基于通用控制平臺集成的生物反應器設計方案

挑戰: 設計一個新穎、一次性使用的生物反應器，具有高性能且便于使用，使之在同類產品中的中脫穎而出。

解決方案: 使用NI LabVIEW和NI 單板 RIO，以一個通用控制平臺開發一個集成的生物反應器。

生物反應器是培養哺乳動物細胞的平臺，用來生產以細胞為來源的藥品和疫苗。生物反應器必須精確地執行多項任務，包括：將培養物與潛在微生物污染隔離，保持細胞懸浮在培養液中，精確控制溫度、pH值和溶解氧含量。

我們的PBS的生物反應平臺的設計需要比現有的產品性能更好，更易于使用。為了實現這些目標，PBS生物反應器需要設計緊湊化、集成化。在一個預先設定的模塊化單元內將容納培養皿和一個集成式的控制器兩部分。這些生物反應器提供有多種尺寸，以滿足制造商的各種需求。我們設計目標是使得全系列的PBS生物反應器都能共享一個控制平臺。

使用NI Single-Board RIO 和 LabVIEW開發快速原型、構建靈活應用

傳統的生物反應器和生物處理平臺使用標準的控制平臺，如可編程邏輯控制器（programmable logic controllers，PLC）和帶有自定義硬件的分布式控制系統（distributed control systems，DCS）。我們決定使用NI提供的商業現成可用硬件，因為其性能和靈活性比傳統工具更好。

NI可重配置的I / O（reconfigurable I/O，RIO）硬件包括一個現場可編程門陣列（field-programmable gate array，FPGA），我們可以用它來開發一種高性能、穩定可靠的硬件系統，避免了自定義硬件時高復雜性和高成本的問題。我們發現，LabVIEW與NI硬件能夠實現任意的組合配置，以滿足我們的需要，從而實現快速開發，并在整個產品生命周期內不斷改進。此外，最重要的是，控制器的結構簡單而且緊湊。

在每個生物反應器中，有一個NI sbRIO-9641設備、NI 9219和NI 9263 C系列模塊、以及一個由Cyth Systems公司開發的自定義子卡。NI Single-Board RIO系統與生物反應器內的各種模擬和數字傳感器和執行器完成交互，用于精確控制生物反應器中pH值、溫度、溶解氧含量。我們使用LabVIEW FPGA模塊對NI 單板 RIO 上的FPGA進行編程，與I/O接口進行交互并控制I/O定時。

每個生物反應器的主控制系統運行在NI Single-Board RIO系統的實時處理器中，并通過LabVIEW實時模塊進行編程。此外，每個生物反應器均有板載PC，通過LabVIEW編程實現Web服務器和數據庫功能。這樣，我們一方面獲得了工業控制器的可靠性和精確性，同時也獲得了傳統的PC解決方案的靈活性和自定制功能。

NI解決方案的優勢

在我們的開發過程中，NI不僅提供了先進的硬件和軟件，而且其銷售和技術支持也為我們提供了巨大的幫助，其中既有來自位于Texas州Austin 市NI總部的直接技術服務，也包括我們當地NI銷售和技術人員所提供的支持。NI為客戶所提供的不僅僅是簡單的幫助，在此項目的開發過程中，NI所提供的支持和協作超出了我們預期。NI為我們的項目提供了無與倫比的技術和商務支持。