Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов Советский патент 1986 года по МПК C12Q3/00 

Изобретение относится к биотехнологии, может быть использовано для автоматического управления периодическим процессом выращивания биомассы микроорганизмов и является усовер шенствованием системы по авт. ев, №1193171 (077136). Известна система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов, содержащая датчики расхода титрующего агента, расхода воздуха на аэрацию и концентрации кислорода в выходных газах, блоки определения расхода использованного кислорода и экономичес fccoro коэффициента, экстремальный регулятор и контуры регулирования температуры и рН среды, включающие соот ветственно датчик измеряемого параметра, регулятор и исполнительный ме ханизм, при этом входы блока определения экономического коэффициента соединены с датчиком расхода титрующего агента и блоком определения рас хода использованного кислорода, входы последнего соединены с датчиком расхода воздуха на аэрацию и с датчи ком концентрации кислорода в выходящих газах, а выход блока определения экономического коэффициента соединен через экстремальный регулятор с задающим входом регулятора кончура регулирования температуры 1. Недостатком известной сИстемы автоматического управления периодическим процессом культйвироваиия микроорганизмов является то, что она ие предусматривает изменение подачи воз духа на аэрацию соответственно с сос тоянием микробной культуры в течение процесса ферментации, способствующего увеличению выхода биомассы и рациональному использованию воздуха. Цель изобретения - повьшение выхода биомассы. На чертеже изображена блок-схема системы автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов. . Система автоматического управлени содержит ферментер 1, контур регулирования рН среды, включающий датчик рН, регулятор 3 рН и исполнительный механизм 4, установленный на линии титрующего агента, контур регулирования температуры средал в ферментере 1, включающий датчик 5 температуры, подключенный к переменному входу регулятора 6 температуры, выход последнего связан с исполнительными механизмами 7 и 8, установленными соответственно на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов, и контур регулирования расхода воз.духа на аэрацию, включающий датчик 9 рас хода воздуха, подключенный к пере- . менному входу регулятора 10 расхода воздуха, выход которого соединен с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи воздуха на аэрацию. Система содержит также датчики 12 и 13 соответственно расхода тнтрующего агента и концентрации кислорода в выходящих газах, блок 14 определения расхода использованного кислорода, блок 15 определения экономического коэффициента, экстремальные регуляторы 16 и 17, переключающее реле 18, блок 19 определения достижения экстремума и триггер 20. Датчики 9 и 13 соответственно расхода воздуха на аэрацию и концентрации кислорода в выходящих газах подключены к блоку 14 определения расхода использованного кислорода, выход которого подключен к блоку 15 определения экономического коэффициента, соеди;ненного также с датчиком 12 расхода титрующего агента. С выхода блока 15 определения экономического коэффициента сигнал поступает на входы экстремальных регуляторов 16 и 17, выходы которых соединены с задакяцими входами регуляторов температуры 6 и расхода воздуха 10. Сигналы с выходов экстремальных регуляторов 15 и 16 поступают также на входы переключающего реле 18, выход последнего через блок 19 определения достижения экстремума соединен со счетным входом триггера 20, взаимоинверсные выходы которого соединены с входами командных сигналов экстремальных регуляторов 16 и 17. Один выход триггера 20 соединен также с командным входом переключающего реле 18. Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов работает следую(чим образом. В ферментере 1 осуществляется процесс периодического культивирования микроорганизмов. Сигнал датчика 2 рН поступает на регулятор 3 рН, 3 который вырабатывает непрерывный управляющий сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего расход титрующего агента и поддерживающего таким образом рН среды на заданном значении. Сигнал датчика 5 температуры поступает на переменный.вход регулятора 6 температуры, на задающий вход последнего поступает сигнал от экстремального регулятора 16. Регулятор 6 температуры сравнивает эти сигналы и вырабатывает управляющий сигнал для исполнительных механизмов 7 и 8, изменяющих расходы соот-. ветственно охлаждающего и подогреваю щего агентов и изменяющих температуру среды до значения, соответствующе го заданному экстремальным .регулятором 16. Сигнал датчика 9 расхода воз духа поступает на переменный вход ре гулятора 10 расхода воздуха, на задающий вход которого поступает сигна от экстремального регулятора 17. Регулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал для исполнительного механизма 11, изменяющего расход воздуха на аэрацию до значения, соответствующего заданному экстремальным регулятором 17. Сигналы датчика 9 расхода воздуха на аэрацию и датчика 13 концентрации кислорода в выходящих газах поступают на блок 14 определения расхода использованного кислорода. В последнем определяется расход использованного кислорода по формуле Qn Q., (с„,„,, -с„. ), - расход использованного кис лорода; f - расход воздуха на аэрацию; - концентрация кислорода в воздухе (величина постоянная); CQ - концентрация кислорода в вы ходящих газах. . Сигналы датчика 12 расхода титрую щего агента и блока 14 определения расхода использованного кислорода поступают на блок 15 определения экономического коэффициента, определяемого по формуле Ч где Y - экономический коэффициент; Q - расход использованного азота; Q - расход использованного кис2 лорода; k - коэффициент пропорциональности. 9544 Из .блока 15 сигнал, отражающий текущее значение экономического коэффициента, поступает на входы экстремальных регуляторов 16 и 17, работой которых через входы командных сигналов управляет триггер 20. В любом случае на одном из взаимоинверсных выходов триггера 20 будет сигнал, соответствующий команде работы экстремального регулятора (16 или 17) в автоматическом режиме щагового поиска экстремума, а на другом выходе триггера 20 - сигнал, соответствующий команде выключения автоматического понсКса экстремума, т.е. на выходе экстремального регулятора будет поддерживаться значение выходного сигнала последнего шага. В случае, когда в текущем состоянии системы автоматического управления в режиме шагового поиска экстремума работает экстремальный регулятор 16, последний на основе поступивщей информации из блока 15 определения экономического коэффициента вырабатывает дискретно-постоянный управляющий сигнал, служащий заданием регулятору 6 температуры таким образом, чтобы изменение температуры приводило к поддержанию экстремального значения экономического коэффициента, если предыдущий шаг изменения сигнала на выходе экстремального регулятора привел к увеличению сигнала на его входе, последующий шаг экстремальным регулятором осуществляется автоматически в том же направлении, что и предащущий, и наоборот. Кроме того, выходной сигнал экстремального регулятора. 16 через переключающее реле 18, состоянием которого управляет триггер 20, поступает на вход блока 19 определения достижения экстремума. Последним в течение щагового поиска экстремума по уровню выходного сигнала экстремального регулятора определяется момент достижения экстремума и на выходе блока вырабатывается сигнал, свидетельствующий о достижении экстремального значения экономического коэффициента по регулируемому параметру процесса культивирования микроорганизмов. Сигнал с выхода блока 19 поступает на счетный вход.триггера 20, который переключает и изменяет состояния своих взаимоинверсных выходов. Выходные сигнахы триггера переводят -экстремальный регулятор 16 из автоматического режима шагового поиска экстремума на режим поддержания значения выходного сигнала последнего шага, переключает переключающее реле 18, которое выход экстремального регулятора 17 подключает к входу блока 19 определения достижения экстремума, а экстремальный регулятор 17 переводит в автоматический режим шагового поиска экстремума.

Поиск оптимального режима аэрации осуществляется аналогично описанному (Таким образом, в течение всего процесса культивирования микроорганиз мов поочередно осуществляется регулирование температуры и подачи воздуха на аэрацию путем поддержания экстремального значения экономического коэффициента.

В результате управления расходом воздуха на аэрацию и температурой при помощи предлагаемой системы получело увеличение биомассы по сравнению с известкой. Кроме того, система позволяет рационально использовать воздух для аэрации.

формула изобретения

Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов по авт. св. № 1193171, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, она снабжена дополнитель- . ным экстремальным регулятором, регулятором расхода воздуха, связанным с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи воздуха, и последовательно соединенным переключающим реле, блоком определения достижения экстремума и триггером, при этом последний подключен к переключающему рале и одному из входов экстремальных регуляторов, другие входы которых связаны с блоком определения экономического коэффициента, а выходы экстремальных регуляторов соединены соответственно с регулятором температуры и расхода воздуха, причем последний соединен с датчиком расхода воздуха на аэрацию.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для автоматического управления периодическим процессом выращивания биомассы микроорганизмов и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1193171. С целью повышения выхода биомассы система дополнительно снабжена экстремальным регулятором (ЭР) 17. Сигнал с ЭР 17 поступает на регулятор 10 для изменения расхода воздуха на аэрацию. В зависимости от текущего значения экономического коэффициента, определяе-. мого в блоке 15, сигнал поступает на экстремальные регуляторы 16 и 17, работой которых управляет триггер (Т) 20. На счетный вход Т 20 поступает сигнал с выхода блока определения достижения экстремума (БОДЭ) 19, Т 20 изменяет состояние взаимоинверсных выходов и переводит ЭР 16 из автоматического режима шагового поиска экстремума на режим поддер(Л жания значения Выходного сигнала последнего шага, переключает переключающее реле 18 и подключает выход ЭР 17 к входу БОДЭ 19, а ЭР 17 переводится в автоматический режим шагового поиска экстремума. 1 ил. ND С35 QP сл 4 К