浅谈安科瑞无线测温系统在生物制药工厂中的应用

摘要：针对生物制药生产工艺过程中的温度测量及控制，本文介绍一种适用于生物制药生产工艺过程中的温度测量及控制系统。该系统采用一线总线制的集成温度变送，嵌入式微电脑、锂电池(或硅光电池)及蓝牙无线发送器构成的多点无线测温发送器和带蓝牙无线接收器、嵌入式微电脑和数码显示器的无线测温接收器两部分组成。无线测温接收器还具有现场总线功能，能方便的实现智能网络测温、控温系统。

关键词：生物制药；一线总线制的集成温度变送；蓝牙无线测温；智能网络

       生物制药产业被为是2l世纪的朝阳产业，是生物技术应用广泛、成效显著、发展迅速的一个领域。它将生物技术和制药产业合为一体，涉及到化学、基因学、、生物信息学、病理、物理等各学科，是一个多学科支撑的知识体系。

所谓生物制药就是把生物工程技术应用到药物制造领域的过程,其中主要的是基因工程方法。即利用克隆技术和组织培养技术，对DNA进行切割、插入、连接和重组，从而获得生物医药制品。广义的生物制药包括了基因工程制药、生化制药等:而狭义的生物制药则主要是指基因工程制药。生物药品是以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织为起始材料，采用生物学工艺或分离纯化技术制备并以生物学技术和分析技术控制中间产物和成品质量制成的生物活化剂。

在生物制药工艺过程币，其温度的测量及控制一直是重要环节之一，它对于生产过程和最终产品的产量和质量有着决定性影响。在生物制约工么过程中，往往需要多点同时测温，并且还要按照预定的温度规程进行控制。而生物制药现场往往连线和供电不便，故多点无线测温是新兴的温度测量及控制的技术，带有现场总线的系统更是现代测控技术的发展趋势。

1）系统外形

      无线测温系统外形见图1(左为测温无线发送模抉，右为测温无线接收模抉)。

2）系统电路组成

      系统电路组成结构示意框图见图2。

图 2系统电路组成结构示意框图

  测温无线发送模块，可以1～n个，n小于256个.测温无线接收模块与测温无线发送模块之间采用蓝牙技术的无线传输方式。测温无线接收模块可作成多路，其路数依据要求而定，且具有智能控制的现场总线功能。

3)测温无线发送模块电路组成

测温无线发送模块电路组成结构示意框图见图3。

 

图3测温无线发送模抉电路组成结构示意框图

测温无线发送模抉内部组成:

(1)温度变送器

温度变送器采用一线总线制的高度集成的网络温度变送器，即DS18B20

DS18B20基本性能:DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

DS18B20产品的特点①只要求一个端口即可实现通信;②在DS18B20中的每个器件上都有序列号;③实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温;④测量温度范围在一55C~十125C之间;⑤数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择;⑥内部有温度上、下限告警设置。

(2)CPU2一微电脑:负责测温处理，指挥蓝牙无线网络数据传送。

(3)蓝牙无线模块:蓝牙技术是一种短距(10~15m)无线网络技术，它能将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统。此处用于无线传送测温数据。

(4)供电:采用光电池供电。本供电系统由硅光电池、充电控制电路和可充电电池组成。因此，测温无线发送模块可用于不便提供交流电源供电，或高压区测温及移动体(无电源)测温等场合。

4)测温无线接收模块

(1) 测温无线接收模电块路组成测温无线接收模电块路组成结构示意框见图4。

图4测温无线接收模块电路组成结构示意框图

(2)测温无线接收模块内部组成

CPU1-微电脑:负责接收蓝牙无线发送的测温信息，驱动显示。

蓝牙无线模块:同测温无线发送模块

电源:采用通用的开关式直流稳压电源。

显示单元:采0.5寸七段LED数码管组成显示单元。

2.1原理创新

1)采用超小型高度集成的网络温度变送器DS18B20。

DS18B20数字温度计是1一Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

2)采用蓝牙无线测温系统。

3)用光电池供电。

上述三种技术组合，实现了超小型、低功耗、多路、无线测温系统，是一项原理创新。2.2创新结构

1)采用多个蓝牙无线测温发射模块，一个集中蓝牙无线测温接收模块结构，是一种多点灵活的无线测温结构。

2)采用超小型高度集成的网络温度变送器，光电池供电的一体化测温结构。上述装置是一种典型的结构创新。

2.3技术创新

采用超小型高度集成的网络温度变送器、蓝牙无线和光电池供电等技术属技术创新。

2.4应用创新

采用超小型高度集成的网络温度变送器、蓝牙无线收发和光电池供电的测温系统，使用灵活，可用于不方便提供交流供电，特别是移动物体和高电压场合的测温，多路无线测温和集中显示等场合，将本多点无线测温系统应用于生物制药产业，这是一种应用创新。

1)测温范围:-55~+125℃。

2)数字温度计的分辨率:用户可以从9位到12位选择。

3)测温发送装置数据间隔:约7s发送一个数据，且可预先设定。

4)测温精度:+0.5℃。

5)测温上、下限:可设定，并记忆，停电不丢，可以控制温度范围，也可设置超限报警。

6)探头:不锈钢管测温探头，长度可变，抗腐蚀。

7)蓝牙无线数据传输:数据传输短距(10~15m)，它能用于各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统。此处用于无线传送测温数据。

8)蓝牙无线测温发射模块:尺寸为84mmx104mmx176mm。其中:176mm为温度变送器尺寸，其尺寸可位实际需要订制。

9)测温无线接收模块:尺寸为96mmx96mmx110mm。采5寸七段LED数码管组成显不单元，显示测温值。

10)供电:无线测温发射模块，+5V光电池给充电电池供电，太阳光下，充电8h，可供测温发射模块工作16h，也可由自炽灯充电。充电状态山发光二管显示，也可就用钾电池供电。无线测温接收模块工作电源为220VAC，采用直流开关电游供电。

4.1概述

      电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。

      Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

 

4.2应用场所

      适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

 

4.3系统结构

温度在线监测系统结构图

4.4系统功能

      测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：

1）温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

2）温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。

 

3）运行报表：查询及打印各测温点某段时间的温度数据。

4）实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。

5）历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。

4.5系统硬件配置

      温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

      生物制药中的温度检测是为了控制制药过程的温度，对于生物制药是十分重要的。日前传统生物制药中的温度检测多采用热电偶摸拟方式长线传输，易受干扰，且可靠性差，测量精度低，影响生物制药要求。由于摸拟方式测温，连线多，不方使多点同时测温。

用于生物制药中的多点无线测温系统，是一种现代多点无线测温装置，在生物制药过程中的实际应用，它能提高生物制药的测控水平，保证生物制药的工艺稳定和产品质量。系统采用了超小型高度集成的网络温度变送器DS18B20、蓝牙无线收发技术和光电池供电，使系统的体积小，重量轻，低功耗，智能测温控温，其使用灵活，在生物制药中具有实用和推广价值。

［1］常小青,檀宏杰,冯献彬,王春岩．用于生物制药中的多点无线测温系统[J]．电气技术,2011,000(009):52-54

［2］安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版

作者介绍：

陈芳芳，女,现任职于安科瑞电气股份有限公司。