基于通用控制平台集成的生物反应器设计方案

挑战: 设计一个新颖、一次性使用的生物反应器，具有高性能且便于使用，使之在同类产品中的中脱颖而出。

解决方案: 使用NI LabVIEW和NI 单板 RIO，以一个通用控制平台开发一个集成的生物反应器。

生物反应器是培养哺乳动物细胞的平台，用来生产以细胞为来源的药品和疫苗。生物反应器必须精确地执行多项任务，包括：将培养物与潜在微生物污染隔离，保持细胞悬浮在培养液中，精确控制温度、pH值和溶解氧含量。

我们的PBS的生物反应平台的设计需要比现有的产品性能更好，更易于使用。为了实现这些目标，PBS生物反应器需要设计紧凑化、集成化。在一个预先设定的模块化单元内将容纳培养皿和一个集成式的控制器两部分。这些生物反应器提供有多种尺寸，以满足制造商的各种需求。我们设计目标是使得全系列的PBS生物反应器都能共享一个控制平台。

使用NI Single-Board RIO 和 LabVIEW开发快速原型、构建灵活应用

传统的生物反应器和生物处理平台使用标准的控制平台，如可编程逻辑控制器（programmable logic controllers，PLC）和带有自定义硬件的分布式控制系统（distributed control systems，DCS）。我们决定使用NI提供的商业现成可用硬件，因为其性能和灵活性比传统工具更好。

NI可重配置的I / O（reconfigurable I/O，RIO）硬件包括一个现场可编程门阵列（field-programmable gate array，FPGA），我们可以用它来开发一种高性能、稳定可靠的硬件系统，避免了自定义硬件时高复杂性和高成本的问题。我们发现，LabVIEW与NI硬件能够实现任意的组合配置，以满足我们的需要，从而实现快速开发，并在整个产品生命周期内不断改进。此外，最重要的是，控制器的结构简单而且紧凑。

在每个生物反应器中，有一个NI sbRIO-9641设备、NI 9219和NI 9263 C系列模块、以及一个由Cyth Systems公司开发的自定义子卡。NI Single-Board RIO系统与生物反应器内的各种模拟和数字传感器和执行器完成交互，用于精确控制生物反应器中pH值、温度、溶解氧含量。我们使用LabVIEW FPGA模块对NI 单板 RIO 上的FPGA进行编程，与I/O接口进行交互并控制I/O定时。

每个生物反应器的主控制系统运行在NI Single-Board RIO系统的实时处理器中，并通过LabVIEW实时模块进行编程。此外，每个生物反应器均有板载PC，通过LabVIEW编程实现Web服务器和数据库功能。这样，我们一方面获得了工业控制器的可靠性和精确性，同时也获得了传统的PC解决方案的灵活性和自定制功能。

NI解决方案的优势

在我们的开发过程中，NI不仅提供了先进的硬件和软件，而且其销售和技术支持也为我们提供了巨大的帮助，其中既有来自位于Texas州Austin 市NI总部的直接技术服务，也包括我们当地NI销售和技术人员所提供的支持。NI为客户所提供的不仅仅是简单的帮助，在此项目的开发过程中，NI所提供的支持和协作超出了我们预期。NI为我们的项目提供了无与伦比的技术和商务支持。