一、方案背景

某生物制品生產(chǎn)企業(yè)擁有多條發(fā)酵生產(chǎn)線，發(fā)酵罐內(nèi)壓力的精確控制是保障微生物生長環(huán)境穩(wěn)定性的關鍵參數(shù)之一。壓力過高可能導致罐體密封性受損甚至發(fā)生安全事故，壓力過低則可能引入外界污染物，影響發(fā)酵效果。傳統(tǒng)方式下，壓力數(shù)據(jù)依賴現(xiàn)場儀表顯示，由操作人員定時巡檢記錄，存在數(shù)據(jù)滯后、人為誤差大、應急響應慢等問題，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)對安全性與可控性的高要求。

為提升發(fā)酵工藝的信息化管理水平，企業(yè)決定對現(xiàn)有發(fā)酵系統(tǒng)進行智能化升級，實現(xiàn)對發(fā)酵壓力的遠程實時監(jiān)控、異常告警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與遠程調(diào)控，構建高效、安全、可追溯的數(shù)字化管理體系。

二、現(xiàn)場調(diào)研

發(fā)酵罐配備壓力變送器（4?20mA輸出），信號接入現(xiàn)有西門子S7-1200 PLC（型號：6ES7214-1AG40-0XB0），PLC具備以太網(wǎng)通信接口，支持S7協(xié)議，且系統(tǒng)以實現(xiàn)穩(wěn)定的自動化運行，現(xiàn)場具備完善的5G通信網(wǎng)絡條件，具備部署物聯(lián)網(wǎng)設備的硬件基礎。

三、解決方案

1、在發(fā)酵車間控制柜內(nèi)部署數(shù)之能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關，網(wǎng)關通過以太網(wǎng)口與西門子S7-1200 PLC連接，配置壓力變送器對應寄存器地址、數(shù)據(jù)采集周期、告警閾值、上傳頻率及云平臺對接參數(shù)。

2、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關實時采集發(fā)酵罐內(nèi)壓力值、壓力變化速率、罐體運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并通過5G/4G無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)之能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺，上行協(xié)議采用MQTT，數(shù)據(jù)格式為標準JSON，確保傳輸高效、穩(wěn)定、安全。

3、數(shù)之能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺對上傳數(shù)據(jù)進行解析、存儲與可視化處理，構建可視化的發(fā)酵監(jiān)控看板。平臺支持手機、電腦等多終端訪問，為生產(chǎn)管理人員、設備維護人員及安全監(jiān)督人員提供遠程監(jiān)控、告警管理、指令下發(fā)、數(shù)據(jù)分析等一體化功能。

四、實現(xiàn)功能

可視化監(jiān)控大屏

平臺以數(shù)字儀表盤、實時趨勢曲線、罐體模擬圖等形式，直觀展示各發(fā)酵罐當前壓力值、壓力波動區(qū)間、運行時長及罐體狀態(tài)，支持多罐切換查看，便于全局掌控。

智能告警通知

當發(fā)酵罐壓力超出設定安全范圍或壓力變化速率異常時，系統(tǒng)自動觸發(fā)分級告警，通過微信、短信、郵件、微信等方式及時通知責任人，并記錄告警發(fā)生時間、持續(xù)時長及恢復過程，形成完整告警閉環(huán)。

遠程控制與調(diào)節(jié)

授權管理人員可通過數(shù)之能平臺遠程下發(fā)指令至現(xiàn)場PLC，實現(xiàn)壓力設定值調(diào)整、排氣閥開關控制、緊急泄壓操作等，大幅縮短應急響應時間，避免現(xiàn)場操作風險。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析報表

平臺自動歸集每批次發(fā)酵過程的壓力數(shù)據(jù)，生成壓力達標率、超壓累計時長、異常事件頻次、罐體運行效率等統(tǒng)計報表，支持按日、周、月、批次等多維度篩選分析，為工藝優(yōu)化、設備維護排程及安全評估提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

權限管理與操作日志

系統(tǒng)內(nèi)置多級權限管理機制，不同角色（操作員、工程師、管理層）擁有差異化操作權限，所有遠程操作及告警處理均記錄詳細日志，滿足審計追溯要求。