1、200L不锈钢发酵罐使用说明书200L不锈钢发酵罐使用说明 上海百仑生物科技有限公司地 址：上海松江九亭康鸣路8号电 话：联系人：周小姐邮 箱 200升不锈钢全自动发酵罐重要提示：在第一次操作此设备之前请仔细阅读本操作说明书；设备必须可靠接地；消毒以前准备工作（空气源、供水，PH电级零点、斜率标定、DO电级零点标定）；并检查各连接口（重点是传感器、罐盖上的活动接口）已连接可靠。发酵开始前准备工作（设定为发酵条件，进行DO电级斜率标定、PH电级零点标定）；关闭总电源前，请将关闭控制程序，然后关控制器及电源。设备运行结束，勿忘关闭自来水阀、空气源。开始控温前，必须先打开注水开关，打开冷水电磁阀控制
2、按钮，直至排水口无气泡有水为止。最高工作压力不大于设计压力，进罐空气压力应不大于！ 最高消毒温度126；公用工程要求：空气： 水源：带压设备和管线在开启和检修前必须降至常压（表压），公用设备必须按设备供应商提供说明书操作和维护 第一章 技术指标概述具有温度、转速、空气流量、PH、DO、材料、消泡显示及控制功能，并配有机械消泡浆。环境温度： 538冷却水压力： MPa冷却水温度： 530（自来水）输入空气压力： MPa（须经干燥、预过滤）电源电压及容量： AC 380V10%、50Hz2%； 功率 ： KW；（不含蒸汽发生器、空气压缩机的消耗功率）指标1.2.1温度：自动控制范围：冷却水温+56
3、0（0.2） 显示范围：01501.2.2搅拌转速：变频调速范围50500（5）rpm1.2.3空气流量：显示控制范围4m3/h1.2.4 pH：显示控制： 进口电极（兼容国产电极），蠕动泵双向开关控制1.2.5溶解氧：显示控制：0100%3% 进口电极（兼容国产电极），可与转速联动控制1.2.6消泡：电极检测，可关联一台蠕动泵，时间比例控制1.2.7补料：一台蠕动泵，时间比例控制1.2.8罐体：设计压力，最高工作压力， 设计灭菌温度1311.2.9灭菌方法：手动灭菌1.2.10功率：主机：6KW（最大），单相220V1.2.11气源：46/2第二章 管路说明 系统原理图见附图。 罐体部分罐体
4、底部带有夹套，用于培养基预热和温度控制。罐体的罐盖有几个专用口，分别为 DO、pH 传感器、取样阀接口和一个温度传感器接口。取样阀：罐盖的取样阀，通过压力差，达到取样的目的。罐体温度电极：测量指示罐内的温度。 水位电极：检测加热器水位，防止加热器缺水。(装于管路上)DO 电极：检测发酵液的溶解氧浓度。pH 电极：检测发酵液 pH 值。 罐盖部分罐盖上有搅拌电机、搅拌轴、机械密封； 罐盖上多个安装口分别作为接种、补料口、消泡电极、液位电极、pH电极、DO电极等安装之用。 液位电极：发酵前调整液位电极的高低，发酵时选择自动补液功能便可控制液位。一旦进入发酵状态，液位电极再往下调整可能会导致染菌。泡
5、沫电极：发酵前调整泡沫电极的高低，发酵时选择自动消泡功能便可控制泡沫的位置。一旦进入发酵状态，泡沫电极再往下调整可能会导致染菌。 进气部分流量计：发酵时指示通气流量。 进气过滤器：用于过滤空气中细菌。空气应是无油无水无杂质的。 空气减压阀：具有油、水分离与压力调节作用。如用户用的不是无油无水空压机，此前还必须安装预过滤器。空气管路隔离阀：切断蒸汽反冲的通路。 尾气调节阀：调节罐压和尾气流量。 罐体进气阀：打开，空气可通入罐底；过滤器压力表：与罐内压力的差值就是过滤器的阻力。罐体压力表：代表罐内压力。 水路部分水路角座阀：罐体降温、夹套补水时自动打。水路循环泵：控制水循环，有三挡流量可调。夹套水
6、、汽排放阀：夹套、加热器排水。 夹套手动进水阀：夹套手动进水用。 水气分离器：循环系统水位限制，将溢出的水排放掉。 加热器：对罐体加温，冷却时用自来水。 辅助设备 空气压缩机气源，通气使罐内保持正压。 系统安装发酵罐应安装在通风良好、空气洁净的房间，房间内应经常消毒。将罐体与控制电箱放置在平整地面上，调节支撑脚确保水平与垂直度。连接进水、排水、空气进气管，并用卡箍固定挟紧。将搅拌电机、pH 电极、DO 电极、消泡电极、温度电极、水位电极、加热器、电磁阀的电缆接头与控制箱上相应处相连接。安装好黄绿接地线，保证罐体有良好的接地。开机关机1） 开机步骤： 检查电控箱上主控开关和内部断路器是否都在“O
7、FF”的位置，打开电源供电开关（外部配电盘上），电控箱电源指示灯亮，打开主控电源放到“1”位置，先打开控制电源开关，登陆触摸屏，查看是否处于异常启动状态，系统状态和发酵状态应该处于停止状态。（如果是异常启动报警，请查看报警和故障处理。）打开速度驱动开关和外部驱动开关。2） 关机步骤： 确认整个操作已经结束，关闭罐体监控功能开关，关闭全体系统开关，断开控制电源开关，断开速度驱动开关和外部驱动开关，把主控开关放到“OFF”位置，断开外部配电盘的供电电源。发酵操作1、罐体灭菌后，连接冷凝水管路，通入冷凝水，连接通气管路，调整通气量至5100L/min。2、将温度电极、pH电极、溶氧电极与控制器连接。
8、3、补料管连接：打开补料蠕动泵防护盖，搬开进出口处的白色管夹，将硅胶管嵌入入口处的管夹并夹紧，用手转动泵头，将硅胶管沿凹槽安装直至出口处，开手动开关约十秒后夹紧出口处管夹，关手动开关；将酒精棉球放在罐盖补料口内，将针头插入并穿透密封盖；打开蠕动泵手动开关，使输液管中充满料液，置于自动状态。4、酸碱液、消泡剂操作同补料操作。5、接种：旋松接种口，在火焰保护下，打开接种口，倒入种子，旋紧接种盖，移去火焰圈。第三章 控制模块说明控制系统 欢迎使用百仑生物发酵罐设备。本控制系统由西门子可编程控制为控制主机，MCGS真彩色触摸屏为现场人机操作界面。整个控制系统性能先进稳定，模块化设计，维护简易方便，自由
9、组合的硬件，按需设计的软件系统，全方面满足客户的需要。软件系统默认采集和控制的参数包括：温度、pH、DO、搅拌；可选参数包括：罐压、ORP、空气、CO2、N2、O2、尾气分析、罐重。温度采集是Pt100铂电极，该电极输出的信号为电阻，经过温度变送器，将信号输入到控制主机；pH和DO采用梅特勒公司的电极，pH电极是405型，响应速率要高于3030型电极；DO电极采用6800型电极；搅拌采用变频器控制电机，或直流调速板控制直流电机，或伺服驱动器控制伺服电机，根据客户要求提供高精度转速控制；消泡及补料控制，消泡泵除了可以用来补加消泡剂，还可以当做补料泵补料；同时，这两个泵也可以按照特定要求补加特定物
10、质，譬如根据pH和/或DO的变化，补加一定的物质；灭菌：分为自动和手动方式，当启动灭菌后，程序将能自动记录灭菌时间，并在灭菌结束后提醒灭菌结束；当处于自动灭菌状态时，需要该设备已经配备相应的配件（包括各种阀门和加热器和传感器），此时只要设定好相应的参数，即可达到全自动灭菌的要求，在灭菌后自动降温并进入待发酵状态。参数校正：所有参数都可以采用两点校正法进行校正；数据记录：可以设定记录间隔，譬如60s或180s；可以按照批号查询数据、按照时间范围查询数据、将特定批号的数据保存到U盘、将所有数据都导出到U盘；所保存的数据格式是csv格式，方便用EXCEL或其他软件打开进行分析。曲线：历史曲线和实时曲
11、线，每个参数都有自己的实时曲线，在实时曲线中，可以设定曲线的上下限；在历史曲线中，能看到所有参数、所有时间内的数据，但不能调节历史曲线中每条曲线的范围。控制方式：搅拌和空气流量的控制是采用PID控制，而采用非对称比例控制方式控制pH、温度、DO。关于非对称比例控制方式，需要设定的参数包括控制周期CP、控制比例P、最长加热时间、最短加热时间、最长冷却时间、最短冷却时间、控制死区。参数设定要求，以温度为例，在一个控制周期CP内，一直加热或冷却时，使得温度变化绝对值delatTemp是控制比例P的二倍左右即可，譬如CP为30s时，一直加热能使得温度上升0.4，则P应该设定为0.2比较合适；最短加热或
12、冷却时间，一般设定在1-2s左右，以保证加热阀或冷却阀不会频繁短时间内的启动和关闭；最长加热或冷却时间，需要根据加热功率或冷却水与罐温设定值之间的差异来调整，譬如冬天最长冷却时间就应该不超过CP的50%，夏天最长加热时间也要控制在CP的60%以内。当温度设定值SV和温度当前值PV差值的绝对值小于控制死区时，加热和冷却阀门都不动作，以减少阀门动作；下面将以一个发酵试运行过程，简要说明该控制系统的操作流程。快速入门开机，下位机启动后，首先出现如下界面：图表 1首页及公司介绍点击该画面中右下角的“进入”，进入到控制系统的主界面；图表 2主页面在该画面的左边，是参数名称以及该参数的当前值；画面的右边，
13、是可以进入到各级子画面的按钮；画面中间，是发酵罐的结构示意图。点击主界面右边的按钮“温度与pH”，进入到温度设定页面；图表 3温度和pH设定页面单击罐温“设定值”输入框，输入温度设定值“”；再点击“自动”，使温度进入到自动控制状态，此时“自动”按钮左边出现一个绿色小方块，以表明现在处于温度自动状态；单击pH“设定值”输入框，输入pH设定值“”；再点击“自动”，使pH进入到自动控制状态，此时“自动”按钮左边出现一个绿色小方块，以表明现在处于pH自动状态；点击主界面右边的按钮“搅拌与DO”，进入到搅拌设定页面；图表 4搅拌和DO设定页面单击搅拌“设定值”输入框，输入搅拌设定值“”；再点击“自动”，
14、使搅拌进入到自动控制状态，此时“自动”按钮左边出现一个绿色小方块，以表明现在处于搅拌自动状态；点击“系统设置”，进入到系统设置页面图表 5系统设定页面点击系统设定页面中的“数据报表”，进入到数据报表页面： 图表 6数据报表页面在数据报表页面，点击页面上部右边的输入框，设定数据存储周期为“180s”；点击画面按钮“返回”，可以逐步返回到主页面；点击右下角的“发酵停止”按钮，弹出批号输入窗口：图表 7批号输入窗口和发酵启动按钮窗口输入批号“RDLYS11058”，再点击“确定”；图表 8批号输入窗口再点击图标7中的“开始培养”按钮；返回到主页面。此时，主页面右下角的按钮变为如下图：图表 9发酵启动
15、按钮以及状态至此，整个过程完成。发酵控制系统将按照设定参数进行控制，直至改变参数，或终止发酵为止。下面，将对参数的具体设定以及其他功能进行详细解释和说明。下位机详细说明1）语言选择本控制系统，默认是中文界面，此外还有英文界面供选择。语言的切换，限定在下位机启动时的“首页及公司介绍”，即图表1中，点击“中文EN”按钮，可以切换到英文版控制系统。图表 10首页及公司介绍2）主页面说明主页面中，可以看到当前发酵状态以及大部分动作状态，包括水位、消泡电极、循环泵、加热、冷却、酸泵、碱泵、消泡泵、补料泵、进气量、电机状态、视灯等所有状态。在页面的右上角，有一个所有参数的自控状态以及阀门状态，该状态指示灯
16、，在几乎所有页面都有。134图表 11主页面点击页面中发酵罐罐体，可以开关视灯。3）系统登陆与注销为了防止误操作，特定的按钮需要取得“负责人”或“管理员”的权限，才能进行操作。首先进入到“系统设置”页面， 图表 12系统设置页面点击该页面中的“登陆”按钮。弹出窗口：图表 13用户登陆页面输入“负责人”默认密码：1，点击“确定”，即获得管理员权限，可以进行包括“自动校正”“参数设定”等操作。“参数校正”默认密码：1；“参数设定”是：1。4）搅拌和DO在“搅拌和DO”页面，可以设定搅拌和DO的控制参数。在控制柜上，设有“搅拌急停”开关，当该开关按下后，本页面“急停”灯会亮，同时搅拌会立即停止。因为
17、该开关为外部开关，不受软件控制，如果要启动搅拌，必须首先将急停开关复原！本系统中，搅拌是采用PID对搅拌转速进行自动控制的，可以设定的参数包括P、I、D、R，分别表示比例、积分、微分、调节速率。图表 14搅拌和DO设定页面在搅拌处于自动控制模式下，搅拌还可以用于“搅拌DO关联”控制，即依靠搅拌转速的变化来控制DO在某个范围之内，因此需要设定的参数包括DO的控制上下限、搅拌的上下限、搅拌转速比例、关联阻尼系数（某些版本特有）。譬如，发酵工艺需要控制DO的范围在25%-35%之间，此时搅拌转速的自控设定值可变范围在350rpm500rpm之间，每秒调整转速设定值的步伐为，阻尼系数（如果为50s）是
18、指当DO不在25%35%之间时，每隔50s才会调整一次转速的设定值，且调整步伐是。DO的控制，除了可以与搅拌进行关联控制外，还可以选配氧气和氮气控制DO水平，该控制模式采用的是“非对称比例控制”，具体见“非对称比例控制参数设定”章节的介绍。注意：DO的“自动控制”和“关联”是不能同时进行的，“自动”控制时会关闭“关联”，“关联”控制时会关闭“自动”。5）温度和pH在“温度和pH”页面，可以设定搅拌和DO的控制参数。温度和pH采用的是“非对称比例控制”，具体见“非对称比例控制参数设定”章节的介绍。6）补料控制点击“流程图”主页面的“补料与消泡控制”按钮，出现如下图所示：图表 15 补料与消泡控制
19、补料控制在自动模式下，除了直接以设定占空比（开度和周期）进行运行外，还可以增加一些限定条件，譬如液位低、pH大于或小于某个值、DO大于或小于某个值时，才启动补料。需要注意的是，这些限定条件之间的关系是“与”，即当选中多个限定条件时，必须满足所有限定条件时，补料泵才会按照占空比进行动作。选定限定条件后，如下图所示状态：图表 16 补料与消泡控制之限定条件上图中，表明当发酵系统中的pH大于且DO大于35%时，补料泵才会按照设定流速进行补料；如果仅仅设定pH大于，则只需满足这一个条件即可。这些条件，都是“与”的关系，即每增加一个条件，就增加一个判断。消泡泵的动作，仅仅当选择“泡沫高”这个关联条件后，
20、此泵才算是真正的消泡泵，与泡沫有关，当泡沫高时，按照设定速率启动消泡泵补加消泡剂。此外，消泡泵还有一个参数：灵敏度，单位是秒。其意义是当消泡电极连续2秒都检测到泡沫高，则开始按照设定的占空比补加消泡剂，设定该灵敏度是防止泡沫误响应。如果不选择“泡沫高”这个条件，则该泵就可以作为补料泵来使用，方法同补料泵一样，同时也可以增加pH和DO的判断条件。7）灭菌控制点击“系统设置”页面 “灭菌控制”按钮，出现如下图所示：图表 17 灭菌控制设置页面点击“启动”按钮，使得灭菌进入到“手动”状态，此状态下仅仅完成灭菌计时功能； 图表 18 灭菌流程图页面在进入到手动灭菌过程后，也可以通过该页面，手动点击阀门
21、，进行灭菌，即点击该页面的“加热”、“排气”等阀门，人为干预进行灭菌；而在自动灭菌状态下，这些阀门是不受外界控制的。8）数据报表点击“系统设置”页面的“数据报表”按钮。出现“数据报表”页面，如下图：图表 19数据报表页面在该页面的数据报表里面，显示有所有数据，也可以点击该报表的“设置”按钮，选择特定范围内的数据进行显示。此外，该页面还可以设定数据保存的间隔，点击“数据导出”，可以将所有历史数据导出到U盘；输入“查询批号名称”，点击查询，会在“批次数据”页面中显示该特定批次的数据；也可以直接点击“批号信息汇总”按钮，查看所有批次名称表格，如下图所示：图表 20数据批号名称页面当该页面的表格中含有
22、多个批次后，可以点击表格左边的数字，即可将对应行的批号、开始时间、结束时间等自动填写到“查询批号名称”、“S”、“E”的输入框中，同时将该特定批次的数据显示在“批次数据报表”页面，如下图所示，同时也将该批次的数据保存到U盘（如果U盘已经插入到触摸屏上）：图表 21批次数据报表页面点击右下角的“设置”按钮，会出现如下图（图表7）所示的对话框。在该对话框中，可以设定数据报表的时间范围，可以指定任何时间段或最近某段时间。设定好时间范围，点击“确定”，即可以返回到数据报表页面，且显示的数据是按照设定的时间范围来显示的。图表 22数据设置对话框9）实时曲线点击“系统设置”页面的“实时曲线”按钮，出现“实
23、时曲线”页面，或者在各个参数的页面，点击相应参数的“曲线”按钮，也会出现相应的实时曲线按钮，如下图：图表 23实时曲线图表 24实时曲线之搅拌图表 25实时曲线之DO图表 26实时曲线之pH图表 27实时曲线之温度在这些实时曲线中，右边都可以设定X、Y轴范围。10）历史曲线点击“系统设置”页面的“历史曲线”按钮，出现“历史曲线”页面，在该页面，可以查看历史数据的趋势，包括搅拌、温度、DO和pH，如下图：图表 28历史曲线页面在该页面下面的左边，有七个按钮，依次是左翻一个页面的数据、左翻半个页面的数据、左翻四分之一页面的数据、右翻四分之一页面的数据、右翻半个页面的数据、右翻一个页面的数据、数据显
24、示特定范围的设定。在曲线右边，可以设定每条曲线Y轴的下限和上限，也可以选择是否显示或隐藏曲线（+号表示显示，-号表示隐藏）。11）报警点击主页面右边的按钮“报警查看”，出现“报警查看”页面，如下图：图表 29当前报警和历史报警页面在该页面，可以看到当前报警和历史报警，当前报警位于上表格，下表格是历史报警。报警上下限的设定，需要点击该页面左下角的“报警上下限”按钮，出现“报警设置”页面：图表 30报警设置页面在报警设置页面，可以设定每个参数的上下限，当参数的当前值不在设定的上下限范围内，则会报警。在“当前报警”页面，可以查看当前系统所出现的异常状态，根据该报警，可以判断系统的运行状态。点击右下角
25、的“警铃关闭”按钮，可以开启/关闭警铃。12）非对称比例控制参数设定本控制系统，pH、温度、DO的自动控制，是采用非对称比例控制方式，pH靠加碱加酸控制，温度靠加热冷却控制，DO靠加氧加氮控制。以温度控制的参数设定为例进行说明：图表 31温度和pH控制参数界面周期CP，即控制周期，一般设定为30s；比例P，即在该控制周期内，至少能达到的温差大小；加热范围，最短到最长，左边输入框是最短加热时间百分比，右边输入框是最长加热时间百分比；冷却范围，最短到最长，左边输入框是最短冷却时间百分比，右边输入框是最长冷却时间百分比；手动加热，指进行手动加热时，加热输出的最大占空比；手动冷却，指进行手动冷却时，冷
26、却输出的最大占空比；按照本例中的参数，在30s的加热或冷却作用下，罐温至少将变化0.5；因此针对不同的系统，CP和P各不相同，但针对同一系统，其CP/P的比值，应该在一个固定范围内，即CP值变大，P值也应该变大；本例中加热器每次动作时间在30s*20%到30s*100%内，即6s到30s；冷却阀每次动作时间也是6s到30s。最短时间的确定，以该阀门动作频率要求为准，为了防止阀门频繁短时间动作，应该至少保证最短时间为1s。pH和DO的参数设置类似，在此不再具体说明。13）手动控制模式本控制系统，pH、温度、DO、搅拌等除了自动控制，还可以采用手动控制，即不处于自动控制模式时，可以手动控制加酸加碱
27、、加热冷却等。譬如，在温度不处于自动控制模式下，可以点击“加热”按钮进行手动加热，此时“冷却”按钮会消失，以表明不能同时进行手动加热和手动冷却；当手动加热运行一段时间后，会自动关闭手动加热；该手动加热时间的设定在“参数设定”页面中的“温度延迟断开”时间。14）参数设定本控制系统，除了常见的参数设定外，还有一些隐藏参数的设定，点击“系统设置”“隐藏参数设定”，则弹出如下设置页面：图表 32参数页面延迟断开：是指在“手动”控制模式下，手动加热、手动冷却、手动加酸、手动加碱等启动时，运行该特定时间后，会自动关闭手动运行模式，以防止过调节。控制死区：是指在“自动”控制模式下，当设定值SV与当前值PV之
28、间的差值小于该“死区”时，不会输出，即不会启动加热冷却、加酸加碱等阀门。只有当差值大于死区时，才会有输出。滤波次数：是指数据平滑数据输出时，所取数据个数。在中间靠右边，可以对触摸屏中的数据进行删除处理。首先需要以负责人的身份登录系统，然后设定希望保留最近多少小时的数据，譬如设定120，则表示准备保留最近120小时的数据，之前的数据都删除。因此在设定好120后，点击“保留批次数据周期”按钮和“保留历史曲线周期”按钮。15）跟踪控制当参数处于自动控制状态下，参数页面会出现“跟踪”按钮，进入该“跟踪控制”页面，即可设定该参数的“跟踪”控制参数，以实现对该参数的多段控制，或者说是跟踪控制。现在我们以温
29、度的跟踪控制设定为例，进行说明。首先，进入“温度与pH”页面，点击温度“自动”，使得温度进入自动控制状态，此时“跟踪”按钮出现，点击该“跟踪”按钮，出现“温度跟踪”页面，如下图：图表 33温度跟踪设定页面点击“温度跟踪”页面下面最右边的“设定”按钮，进入“分段点配方”页面：图表 34跟踪设定页面之分段点配方页面在该页面，可以选择已有的“配方”，也可以编辑新的配方。在此，我们点击“编辑”按钮，编辑新的多段控制配方，出现“计划曲线分段点设置”页面：图表 35跟踪设定页面之分段点设置页面在“计划曲线分段点设置”对话框中，可以对现有的配方进行修改，也可以增加新的配方。点击“分段点配方设置”右边的“增加
30、”按钮，可以增加一个新的“配方”；“删除”按钮，可以删除当前选中的“配方”；“改名”按钮，可以修改当前选中的“配方”的名称；“复制”按钮，则直接生成一个和当前配方设置一样新配方，只是名称后面增加了“复件”。点击“分段点设置”右边的时间单位：可以选择“秒”“分钟”“小时”，时间基准：可以选择“以前一分段点为基准”，或“以启动点为基准”；“增加”按钮，可以增加一个新的分段点，包括分段点的时间和数值；“删除”按钮，可以删除当前的分段点，包括分段点的时间和数值；“上移”按钮，可以将当前分段点上移一格；“下移”按钮，可以将当前分段点下下移一格；“分段点数”：该点数可以自动生成，也可以手动输入。点击“确认”，就可以保存刚才所做的修改。在这里，点击“增加”按钮，弹出如下对话框：图表 36跟踪设定页面之新配方名称输入输入“温度跟踪”，如下图：图表 37跟踪设定页面之新配方名称输入完成点击“确定”；出现新配方分段点设置页面：图表 38跟踪设定页面之新配方分段点设置在该页面中间，可以对分段点特性进行设置，譬如分段点时间单位、以哪个分段点为基准，等等，如下图所示。直接输入分段点数值，这里输入“10”，则分段点就直接出现10行，如下图： 图表 39跟踪设定页面之新配方分段点数值设置在该页面，直接输入各个分段点时间和数值。点击“确认”，再点击“是”，以保持该
