隨著(zhù)生物基因技術(shù)的發(fā)展，生物基因工程在國民經(jīng)濟和生活中越來(lái)越重要?；蛑扑幾鳛橐环N高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也得到了蓬勃的發(fā)展?；蛑扑庍^(guò)程中通常涉及到發(fā)酵、酸水解、酶水解和分離與純化等一系列工藝過(guò)程。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中涉及到產(chǎn)品制備與檢測、質(zhì)量控制、產(chǎn)品檢定三個(gè)互相耦合的復雜操作工藝環(huán)節。傳統基因將這三個(gè)工藝操作分解成多個(gè)單獨的操作過(guò)程，能滿(mǎn)足單個(gè)控制的精度要求，不能實(shí)現綜合質(zhì)控要求。

    本文針對基因功能亞功能片段的制備過(guò)程中涉及到的工藝環(huán)節，將制備過(guò)程中用的各種型號的高效液相色譜儀、酶標定儀、毛細管電泳儀等分析檢測儀器的接口通過(guò)串行通訊與計算機相聯(lián)，實(shí)現對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中各工藝參數的監控，在保證各單點(diǎn)精度要求的基礎上，通過(guò)計算機進(jìn)行分析處理，為肽的分析檢測提供新的有效手段并提高綜合質(zhì)控分析精度要求。同時(shí)將每次生產(chǎn)過(guò)程中各工業(yè)環(huán)節的條件參數、測試分析結果等數據存儲起來(lái)，為后續開(kāi)發(fā)中的專(zhuān)家系統提供強有力的數據支持，進(jìn)一步提高綜合質(zhì)控要求。

1  純凈基因亞功能片段的制備過(guò)程的工藝研究

    功能基因亞功能片段是一種生物活性肽或多肽，通過(guò)L―天冬酰胺酶II基因工程菌生產(chǎn)甲狀旁腺素N端34肽。功能基因亞功能片段的生產(chǎn)工藝涉及到多個(gè)工藝環(huán)節；上游工藝環(huán)節為了滿(mǎn)足下游工藝環(huán)節的要求必須對當前的生產(chǎn)狀態(tài)工藝流程，各個(gè)工藝過(guò)程和其中涉及到的分析、檢測、制備儀器如圖1所示。

    通過(guò)分析整個(gè)工藝過(guò)程發(fā)現，如果將各分析、檢測、制備儀器采集上來(lái)的數據進(jìn)行分析、處理，進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)酵、水解、高效液相色譜制備過(guò)程中的參數，可以提高整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2   整個(gè)監控系統的硬件結構簡(jiǎn)圖

    整個(gè)監控系統控制部分的具體設計中，考慮到遠端監控的需要及現場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的需要，采用工控機和觸摸屏實(shí)現上述控制要求?，F場(chǎng)主機采用西門(mén)子S7-200系列的CPU222PLC，為實(shí)現PLC與觸摸屏和上位機的通訊，擴展一塊EM277，PLC與工控機和觸摸屏分別通過(guò)RS485和RS232 進(jìn)行通訊。

    通常情況下，高壓液相色譜儀等儀器通過(guò)串口RS232與工作站相連完成對各化學(xué)成分的檢測、分離，為了滿(mǎn)足配合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的要求，將各個(gè)分析儀器的串口線(xiàn)通過(guò)多串口卡與工控機相連，采用VC多線(xiàn)程編程實(shí)現對各個(gè)儀器的數據采集、顯示、存儲等功能，利用SQL  Server數據庫技術(shù)與管理級計算機實(shí)現數據的共享，使管理級計算機通過(guò)分析各儀器設備的參數，更好的監控整個(gè)系統的生產(chǎn)和質(zhì)量控制。整個(gè)系統的硬件結構簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2  系統硬件結構簡(jiǎn)圖

3  軟件系統的設計

    整個(gè)監控系統的軟件包括發(fā)酵、水解PLC控制程序設計和計算機監控程序的開(kāi)發(fā)。PLC實(shí)現各控制參數的數據采集和常規控制任務(wù)，管理級計算機和PLC通過(guò)PPI網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據交換，在基于Windows下的V3.2 STEP7軟件上進(jìn)行PLC程序的設計和調試。

    管理級計算機軟件和儀器數據共享計算機軟件開(kāi)發(fā)基于WIN2000環(huán)境，以Visual C++6.0作為開(kāi)發(fā)平臺，在管理級計算機軟件中實(shí)現實(shí)時(shí)數據顯示、流程顯示、實(shí)時(shí)報警、歷史趨勢、數據存儲與查詢(xún)、報表打印、參數分析等功能。儀器數據共享計算機將串口傳上來(lái)的數據進(jìn)行處理，提取其中有價(jià)值的數據進(jìn)行顯示、存儲，利用聯(lián)機數據庫實(shí)現與管理級計算機的數據共享。

3.1  發(fā)酵過(guò)程中的控制算法

    由于發(fā)酵過(guò)程的數學(xué)模型難以建立，無(wú)法根據其數學(xué)模型設計相應的控制器，通常情況下只能通過(guò)控制發(fā)酵過(guò)程中的外部環(huán)境變量來(lái)實(shí)現對整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的優(yōu)化控制。

(1)  溫度、攪拌速度控制

    發(fā)酵、水解液中的溫度通過(guò)調節冷卻水流量控制，考慮到發(fā)酵過(guò)程不同階段產(chǎn)生熱量的速度不同，過(guò)程模型參數變化較大，冷卻水流量與溫度關(guān)系無(wú)法精確測定，因此借鑒了自適應控制思想，采用分段設定PID控制，具體做法是先根據發(fā)酵的不同階段，采用分段設定PID參數，再將各段參數固化于控制站內。但是發(fā)酵過(guò)程有時(shí)溫差較大，易產(chǎn)生超調和積分飽和。故而，采用積分分離PID控制算法。

    設