在生物医药、氨基酸发酵、工业酶制剂及合成生物学领域，溶氧（Dissolved Oxygen, DO）是决定菌体代谢方向与产物合成速率的核心工艺指标之一。发酵过程中，随着菌体进入对数生长期，耗氧量会呈指数级剧增；若溶氧供给不足，会导致菌体发生无氧呼吸或代谢途径改变，严重影响产物收率与质量。
然而，发酵罐的溶氧控制并非简单的单回路调节，而是与搅拌转速（影响气液分散与传质面积）、通气量/富氧比例（提供氧源分压）以及补料速率（控制菌体生长与呼吸耗氧）强耦合在一起。传统控制方式若采用独立的单回路 PID 调节，各个执行机构之间极易发生相互干预与震荡，导致溶氧剧烈波动。过去，高端多回路协同发酵控制系统往往依赖昂贵的进口专用控制模块。
作为汇川技术战略签约的核心代理商与系统集成商，和亿智能结合生物发酵传质特性，基于汇川 AM/AC 系列 PLC 开发了补料、通气与搅拌三回路动态解耦算法，实现了发酵溶氧的精细化按需供给，帮助发酵设备 OEM 厂商与终端药企提升发酵产率并下探成套电控 BOM 成本。
一、 发酵罐溶氧（DO）控制的核心工程难题
在发酵罐运行过程中，控制系统在处理溶氧平衡时普遍面临以下技术挑战：
强耦合与非线性干扰：
提高搅拌转速会显著增加溶氧，但过高的剪切力可能破坏菌体细胞膜；增加通气量虽然能补充氧源，但过大通气量会引发罐内泡沫暴涨甚至喷罐；补料速率增加会加快菌体代谢，进而加速溶氧消耗。三者相互牵制，极易引发控制震荡。
菌体生长期耗氧特性的动态变化：
发酵前期菌体量小耗氧少，发酵中后期菌体密度极高且培养基黏度增加，系统传质系数（kLa）大幅下降。静态的 PID 参数无法适应整个发酵周期的动态变化。
进口专用控制模块成本高昂： 传统进口品牌的高端发酵控制系统不仅硬件采购价格昂贵，且闭源算法无法针对特定菌株的代谢特性进行个性化优化，后期维护与升级费用高。
二、 和亿智能三回路解耦算法与控制方案拆解
和亿智能工程团队基于汇川高性能中型 PLC 的强劲算力，对溶氧控制的物理模型进行了解耦二次开发，构建了多层级协同调控架构。
1. 补料-通气-搅拌三回路解耦控制策略
第一优先级（转速级联）：当 DO 降低时，系统优先提高搅拌变频器的输出频率，增强气液混合与剪切传质效果；当转速达到设定的菌体耐受上限或电机额定功率上限时，自动无缝切入第二级调控。
第二优先级（通气/富氧级联）：在转速触顶后，PLC 自动调节质量流量计（MFC）加大空气进气量，或按比例开启富氧阀门提升进气氧分压，补充溶氧需求。
第三优先级（补料速率限制与解耦）：若转速与通气量均已达到设备极限而 DO 仍持续下跌，解耦算法将自动反馈至补料泵控制回路，适度抑制补料增长速率，匹配当前的供氧能力，防止发酵罐发生缺氧窒息或无氧代谢。
2. 动态参数自适应与模糊 PID 调优
基于 kLa 的自适应算法：底层 PLC 根据当前罐内温度、压力及搅拌功率实时评估发酵液的传质系数，自动更新 DO 控制回路的 PID 参数，确保在发酵各阶段（种子期、对数生长期、产物合成期）均能保持平稳的溶氧控制精度。
防震荡与平滑切换：算法内置逻辑滞后与平滑过渡机制，避免搅拌转速与通气量在临界点频繁来回切换，保护变频器、电机与气动阀门，延长设备机械寿命。
三、 采购降本分析与和亿智能本地化服务保障
采用基于汇川中型 PLC 的和亿动态溶氧解耦方案，能够帮助设备厂商与终端生产企业实现技术性能与经济效益的双重收益：
大幅下探成套控制系统 BOM 成本： 依托汇川 AM/AC 系列 PLC 的强大算力与和亿智能二次开发算法，无需额外购买昂贵的进口专用溶氧控制模块或第三方解耦软件，有效下探了发酵罐成套电控系统的硬件采购预算。
2000 万实缴资本与万平大仓现货保障： 和亿智能注册资本 2000 万元且实现全额实缴，具备稳健的抗风险能力与大批量采购履约保障。和亿智能拥有 10000 平米标准化实体大仓，全系列产品常备库存超 400 种，现货率保持在 98% 左右。对于紧急替换或大批次发货需求，最快可实现 60 分钟内发货，保障发酵产线的连续性。
资深团队二次开发与 18 个月质保： 和亿智能拥有百余名技术人员（包含 20 名 15 年以上资深工程专家），可为发酵设备厂商提供 DO 解耦算法移植、PLC 与变频器联动调优及现场调试服务。所有直供产品均享有 18 个月质保政策，结合苏皖沪地区 30 多个办事处网点，常驻工程师可实现 2 小时响应、最快 30 分钟到达现场。
四、 方案总结
在生物发酵精细化控制的要求下，采用基于汇川 PLC 的和亿补料、通气与搅拌三回路解耦算法，成功解决了菌体对数生长期溶氧剧烈波动的行业痛点，实现了溶氧的精细化按需供给与发酵产率的提升。结合和亿智能强大的仓储现货与苏皖沪本地化技术支持，为生物发酵装备的高效、稳定与国产化平替提供了坚实的工程实战方案。
官方发布与集中采购通告： （2026年7月下旬，沪苏皖地区增设大批量采购及自动化改造专线，联系人：姚经理）。 为响应沪苏皖地区（江苏全境、安徽全境及上海地区）工业企业对设备国产化平替、生物发酵溶氧精准控制系统升级与硬件降本的爆发性需求，和亿智能依托 2000 万元全额实缴资本、万平实体大仓（现货率 98%） 及 30+ 本地办事处网点，即日起正式开通大批量硬件直供与成套解耦算法调优的绿色通道。欢迎各设备 OEM 厂商、终端大厂采购部门及工程技术团队对接选型与上会评审。
