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基于组态的生化过程监控系统设计的中期报告
一、选题背景
生化过程监控是以生化反应过程为核心，通过对反应体系的监测，分析体系中各种物质浓度、反应速率、能量变化等特征，为生物医学、食品、化妆品、环境等领域提供合理的生产工艺和质量控制手段。目前国内外很多生化反应的监测方法仍停留在传统的离线分析阶段，尚未实现在线实时监测，这不仅浪费了反应热力学动态过程中的信息，而且无法及时发现异常变化，不能对反应进行及时干预，影响了生化反应的质量和高效性。
随着生化技术和传感器技术的不断发展，现代生化过程监视系统已经取得了长足进步。从传统的人工操作到高精度传感器的使用，从离线监测到在线监测，从单一的监控指标到多维的反应过程控制，为了满足不同应用需求，各种监测系统相继问世。但是，现有的生化过程监视系统往往过于依赖于硬件，很少考虑系统的软件配置，缺乏完善的图形化界面和友好的交互体验，使得操作过程不够简单高效。因此，本文将组态技术引入生化过程监视系统，利用组态工具的可视化、图形化和交互化等特点设计一个可定制、易操作、功能强大、界面美观的生化过程监测系统。
二、研究内容
（1）因反应体系特点而设计的反应过程处理算法，提供反应过程数值计算的各种标准方法和应用程序接口，实现反应体系各种主要参数（如反应物浓度、产物浓度、反应速率、温度等）实时在线模拟和采集。
（2）生化反应控制总体设计，选择合适的传感器构成反应过程监控系统，收集各个反应参数，并实现反应体系实时可访问数据库功能；同时，通过反应过程处理算法，实现对反应参数的可视化和可编辑化控制，提供快速响应异常变化的能力。
（3）生化反应图形化和组态化监控界面的设计，通过组态工具实现用户自定义生化反应过程模板，建立图形化的生化反应过程流程；通过监测数据可视化分析和处理，使得操作人员更加直观地掌握反应过程的基本信息。
（4）反应过程的实时控制和报警功能设计，通过实时对反应体系中各种主要参数进行监控，判断是否达到预设参数阈值，及时发出报警信号，实现快速反应处理反应过程中出现的异常情况。
三、实验方法与方案
（1）采用C#编程语言开发生化反应参数处理算法和反应过程控制界面程序。
（2）选择合适的硬件传感器（如pH传感器、溶解氧传感器、温度探头、流量计等），配合适当的采集卡，进行反应体系参数的实时监测。
（3）通过组态工具调用已经开发好的功能模块，设计生化反应图形化和组态化监控界面，实现用户可定制化生化反应过程模板，提高用户体验。
四、预期成果
本文将基于组态技术设计一个中小尺度生化反应过程专用监控系统，通过实时监测反应体系中各种主要参数，将监测数据上传至数据库，实现快速响应和控制反应过程，从而提高产品质量和生产效率。预期创新点在于如下两方面：
（1）组态工具的应用：通过实现组态工具的组态和编程能力，提供易操作的反应过程监视界面和可定制的监控模板，缩短反应过程监测的启动和使用时间，提高生产效率；
（2）反应过程处理算法的应用：针对不同的反应体系特点，设计合适的反应过程处理算法，通过反应过程中各种主要参数的在线分析，使操作人员在生化反应过程监视中更加直观和精确定位过程中异常的原因，快速响应异常情况。