Система управления процессом культивирования микроорганизмов в ферментере Советский патент 1990 года по МПК G05D27/00 

15

25

управляемых контролируемых параметров,д щих параметров, задаваемых блоком 6.

Значения величины и знака изменения подачи в ферментер 1 компонентов, регулирующих эти параметры, поступают с пульта 5 управления в блок 10 памяти, где они записываются на одну страницу рядом с данными блоков 2 и 7 и вычислителя 9, для которых принято решение на изменение параметров. Если решение положительно, то эта страница с данными блоков 2, 7 и вычислителя 9 и соответствующим решением на изменение величины и знака компонента остается в блоке 10 памяти, Если решение отрицательно в случае уменьшения выхода биомассы и ухудшения ее качества, то страница стирается из памяти. На этой же странице записывается во сколько раз увеличивается экономический показатель с дан- 30 ными дискретом по времени, оцисанньш цикл повторяется, и из набранных страниц для данного типа сырья, например парафина, в блоке 10 памяти составляется книга. Нулевые значения величины на изменение компонент и получаемые при этом положительные решения также записываются в блок 10 памяти.

При обучении нет необходимости задавать условия для отклонения процесса от нормы, а требуется обрабатывать реально текущие процессы. После обучения, проходящего в течение некоторого времени Т (недели, месяцы), производится математическая обработка полученных результатов (выбор метрики, весовых коэффициентов и т.д.), а затем ключ 12 ставится в такое положение, что система работает в режиме советчика (полуавтомата) следующим образом.

Текущие данные с блоков 2,7 и вычислителя 9 (т,е. существенно-информационные признаки процесса) поступают в блок 11 формирования сигналов коррекции, где они сравниваются по одному из алгоритмов распознавания образцов с данными, записанными на страницах в блоке 10 памяти с соотВ этом случае ветчика система рительно, то клю жение, при котор ся в автоматичес причем удовлетво такая работа сис полнении ее кома мический показат

20 которьвЧ записан В случае, если о то прежняя стран данного показате данные и решение

В качестве су онных признаков (классов), котор блок 10 памяти п ного процесса н показатели датч параметров по в линии процесса логические пара вычислителем 9)

J, низмов (caNnix м чений в них и в секций ферментер точек технологич ферментации.

Морфологическ ют в себя геомет форму, число час и включений т,д признаков приним характеристики э статистические х микроорганизмов, налу датчика опт сканирующего мик ческого анализа тема управления приходит в равно текущего процесс ками эталонного

Локальная опт идентификации па 14 оптимизации няет и дополняет равления ,

40

45

50

55

5

5

д щих параметров,

0

В этом случае, если в режиме советчика система работает удовлетворительно, то ключ 12 ставится в положение, при котором система переводится в автоматический режим работы, причем удовлетворительной считается такая работа системы, когда при выполнении ее команд (советов) экономический показатель не ниже того,

0 которьвЧ записан на странице памяти, В случае, если он оказывается вьш1е, то прежняя страница стирается и для данного показателя записываются новые данные и решение по ним.

В качестве существенно-информационных признаков процесса ферментации (классов), которые записываются в блок 10 памяти при проведении реального процесса на заводе, принимаются показатели датчиков контролируемых параметров по всей технологической линии процесса ферментации и морфологические параметры (определяемые вычислителем 9) культуры микроорга, низмов (caNnix микроорганизмов, включений в них и в среде) из различных секций ферментера 1 и из необходимых точек технологической линии процесса ферментации.

Морфологические параметры включают в себя геометрические размеры, форму, число частиц различной формы и включений т,д., причем в качестве признаков принимаются статистические характеристики этих параметров; статистические характеристики культуры микроорганизмов, рассчитанные по сигналу датчика оптической плотности сканирующего микроскопа; данные химического анализа с устройства 7, Система управления процессом ферментации приходит в равновесие, когда признаки текущего процесса совпадают с признаками эталонного оптимального.

Локальная оптимизация (блок 13 идентификации параметров модели, блок 14 оптимизации и сумматор 15) уточняет и дополняет работу систему управления ,

0

5

0

5

о

Система управления работает следую- 1ДИМ обрдзом.

На вход блока 13 идентификации из вычислителя 9 поступают значение МФ параметров, а также с устройства 7 - значения концентраций биомассы (X), остаточных углеводородов (S), фосфора (рдОд), азота (N), а также из блока 2 расходы компонентов питания углеводородного (S), фосфора (Ре У, азота (Ng), скорости разведения (D), объема аппарата (Y).

В блоке идентификации рассчитываются коэффициенты математической моде-j 5 ли процесса культивирования с учетом состояния культуры (МФ параметры) и параметров среды (S, N, Р) путем ми- . нимизации суммы квадрата разностей экспериментальных (за несколько часов,20 порядка 10 ч) и теоретических, рассчитанных по модели в блоке идентификации значений X,S,N,P.

.На вход блока оптимизации поступа15857868

С блока оптимизации сигналы коррекции поступают на сумматор 15, на другой вход которого поступает сигнал управления , получаемьй на блоке 11. В сумматоре происходит сложение этих сигналов с соответствующими удельнь1ми весами и вырабатывается общий сигнал управления

,Цксрр где и - общий сигнал управления; UKOPP сигнал управления, получаемый локально-оптимизационной частью системы; сигнал управления, получаемый обучающейся частью CHCTei tti; удельные коэффициенты. В случае отказа обучающейся части К равно 0.

Система может работать как в режиме советчика, так и в автоматическом режиме, для чего ключ 12 ставится в необходимое заданное положение.

Обучающая часть системы использует

и

К,К Ilel вли . i T-itiii j-i .ivw.j...-.

ют с блока идентификации текущие зна- 25 в своей работе информацию о процессе.

чения коэффициентов математической модели и затем в блоке рассчитьгоаются сигналы коррекции п одачи компонентов питания (Sj ,N-j ,Pj, ) и скорости разведения (D) таким образом, чтобы обеспечить минимум заданного критерия. Например, испытьшйется критерий/

30

полученную в течение ограниченного отрезка времени (недели, месяца). На производстве в процессе ферментации довольно часто (4-6 раз в сутки) возникают ситуации, ранее не встречающиеся, ив этом случае об чающая система дает отказ, Использование системы локальной оптимизации ликвидирует возможность отказов, так как эта подсистема не обладает ограниченной памятью и использует лишь текущую информацию о процессе ферментации, . В случае неадекватности модели при резкой разгрузке по парафину для своевременного уменьшения отбора в предложенной системе заполненнь1е в блоке 10 памяти значения нагрузки по парафину за предьщущие 4 сеанса коррекдаи нагрузки по парафину подаются в блоки 16 и 17 суммированияi где вычисляется полусуммы

где и UKOPP В К ра

и

,Ц где и - UKOPP В слу К равно

К,К 5 в своей работе информацию о процессе.

0

полученную в течение ограниченного отрезка времени (недели, месяца). На производстве в процессе ферментации довольно часто (4-6 раз в сутки) возникают ситуации, ранее не встречающиеся, ив этом случае об чающая система дает отказ, Использование системы локальной оптимизации ликвидирует возможность отказов, так как эта подсистема не обладает ограниченной памятью и использует лишь текущую информацию о процессе ферментации, . В случае неадекватности модели при резкой разгрузке по парафину для своевременного уменьшения отбора в предложенной системе заполненнь1е в блоке 10 памяти значения нагрузки по парафину за предьщущие 4 сеанса коррекдаи нагрузки по парафину подаются в блоки 16 и 17 суммированияi где вычисляется полусуммы

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в производстве белково-витаминных концентратов, ферментов, антибиотиков, является дополнительным к авт.св. N 1359773. Цель изобретения состоит в увеличении выхода биомассы. Система дополнительно содержит подсистему дополнительной коррекции скорости протока суспензии, включающую блоки 16, 17 суммирования значений подачи питания (парафина), подключенные к выходу блока 10 памяти, блок 18 вычитания, блок 19 сравнения, блок 20 заданных значений коррекции подачи питания, ключ 21 коррекции скорости протока и блок 22 заданных значений коррекции скорости протока, причем входы блока 18 вычитания подключены к выходам блоков 16, 17 суммирования значений подачи питания, а выход блока 18 вычитания соединен с блоком 19 сравнения, другой вход которого подключен к блоку 20 заданных значений коррекции подачи питания, а выход блока 19 сравнения соединен с ключем 21 коррекции скорости протока, соединяющим блок 22 заданных значений коррекции скорости протока с блоком 3 суммирования сигналов коррекции. 1 ил.

где g, - весовые результаты;

(пх),,,,(Рх„. .(i)r(|-)

- заi«A X X УА X ЗСГА

данные номинальные значения;

S,S,P,

,P.i,N,,N4нижнее и верхЛ;, нее регламентные значения концентраций остаточных углеводородов, фосфора, азота; константы.

2,

FRC3

- в блоке 16;

so

PRC52+PRC63 12

в блоке 17,

где РР - подача парафина (в скобках указан номер сеанса коррекций, например 6 - по- следний сеанс коррекции, предьщущий и т,д,; Z - заданное значение подачи парафина,

Далее в блоке ность .,

18 вычисляется раз- что позволяет определить падение парафина, а следовательно, своевременно изменить проток, а полученная разность в блоке 19 сравнения сравнивается с заданным значением падения подачи парафина PRZ1, цоступаемого с блока 20.

Если , то сигнал с блока сравнения замыкает ключ 21 коррекции скорости протока, и заданное значение коррекции скорости протока проходит с блока 22 в сумматор 3. В этом случае, если математическая модель адек- вантна, то каналы оптимизации (блоки ,13 - 15) и формирования сигналов коррекции (блок 21) при резкой разгрузке по парафину успевают своевременно уменьшать отбор (скорость про- тока), тогда отсутствует сигнал с блока 19 и ключ 21 остается разомкнуТЬ1М.

Пример. При работе системы управления часто наблюдались случаи, когда в системе, работающей на основе модели (блоки 13 - 15), блок 11 не успевал сбрасывать (корректировать) отбор дрожжевой суспензии при резкой разгрузке аппарата по парафину.

Текущее время коррекции, ч 4 6 8 10

кг/v; 2, кг/ч.

Если PRZ1 100 кг/ч, то PRZ::€ RZ1, блок 19 включает реле, замыкается ключ 21 и отбор уменьшается на заданную в блоке 22 величину, на 1 м /ч.

Такое своевременное уменьшение отбора приводит к тому, что биомасса н

Подача парафина, кг/ч

1450 PR 6 } 1300 2 1475 кг/ч; PRZ

Q 0

5 О

5

5

0

падает, т.е. процесс идет стабильно, а следовательно, в среднем с большей продуктивностью;

Таким образом, использование системы управления процессом культивирования микроорганизмов с дополнительно введенными блоками суммирования значений подачи питания (парафитан), вычитания, сравнения заданных значений коррекции подачи питания, заданных значений коррекции скорости протока и ключом коррекции скорости протока за счет дополнительной коррекции скорости протока суспензии с учетом подачи питания (парафина) позволяет улучшить экономические показатели процесса, что приводит к увеличению выхода биомассы (производительности) на 5% (с 2,6 г/л,ч до 2,73 г/л-ч).

Формула изобретения

Система управления процессом культивирования микроорганизмов в ферментере по авт. св. № 1359773, от л и- чающаяся тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, она дополнительно снабжена последовательно соединенными первым блоком суммирования значений подачи питания, блоком вычитания, блоком сравнения и ключом коррекции скорости протока, выход которого подключен к входу блока суммирования сигналов коррекции, а также блоком заданных значений коррекций подачи питания, выход которого подключен к входу блока сравнения, блоком заданных значений коррекции скорости протока, выход которого подключен к ключу коррекции скорости протока, и вторым блоком суммирования значений подачи питания, выход которого соединен с блоком вычитания, а вход - с входом первого блока суммирования значений подачи питания и с выходом блока памяти.