发酵过程生物量软测量虚拟仪器系统的集成.pdf

第 33 卷 第 5 期 北 京 化 工 大 学 学 报 Vol. 33 , No. 5 2006 年 JOURNAL OF BEIJ IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GY 2006 发酵过程生物量软测量虚拟仪器系统的集成 郇黎明 　王建林 　于 　涛 (北京化工大学 信息科学与技术学院 , 北京 　100029) 摘 　要 : 根据发酵过程生物量检测特点 ,基于虚拟仪器技术提出了一种全新的生物量在线检测系统集成方法 ,该系 ( ) 统采用 PXI PCI Extensions for Instrumentation 总线硬件平台 ,结合软测量算法 ,有效地实现了生物量在线估计。 给出了该系统的集成原理和实现方法 ,及系统的硬件和软件设计。实验研究表明 ,集成的发酵过程生物量软测量 虚拟仪器系统 ,能够充分利用软测量技术和虚拟仪器技术的各自优势 ,系统硬件配置灵活 ,实用性强 ,并能得到较 高的生物量在线测量精度。 关键词 : 生物量测量 ; 软测量 ; 虚拟仪器 ; 发酵 中图分类号: TQ92 ; TP274 ) 　　发酵过程中的生物量是关键的过程参数 ,但是 字 I/ O 等 以及用于数据采集、过程通信、数据分析 由于受生物传感技术发展水平的限制,一直没有很 和图形化编程的应用软件有效地结合起来 ,是对传 好地解决生物量的在线测量 ,导致发酵过程的先进 统测量仪器仪表及系统的重大突破 ,是目前测量仪 优化控制算法和策略只能停留在理论探讨上 ,难以 器仪表技术的重要发展方向。 工业实际应用[12 ] 。在以硬件形式直接在线测量生 虚拟仪器是一种全新的标准化、模块化、开放式 物量的方法中 ,代表性的有光浊度法、荧光法、介电 的硬件和软件平台 ,尤其适合多参数的采集、分析与 常数法、超声波法等[34 ] 。这些方法在使用上都有 处理 ,并能为软测量模型和算法的实现提供一个灵 局限性 ,每种测量方法都有各自的特点和适用范围 , 活的开发环境。因此 ,过程参数软测量和虚拟仪器 且在线分析仪器价格昂贵、维护费用高、测量滞后 的有机结合 ,是构建过程参数在线检测系统的全新 大 ,难以适用于所有发酵过程的生物量在线测量。 方法。本文提出了一种用于发酵过程生物量软测量 随着计算机技术的发展 ,利用较易在线测量的辅助 的 PXI 总线虚拟仪器在线检测系统 ,给出了该系统 变量和离线分析信息 ,在线估计不可测或难以测量 的集成原理和实现方法 ,及系统的硬件和软件设计 , 变量的软测量技术得到较大发展 ,软测量技术已用 结合软测量算法 ,实现了生物量在线估计。 于石油化工产品组分、生物反应参数等过程参数的 1 　PXI 总线虚拟仪器硬软件平台 在线估计。近年来 ,软测量技术已成为发酵过程生 物量在线估计的一种有效方法 ,并得到应用。 11 　PXI 总线虚拟仪器系统的硬件 虚拟仪器是采用计算机技术对传统仪器仪表的 PXI 总线是在 Compact PCI 规范定义的 PCI 总 部分或全部功能进行软化 ,通过灵活的控制软件和 线的基础上进一步扩展而成 ,是测量、数据采集与处 ( ) 理的优秀平台。PXI 总线采用开放式、模块化结构 ,