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细胞培养气体混合控制系统研究_上海跃进医疗器械有限公司

[导读]​研究发现,气体环境是影响细胞体外培养效果的重要因素。氧气能够支持细胞呼吸,供给细胞生长需要的能量,不同类型的细胞对待氧气的需求不同;二氧化碳能够调节培养液的酸碱度,对细胞培养意义重大。上海跃进医疗器械有限公司

研究发现,气体环境是影响细胞体外培养效果的重要因素。氧气能够支持细胞呼吸,供给细胞生长需要的能量,不同类型的细胞对待氧气的需求不同;二氧化碳能够调节培养液的酸碱度,对细胞培养意义重大。二氧化碳还是植物细胞生长不可或缺的元素。多种气体混合装置能够为细胞培养提供理想的气体环境,它们的控制方式各有特色,但是分析系统性能发现这些装置在通用性和控制效果方面都存在不足。常规PID参数调节过于依赖操作人员经验水平,在处理复杂系统时存在控制精度低等问题,因此使用常规PID控制气体混合控制系统容易造成控制性能差,难以取得理想的控制效果。本文对气体混合控制系统进行深入研究,针对系统存在的问题,提出一种基于改进遗传算法优化PID的气体混合控制系统。这种控制系统一方面可以通用不同类型的细胞培养设备,另一方面使用闭环PID控制,同时利用改进遗传算法整定优化PID参数,能够快速提供高精度的混合气体,满足不同细胞培养实验的需要。方法与内容:本文主要从气体混合控制系统的通用性和控制性能两方面着手,设计一种基于改进遗传算法优化PID的气体混合控制系统,主要进行的工作是:(1)气体混合控制系统整体方案设计。对气体混合控制系统的现状进行调研分析,总结各类控制系统存在的不足,提出一种基于质量流量动态配置技术的气体混合控制系统。分析系统需要实现的功能,根据细胞培养的需要设定目标参数。完成系统控制结构设计,并提出基于遗传算法优化PID的控制方案。(2)控制系统硬件设计。系统硬件部分主要包括气体流量控制及检测模块、气体浓度检测模块、控制芯片与人机交互模块组成的上位机、气路控制电路,以及串口通信和电源的选择。气体流量控制和检测传感器选用的是LF400型质量流量控制器,该型号质量流量控制器既能够对气体流量进行精确控制,又可以对实时流量值进行检测。混合气体中二氧化碳浓度使用SGA-MK-CO2模块进行检测,该模块使用NDIR红外CO2检测技术;氧气浓度使用SGA-MK-O2模块进行检测,该模块采用电化学测量技术。控制芯片选用了台达DVP14SS211R型PLC,其性能稳定,能够连接多种类型的I/O模块,满足系统设计的需要。人机交互接口采用TPC7062TX型嵌入式一体化触摸屏,该型号触摸屏具有独立的开发平台,简化了人机交互系统软件开发的复杂度。气路控制主要指通过PLC发送指令控制继电器,继电器控制电磁阀的开关,实现对气路通断的控制。

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