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。