关于电子系统在生物医疗设备领域解决方案的探讨

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。 图1 安装在机柜的复杂PLC系统 2. 金年会台式生物反应器解决方案 针对 PLC 系统的局限性，金年会推出了 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。 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。 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： 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。 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： 图6 PAX 工控机主要应用领域 总体而言，金年会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，金年会将继续致力于 深化技术创新，为客户提供高质量的产品与服务。