一、产品核心控制架构

Heracell 150i 内置了 iCAN 触摸屏控制器，可实时显示与调节温度、CO₂ 浓度及可选 O₂（若配备三气控制模块）等参数；系统通过 PID 算法维持箱内设定值稳定。常规配置下，用户可通过触屏直观操作，但对于大规模自动化生产线或集中监控系统，需借助外部 PLC 完成报警管理、数据采集与联动控制。

二、与 PLC 集成的必要性与优势

1. 集中监控：实验室或生产车间往往需要统一化管理多台培养设备，使用 PLC 扮演上位机或数据集中器，可减少人为巡视次数，降低误差。

2. 报警联动：通过 PLC 可将高/低温、CO₂ 超限、门开或供气中断等报警信号整合至报警系统，实现声光警示或自动切换备份气源。

3. 数据记录：PLC 可定时采集模拟量或数字量，将数据传输至 MES/LIMS，实现培养过程电子化归档，满足监管要求。

4. 安全互锁：可在 PLC 程序中设置复杂的安全逻辑（如遇箱内浓度、温度异常自动断电或触发紧急排气），进一步保障实验与人员安全。

三、标准通信接口

1. RS-232 串行接口

Heracell 150i 标配 RS-232 接口，可直接连接 PC 或上位机。该接口按标准全双工异步通信协议工作，支持 9600 或 19200 bps 等常用速率，能够输出温度、CO₂ 浓度及系统状态代码，便于简单的采集与报告生成。 assets.thermofisher.com

2. USB 接口

部分版本配备 USB-B 型端口，兼容 USB 1.1/2.0/3.0（全速），通过 Thermo Fisher 提供的 Smart-Vue™ 软件可实现对培养箱的实时远程监控、校准与日志下载。

四、可选模拟量输出

为了满足过程控制系统对模拟信号的依赖，150i 提供 4-20 mA 模拟输出模块（选配件），可分别对应：

• 箱内温度输出

• CO₂ 浓度输出

• 可选 O₂ 浓度输出

该模块可通过标准三线制连接至 PLC 模拟量输入卡，确保监测信号在长距离传输中保持高抗干扰能力，常用于 DCS 或 SCADA 系统中。assets.thermofisher.com

五、数字 I/O 与继电器输出

作为实验室自动化常见需求，150i 亦可选配数字界面输出：

• 警报继电器：高/低温、CO₂ 超限、门开报警均可配置为干接点常开/常闭触点，由 PLC 作为开关量采集或联动启动外部设备；

• 门控输入：可接收外部门开/门锁信号，用于触发或取消湿热灭菌（ContraCon）循环，或在紧急情况下暂停 CO₂ 供应；

• 气体监测继电：当主用气源压力不足或耗尽时，继电器输出可驱动切换至备用钢瓶。

六、可扩展通信卡

Thermo Fisher 提供多种扩展通信卡（选配件），支持与 PLC、触摸屏 HMI 或 PC 通过 Modbus RTU/ASCII 等协议通讯。用户可选装：

• RS-485 卡：支持多点总线拓扑，最长传输距离可达 1200 m，常用于厂区总线系统；

• Ethernet/IP 卡：可在工业以太网中作为以太网节点，被 Allen-Bradley、Siemens 等 PLC 直接识别，适合复杂网络架构；

• Profibus DP 卡：满足西门子、德国制造工艺设备集成需求；

• 设备总线 EtherNet/IP：在 CIP 协议下实现快速数据交换。assets.thermofisher.cn

七、典型集成方案示例

1. 小型实验室自动化

• 接口: RS-232 → 单台 PC采集

• 模拟输出: 温度、CO₂ 4-20 mA → PLC DI750 系列

• 报警继电器 → 蜂鸣与指示灯

2. GMP 车间集中监控

• 总线: RS-485 多机并联 → 主站 PLC

• Ethernet/IP → MES 系统实时监测

• 4-20 mA 模拟量 → DCS 层面过程控制

3. 洁净室 SCADA 系统

• Profibus DP → 中央 HMI

• 数字开关量: 门控与灭菌状态 → PLC 编程互锁

• 继电器触点: 远程启动/停止 ContraCon 循环

八、安装与布线注意事项

• 接地：所有通信与模拟线缆应共用可靠地线，以防止地环路干扰；

• 屏蔽：模拟及数字线缆需使用整体屏蔽并接地，避免高频与工频干扰；

• 线路分隔：模拟/数字与动力线保持最少 30 cm 间距；

• 接线端子：使用符合 VDE/UL 认证的接线端子，并进行弯矩保护；

• 长距离传输：建议 RS-485 末端加装终端电阻，减少反射与抖动。

九、PLC 程序设计原则

1. 数据映射：将各模拟量与寄存器对应，并在程序注释中注明实际物理量范围；

2. 报警处理：采用 ■ 延时闭合 ■ 抖动过滤 ■ 复位确认等逻辑，避免瞬态误报警；

3. 冗余设计：关键报警（如 CO₂ 过高）可并联两路继电器，同步输出以提高可靠性；

4. 状态机：将灭菌、正常培养、维护三大状态分别建模，状态间切换通过硬/软中断触发。

十、性能验证与维护

在完成 PLC 集成后，必须进行：

• 环路校验：校验 4-20 mA 与 PLC 读数线性与精度；

• 通信测试：在全链路环境下测试错误帧、重发机制与超时处理；

• 紧急停机验证：模拟硬件故障，确认 PLC 与培养箱能快速安全复位；

• 定期巡检：检查继电器触点耐久性、屏蔽完整性及模块固件更新。