关于电子系统在生物医疗设备领域解决方案的探讨

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生物医疗行业目前正聚焦于生物医药与高性能医疗器械等前沿领域。在生物医药这一细分领域中,生物反应器技术广泛应用于药物的原料、中间体和成品药的制造过程。例如,借助生物反应器技术,可实现青霉素、氨基酸、多糖、酶类等医药中间体和成品药的大规模生产,这一技术不仅显著降低了生产成本,而且有效减少了环境污染,从而实现了经济效益与环境效益的双赢。

 

1. 传统的 PLC 方案

目前生物反应器的成熟方案是通过 PLC 系统控制设备内部件,监控反应环境的各种参数,以及实现设备的通讯功能。然而,随着制备工艺的迅速发展,对生物反应器性能的要求也日益严苛,传统的 PLC 方案的局限性也逐渐显现,主要表现在:

• 系统复杂度高。PLC 算力低且集成度低,需要通过大量的模块组合实现复杂功能,导致系统庞大难管理(如图1)。

• 灵活性受限。对于复杂系统,尤其是多 PLC 模块的系统,软件升级与架构修改困难,产品的迭代速度滞后于行业发展。

• 售后成本高。PLC 设备整机紧凑度低,需要专门的工程师进行现场安装与售后维护,无法做到整机直接交付。

安装在机柜的复杂PLC系统
图1 安装在机柜的复杂 PLC 系统

 

2. 思林杰台式生物反应器解决方案

针对 PLC 系统的局限性,思林杰推出了 FPGA 主板与工控一体机结合的电子系统解决方案。这一方案为生物反应器提供了高算力且紧凑的控制平台,同时确保了与 PLC 相当的运行稳定性和电气可靠性。该系统集成了数据采集、控制、监测和通信功能,支持复杂控制软件的运行,使设备控制单元简单化。

台式生物反应器解决方案
图2 台式生物反应器解决方案

 

3. SG2171 测控板

其中,SG2171 测控板是一款用于自动化数采、控制、监测和通信为一体的测制主板。整板采用工业级标准设计,以底层 ARM+FPGA 框架开发系统,配带传感器、变送器和执行器供电能力。系统拥有高精确度、高稳定性和可靠性,并支持 Modbus 工业协议,响应速度快,安全性高。SG2171 测控板主要应用于工业自动化、生物医疗设备和环境监测等领域。

测控板外观图
图3 测控板外观图

测控板的主要特征:

  • 支持丰富的 I/O 资源(44 通道)
  • 具备稳定、可靠与精确的 AFE 信号调理能力
  • 最大支持 24 bits 高分辨率测量能力
  • 支持丰富的通讯接口:1 个 100M 以太网上行接口 (Modbus-TCP) 和 8 个 RS485 下行接口 (Modbus-RTU)
  • 支持通道隔离:数字对地隔离
  • 支持故障检测
  • 支持硬件接口、通道数和尺寸等定制

SG2171 测控板主要应用领域举例:

测控板主要应用领域
图4 测控板主要应用领域

 

4. PAX工控一体机

PAX 工控一体机是基于 I7 四核十一代 CPU,配备了丰富的控制接口和工业级的电容触摸显示屏,集成了多种软硬件功能的计算机设备,结构紧凑,性能高,其广泛应用于生物制药、工业自动化、新能源和教育科研等领域。

PAX 工控机外观图
图5 PAX 工控机外观图

PAX 工控机的特点:

  • CPU+GPU 架构,Cortex-A72+/A53 Mail-T860
  • 兼容安卓、Linux 和Windows 操作系统
  • 支持Wi-Fi 2.4 GHz /5 GHz
  • 支持无风扇或小风扇散热
  • 可选配 4G 网络(移动/联通/电信全网融合)
  • 配有 RS485/RS232 接口

PAX 工控机的应用领域:

PAX 工控机主要应用领域
图6 PAX 工控机主要应用领域

总体而言,思林杰科技推出的生物反应器解决方案具有明显的技术优势,能够为生物医疗、生物制药等领域的发展提供行业先进的技术支撑。未来,思林杰将继续致力于 深化技术创新,为客户提供高质量的产品与服务。

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