.4 精制工段介绍 |
| 2.2 浓缩工段机理分析 |
| 2.2.1 浓缩设备介绍 |
| 2.2.2 浓缩工段理论分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 浓缩工段温度控制算法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模糊控制理论 |
| 3.2.1 模糊集合和模糊逻辑 |
| 3.2.2 模糊推理 |
| 3.3 模糊计算 |
| 3.4 模糊自适应PID参数整定原理 |
| 3.5 浓缩工段模糊自适应PID控制器设计 |
| 3.6 仿真分析 |
| 3.6.1 浓缩工段研究 |
| 3.6.2 建立模糊系统 |
| 3.6.3 仿真分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于模糊自适应PID温度控制系统设计 |
| 4.1 集散控制系统简介 |
| 4.1.1 集散控制系统的发展历史 |
| 4.1.2 集散控制系统的展望 |
| 4.2 和利时集散控制系统介绍 |
| 4.3 温度控制系统设计 |
| 4.3.1 浓缩工段操作步骤 |
| 4.3.2 浓缩工段系统设计 |
| 4.4 MATLAB与DCS之间的数据交换 |
| 4.4.1 OPC简介 |
| 4.4.2 基于OPC的MATLAB与DCS的实时通讯实现 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、微生物发酵过程DCS工控软件的设计（论文参考文献）
- [1]BioJN发酵技术服务系统PC客户端的设计、开发及应用[D]. 戴京京. 江南大学, 2021(01)
- [2]生物发酵过程远程监控软件设计与实现[D]. 吴昊. 北方民族大学, 2021(08)
- [3]基于气体浓度在线检测的发酵过程反馈控制补料系统设计与实现[D]. 张亚举. 北京化工大学, 2020(02)
- [4]基于DCS的生物发酵工艺控制系统的设计与实现[D]. 李亚斌. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [5]基于PLC与WIN CC的高温厌氧发酵系统的研究[D]. 王玉鹏. 吉林大学, 2019(03)
- [6]基于PLC和组态软件的微生物发酵控制系统研究[D]. 文琦. 长春理工大学, 2018(01)
- [7]细胞扩增生物反应器控制系统的研究[D]. 李良喆. 中国人民解放军军事医学科学院, 2017(02)
- [8]啤酒发酵装置温度控制系统的设计与研究[D]. 刘晗. 大连理工大学, 2016(07)
- [9]维生素C生产过程中浓缩工段温度控制研究[D]. 徐宁. 河北科技大学, 2015(07)
- [10]基于PLC的微生物通用式发酵装置控制系统设计[J]. 陆兵,薄翠梅,杨世品,黄庆庆,牛超. 制造业自动化, 2015(22)