Система автоматического управления периодическим процессом ферментации Советский патент 1988 года по МПК C12Q3/00 

Аифг

Изобретение относится к автомати ческому управлению периодически т процессами ферментации и может быть использовано в производствах микробиологической и химико-фармацевтической промьтшенности.

Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта за счет поры- шения качества управления.

На -чертеже представлена блок-схе- ма системы автоматического управлени периодическим процессом ферментации.

Система содержит контуры стабилизации температуры,давления, расхода воздуха на аэрацию и контур регулиро вания концентрации растворенного кислорода .

Контур стабилизации температуры в ферментаторе 1, содержит датчик 2, подключенный к входу регулятора 3, связанного с исполнительным механизмом 4, установленным на линии охлаждающей воды.

Контур стабилизации давления в ферментаторе 1 содержит датчик 5, подключённый к входу регулятора 6, связанного с исполнительным механизмом 7, у,с танов ленным на линии отходящих из ферментатора газов.

Контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию содержит датчик 8, йод ключенный к входу регулятора 9, связанного через сумматор 10 с исполни- тельным механизмом 11, установленным на линии подачи аэрирующего воздуха.

Контур регулирования концентрации растворенного кислорода включает датчик 12, подключенный к входу регулятора 13, связанного с регулятором 9, и к входу-обратной модели 14 без запаздывания, второй сумматор 15, связанный с выходбм обратной модели 14 без запаздьшания и с интегральньш блоком 16. Выход регулятора 9 под- ключей к второму входу второго сумматора 15 через блок 17 коррекции, а также на вход блока 18 получения модуля непосредственно. Выход сумматора 15 через интегральный блок 16 и выход блока 18 подключены к входам блока 19 умножения, подключенного к второму входу сумматора 10, связанного по первому входу с регулятором 9 расхода воздуха на аэрацию.

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации работает следуюирж образом.

5

5

0

0

5

0 5 Q

Концентраций растворенного кислорода в ферментаторе 1 измеряется датчиком 12, сигнал с выхода которого поступает на регулятор 13 растворенного кислорода и на вход обратной модели 14 без запаздывания.

При возникновении рассогласования между текущим и заданным значением концентрации растворенного кис- лорода, обусловленного потреблением микроорганизмами кислорода в ходе процесса ферментации, регулятор 13 формирует регулирующее воздействие, которое поступает в качестве сигна- ла коррекции на задающий вход регулятора 9, который формирует результирующее воздействие на исполнительный механизм I1. Выходные сигналы обратной модели 14 и регулятора 9, пройдя через блок 17 коррекции, кото- рьй обесдечивает согласование выхода регулятора 9 с вьпсодом обратной модели 14, сравниваются на сумматоре 15. При изменении параметров динамических характеристик контура регулирования растворенного кислорода вследствие изменения реологических свойств куль- туральной жидкости, ухудшения массо- обменных характеристик выходной прог цесс обратной модели 14 отклоняется от требуемого процесса, формируемого на выходе блока 17 коррекции, в результате чего возникает расс9гласова- ние на выходе сумматора 15. Используя это рассогласование, интегральный блок 16 формирует сигнал, который перемножается в блоке 19 с выходным сигналом блока 18 получения модуля выходного сигнала регулятора 9 и поступает на второй вход сумматора 10, обеспечивая тем самым такое изменение результирукяцего воздействия регулятора 9, при котором сигнал рассогласования на выходе сумматора 15 стремится к нулю. Измененное значение регулирующего воздействия с выхода сумматора 10 поступает на вход исполнительного механизма 11, обеспечивая посредством его подачу воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода с учетом изменившихся значений параметров динамических характеристик канала регулирования. При увеличении коэффициента усиления объекта по каналу регулирования 0, например при Кд (t (KO, К;и - ко- эффициен-пы объектй. и модели), сигнал

рассогласования на выходе сумматора 15 отрицателен5 что вызывает формирование отрицательного сигнала на выходе интегрального блока 16, который предварительно пройдя блок I9 умножения, поступает на вход сумматора 10, куда также поступает выходной сигнал регулятора 9. В результате чего ре- зультирующее воздействие на выходе сумматора 10, поступающее на вход исполнительного механизма 11, уменьшается. При уменьшении коэффициента усиления объекта, например в случае KO (t) К.1, действие в дополнительном контуре системы происходит в обратном порядке. Учитьшая5 что рассогласование на выходе сумматора 15 может быть разного знака (как положи- тельным, так и отрицательным), то в целях обеспечения устойчивости в систему вводится блок 18 получения модуля, который обеспечивает независимость изменения выходного сигнала блока 19 умножения от знака воздействия, формируемого регулятором 9, в результате чего обеспечивается устойчивость процесса формирования дополнительного воздействия.для устранения рассогласования на выходе сумматора 15.

Введение блока 17 коррекции упрощает реализацию системы и позволяет избежать операции дифференцирования при формировании обратной модели, поскольку динамические характеристики канала регулирования концентрации растворенного кислорода описываются динамическими звеньями. Для этого следует выбирать порядок оператора в блоке 7 коррекции выше или равным избытку ПОЛК1СОВ объектов управления над его нулями.

Стабилизация температуры и дав- ления в ферментаторе 1 осуществляется с помощью регуляторов 3 и 6 и исполнительных механизмов 4 и 7, воздействующих на подачу охлаждающей воды в рубащку либо в змеевик ферментатора 1 и сброс отходящих газов.

Результаты реализации системы автоматического управления периодическим продессом ферментации показали, что

0

5

0

5

0

5

0

5

0

качество регулирования концентрации растворенного кислорода в предлагаемой системе вьш1е, чем в системе по прототипу: время переходных процессов более чем в 2 раза, максимальное отклонение концентрации растворенного кислорода в 2 раза меньше. Это способствует увеличению выходного целевого продукта но предварительным дан1В 1М- на 2%.

Формула изобретения

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры стабилизации давления, температуры и расхода воздуха, подаваемого на азрацию, включающие соответственно датчик измеряемогс) параметра, регулятор и исполнительный механизм, контур регулирования концентрации растворенного кислорода, включающий регулятор и последовательно соединенные датчик и обратную модель без запаздывания канала управления процессом по величине растворенного кислорода, интегральный блок и блок умножения, отличающая- с я тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта за счет повы шения качества управления, она снабжена двумя сумматорами, блоком коррекции и блоком получения модуля, вход которого подключен к выходу регулятора расхода воздуха, а выход - к входу блока умножения, одновременно подключенного к интегрирующему блоку, причем выходы регулятора рас- хода и обратной модели без запаздывания подключены к соответствующим сумматорам, выход первого сумг матора связан с исполнительным меха низмом, установленным на линии поДа- чи воздуха, а выход второго сумматора - с интегрирующим блоком, при этом( регулятор контуров регулирования кон центрации растворенного кислорода и стабилизации расхода воздуха соедине ны между собой, вход первого сумматора - с блоком умножения и регулятор контура регулирования концентрации растворенного кислорода. «

Изобретение относится к автоматическому управлению периодическим процессом ферментации и может быть использовано в производствах микробиологической и химико-фармацевтической промышленности. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта зё счет повьшения качества управления. Система содержит контуры стабилизации температуры, стабилизации давления, стабилизации расхода воздуха на азрацию и контур регулирования концентрации растворенного кислорода. Контуры стабилизации температуры и давления включают датчик измеряемого параметра, регулятор и исполнительный механизм. Контур стаби- лизации расхода воздуха на аэрацию дополнительно содержит сумматор Ю, вход которого связан с ре-гулятфром 9ч а выход - с исполнительным мехлшФЗ мом 11. Контур регулирова«ия квйцент - рации растворенного кислорода включает датчик 12, подклнзченный к входу регулятора 13 и к входу обратной модели 14 без запаздьшания, первый сумматор 15, связанный с выходом обратной модели 14 без запаздывания с инте гральным блоком 16. Второй вход первого сумматора 15 через блок коррек- . ции 17 подключен на выход регулятора 9. Выходы интегрального блока 16 и блока 18 получения модуля подкточены к входам блока 19 умножения, подключенного к второму входу сумматора 10, связанного по первому входу с 1 егуля - TOD.OM 9. 1 ил. V с

ВНИШШ Saitas 2643/29 Тираж 520

Произв.-полигр пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное