生物反應(yīng)器對(duì)于過(guò)程中補(bǔ)料、補(bǔ)酸堿的需求決定了設(shè)備對(duì)蠕動(dòng)泵控制精度的高要求,而步進(jìn)電機(jī)控制蠕動(dòng)泵的方式有多種,用于生物反應(yīng)器上的通常是脈沖、模擬量和RS-485通訊三種。
為了研究這三種控制方式對(duì)于蠕動(dòng)泵控制精度的直觀影響,HOLVES專門(mén)做了一次對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
首先,先要了解這三種驅(qū)動(dòng)方式分別是什么?
脈沖量:是取值總是不斷的在0(低電平)和1(高電平)之間交替變化的數(shù)字量。每秒鐘脈沖交替變化的次數(shù)稱為頻率。脈沖量主要用于步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的位置控制、速度控制、扭矩控制等。
模擬量:是連續(xù)的電壓、電流等信號(hào)量,模擬信號(hào)是幅度隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào),其經(jīng)過(guò)抽樣和量化后就是數(shù)字量。模擬量多是非電量,而PLC只能處理數(shù)字量、電量,所以要實(shí)現(xiàn)它們之間的轉(zhuǎn)換需要有傳感器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)電量。如果這一電量不是標(biāo)準(zhǔn)的,還需要通過(guò)變送器把非標(biāo)準(zhǔn)的電量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。此外,還需要有模擬量輸入單元(AD)把這些標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
RS-485:是一種串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),為了擴(kuò)展應(yīng)用范圍通信能力,增加了多點(diǎn)、雙向通信能力,即允許在一條平衡總線上連接最多32個(gè)接收器,同時(shí)還增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和通信沖突的保護(hù)特性,通過(guò)差分傳輸擴(kuò)展總線的共模范圍。
#實(shí)驗(yàn)測(cè)試#
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
測(cè)試3種不同驅(qū)動(dòng)方式的蠕動(dòng)泵在“不同轉(zhuǎn)速下泵出相同體積的液體”和“相同轉(zhuǎn)速下泵出不同液體體積”兩種情況下,通過(guò)液體體積與設(shè)定值的差異去判斷步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式在不同于校準(zhǔn)參數(shù)時(shí)對(duì)蠕動(dòng)泵精度的影響。
2、實(shí)驗(yàn)方法及步驟
(1)實(shí)驗(yàn)材料
脈沖量蠕動(dòng)泵(測(cè)試前已進(jìn)行校準(zhǔn))
模擬量蠕動(dòng)泵(測(cè)試前已進(jìn)行校準(zhǔn))
RS-485通訊蠕動(dòng)泵(測(cè)試前已進(jìn)行校準(zhǔn))
16號(hào)硅膠管
量筒1(量程: 20mL,精度: 0.5mL)
量筒2(量程: 50mL,精度: 1mL)
燒杯
純水
(2)實(shí)驗(yàn)步驟
① 將16號(hào)硅膠管扣入蠕動(dòng)泵滾輪中心,扣上蓋板以固定蠕動(dòng)泵;
② 將硅膠管進(jìn)液端和出液端均放置在裝有純水的燒杯中;
③ 設(shè)定手動(dòng)轉(zhuǎn)速,將硅膠管內(nèi)的空氣排出,當(dāng)純水泵至硅膠管出液端管口時(shí),即下圖紅線位置,停止泵液;
④ 將出液端放置在合適量程的量筒內(nèi),注意不要貼壁,以防液體掛壁影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果;
⑤ 在設(shè)備上設(shè)置好蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速和目標(biāo)泵出液的體積后,運(yùn)行蠕動(dòng)泵,并記錄運(yùn)行時(shí)間;
⑥ 泵液結(jié)束后,觀察并記錄實(shí)際泵出液的體積;
⑦ 重復(fù)以上操作,測(cè)試并記錄所有蠕動(dòng)泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
3、注意事項(xiàng)
① 蠕動(dòng)泵在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前,統(tǒng)一使用16號(hào)硅膠管以50rpm的轉(zhuǎn)速泵出20mL的泵出液體積,以進(jìn)行校準(zhǔn)操作。
② 在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中,無(wú)論泵出液體積出現(xiàn)多少差異,都不可再進(jìn)行校準(zhǔn)操作。
③ 讀取泵出液體積時(shí),將量筒放在平整的桌面上,使視線與量筒內(nèi)液體凹液面的最低處保持水平。
4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,得到下表:
(步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度測(cè)試)
(精度測(cè)試散點(diǎn)示意圖)
從表中數(shù)據(jù)可以看出,一旦改變了轉(zhuǎn)速和泵出量,不同的驅(qū)動(dòng)方式控制的蠕動(dòng)泵會(huì)有不同結(jié)果。3種驅(qū)動(dòng)方式中,RS-485通訊方式的控制精度最優(yōu),脈沖次之,模擬量的誤差最大。
RS-485通訊的優(yōu)點(diǎn)
RS-485通訊方式除了賦予蠕動(dòng)泵高控制精度外,還具備以下優(yōu)點(diǎn):
① 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定——利用專用通信總線把集中器和主站安全、可靠地連接起來(lái)。除非設(shè)備接口硬件損壞,或者總線線路斷開(kāi),否則總線抄表系統(tǒng)會(huì)一直保持良好的通信效果和抄收成功率。
② 通信速率高——由于使用的是專用的有線通信線路連接,線路上除了通信信號(hào)外,再無(wú)其他信號(hào)。且外來(lái)的干擾信號(hào)耦合到線路后的衰減很大,所以集中器能以較高的速率與主站通信。
③ 抗干擾——RS-485總線信道是專用的通信信道,通過(guò)在通信線纜上添加的屏蔽,可以有效地保證通信效果,所以具有較強(qiáng)的抗空間干擾性能。
HOLVES的生物反應(yīng)器在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式上已基本更新為RS-485通訊方式,有效地提高了發(fā)酵過(guò)程中蠕動(dòng)泵的調(diào)控性能。
HOLVES一直在為全方位提高生物反應(yīng)器的性能努力希望為生物實(shí)驗(yàn)提供更為自動(dòng)化和更為精密的設(shè)備。
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