Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов Советский патент 1983 года по МПК G05D27/00 C12Q3/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к микробиологии, в частности к устройствам управления процессами ферментации и культивирования микроорганизмов-,

Известна система автоматического управления процессом культивировани микроорганизмов, включающая датчик рН, связанный через регулятор рН с исполнительным устройством, установленным на линии подачи аммиачной воды, и исполнительное устройство, устновленное на линии подачи питательных солей ГП .

Недостатком данной системы явля ется то, что она не обеспечивает требуемого качества управления подачей питательных солей в ферментер.

Наиболее близкой к предлагаемой яв ляется система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, содержащая датчик рН,связанный через регулятор рН с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи аммначной воды, и с последовательно соединенными блоками определения параметров автоколебаний рН и определения скорости роста микроорганизмов, и исполнительный механизм, установленный на линии подачи питательных солей, при этом вход блока определения параметров автоколебаний рН подюиочен к регулятору рН, а выход блока определения скорости роста микроорганизмов.через дополнительный регулятор связан с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи питательных солей zj.

Недостатком такой системы является то, что она не,обеспечивает требуемого качества управления, так как необходимо применение исполнительного механизма с высоким классом точности. .

Цель изобретения - улучшение качества управления.

Поставленная цель достигается тем. Что система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, содержащая датчик рН, связанный через регулятор рН с ; исполнителыилм механизмом, установленным на линии подачи аммиачной воды и с последовательно соединенными блоками определения параметров автоколебаний рН и определения скорости роста микроорганизмов и исполнительный механизм, установленный на линии подачи питательных солей, снабжена последовательно соединенными блоками пилообразного сигнала, сравнения, усиления и преобразования, выход последнего подключен к исполнительному механизму установленному на линии подачи питательных солей, а выход блока определения скорости роста микроорганизмов посредством блока согласования связан с блоком сравнения, причем на линии подачи питательных солей установлен дроссель.

На фиг. I изображена структурная схема системы автоматического yjipaBлекия процессом культивирования микроорганизмов; на фиг. 2 - графики, поя няющие принцип получения управляющего сигнала с переменной длительностью импульса.

Система работает следующим образом.

В ферментер I с постояншл4 напором подаются сусло, воздух, аммкачная вода т питательные соли. Система управле тя содержит датчик 2 рН,связанный через регулятор 3 рН с исполнительным механизмом 4, установленньш ,на линии подачи аммиачной воды, исполнительный механизм 5 и дроссель 6, устаноЕлеиные на линии подачи питательных солей, блок 7 определения парметров автоколебаний рН, бяок 8 определения скорости роста микроорганизмов, блок 9 согласования , и последов ател:ь но соединенные блок 10 пилооб разного1 сигнала, блок 1 I сравнения, блок 12 усиления и блок I3 преобразования. Сигнал с датчика 2 рН куль-. туральной среды в ферментере 1 поступает ыа регулятор 3 рН, который сравнивает заданное значение рН культуральиой среды с текущим и формирует сигиал д;:1Я исполнительного механизма 4, управляющего подачей аммиачной воды в фермеитер. В зависимости от зоиы нечувствительности регулятора в системе появляются автоколебания рН культуральной среды с постоянной амплитудой. При этом скорость снижения рН куль тур сильной среды пропорциональна скорости pocta микроорганиз|Ма, а скорость -увеличения рН культуральной среды пропорциональна разнице между скоростями подачи аммиачной воды и роста микроорганизма.

В -блоке 7 определения параметров (автоколебаний рН культуральной ереды определяются параметры автоколебаний: продолх ительность увеличения рН и снижения рП культуральной среды. В блоке 8 по параметрам автоколебаний определяется скорость роста микроорганизмов. Сигнал, пропорциональный скорости роста микроорганизмов, подается на блок 9 согласования, откуда, как задающий сигнал он подается на вход блока II сравнения, формирующего сигнал управления для исполнительного механизма 5, установленного на линии tioдачи питательных солей. В блоке 10 пилообразного сигнала формируется пилообразный сигнал, который также подается на вход блока 11 сравнения. На выходе получается импульсный сигнал, длитечьность импульсов которого изменяется в зависимости от выходного сигнала блока согласования т.е. скорости роста микроорганизМО0. На гранке а (4иг.2) представле изменя|01ф1йся сигнал, пропорциональный скорости роста микроорганизмов Пунктирной линие1@ показан опоршсй сигнал). Он подается Яа вход блока 1 сравнения, где сравнивается с сигналом пилообразной , который подается с блока 10 пилообразного сигна1Ла (rpaijMK б). Результирующий сигна с переменной длительностью импульса (график в) с выхода блока 1I сравнения подается на блок 12 усилетш, где усиливается по мощности и дальше подается на блок 13 преобразования, сигнал преобразуется в сигнал, подходящий дпя управления исполнительньм механизмом 3, установленньв4 на линии подачи питательных солей. Таким образом, при поступлении импульсов управления полностью открывается исполнительное устройство и пи - тательные соли поступают в ферментер. В перерывах между импульсами исполнительное устройство закрыто и подача питательных солей прекращается. Так как перепад давле(шй на дросселе, установленном на линии подачи питательных солей, величина постоянная, то величина расхода, когда исполнительный механизм открывается, определена пропускной способностью дросселя и поддерживается с требуемой точностью.

Таким образом сшстема автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов осуществляет точное управление подачей питателышх солей в ферментер в зависимости от скорости роста микроорганизмов и обеспечивает высокое качество управления.

Дпя анализа преимуществ данной системы управления проведены экспериментальные исследования ее на полупромышленном ферментере. Полученные результаты сравнивались с прототипом, принятым за базовый объект, и с типовым технологическим процессом, где подача питательных солей осуществляется вручную при помощи мерных емкостей и насоса.

Проведенный анализ показал, что предлагаемая система управления обеспечивает высокое качество управления подачей питательных солей, облегчает труд аппаратчиков и повышает производительность труда отделения подготовки питательных солей производства дрожжей. Применение системы управления улучшает показатели качества ве в среднем на 5,0-6,5% по сравне,нию с базовым объектом.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УП РАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВА1ШЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащая датчик рН, связанный через регулятор рН с исполнительным механизмом, установ-:-- I О ел vj со со 00 ленным на линии подачи аммиачной воды, и с последовательно соединенными блоками определения параметров автоколебаний рН и определения скорости роста микроорганизмов, и исполнительный механизм, установленный на линии подачи питательных солей, о тличающаяся тем, что, с целью улучшения качества управления, она снабжена последовательно соединенными блоками пилообразного сигнала, сравнения, усиления и преобразования, выход последнего подключен к исполнительному механизму, установленному на линии подачи питательных солей, а выход блока определения скорости роста микроорганизмов посредством блока согласования свяпан с блоком сравнения , причем на линии подачи 1 итательных солей установлен дроссель.