生物反应器控制系统系列：PAS Apptitude_（5）.生物过程参数监测与控制.docx

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生物过程参数监测与控制

引言

生物反应器是生物技术工业中至关重要的设备，用于微生物、细胞或酶的培养和生产。生物反应器的性能直接影响到生物制品的质量和产量。为了确保生物反应器的高效运行，必须实时监测和控制各种关键参数，如温度、pH值、溶解氧、压力、搅拌速度等。本节将详细介绍如何在PASApptitude生物反应器控制系统中实现这些参数的监测与控制。

温度监测与控制

温度是影响生物反应过程的关键参数之一。不同生物体对温度的要求不同，因此精确的温度控制对于确保反应过程的稳定性和产物的质量至关重要。

温度监测

在PASApptitude系统中，温度监测通常通过安装在生物反应器内的温度传感器实现。这些传感器将温度数据实时传输到控制系统。常用的温度传感器包括Pt100、热电偶和红外温度计。

代码示例

以下是一个简单的Python代码示例，用于读取温度传感器的数据并将其显示在控制台上：

#导入必要的库

importtime

importAdafruit_ADS1x15

#创建ADC对象

adc=Adafruit_ADS1x15.ADS1115()

#选择通道

GAIN=1

CHANNEL=0

#定义温度传感器的转换函数

defread_temperature(adc,channel):

#读取ADC值

raw_value=adc.read_adc(channel,gain=GAIN)

#将ADC值转换为温度（假设传感器的线性关系）

temperature=(raw_value*4.096/32767)*100#100是传感器的转换系数

returntemperature

#主循环

whileTrue:

#读取温度

temp=read_temperature(adc,CHANNEL)

#打印温度

print(f当前温度:{temp:.2f}°C)

#暂停1秒

time.sleep(1)

温度控制

温度控制通常通过加热器或冷却器实现。控制系统根据温度传感器的数据调整加热器或冷却器的功率，以保持反应器内的温度在设定范围内。

代码示例

以下是一个Python代码示例，用于根据温度传感器的数据控制加热器的功率：

#导入必要的库

importtime

importRPi.GPIOasGPIO

importAdafruit_ADS1x15

#创建ADC对象

adc=Adafruit_ADS1x15.ADS1115()

#选择通道

GAIN=1

CHANNEL=0

#定义加热器的GPIO引脚

HEATER_PIN=18

#设置GPIO模式

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(HEATER_PIN,GPIO.OUT)

#定义PID控制器

classPIDController:

def__init__(self,kp,ki,kd,setpoint):

self.kp=kp

self.ki=ki

self.kd=kd

self.setpoint=setpoint

self.last_error=0

self.integral=0

defupdate(self,current_value,dt):

error=self.setpoint-current_value

self.integral+=error*dt

derivative=(error-self.last_error)/dt

output=self.kp*error+self.ki*self.integral+self.kd*derivative

self.last_error=error

returnoutput

#定义温度控制函数

defcontrol_temperature(adc,channel,heater_pin,setpoint,pid):

#读取当前温度

current_temp=read_temperature(ad