Система управления периодическим процессом биосинтеза микроорганизмов Советский патент 1975 года по МПК C12B1/08 

1

Изобретение относится к микробиологИ. ческе и промышленности.

Известна система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, например биомассы кормовых дрожжей, содержащая контуры стабилизации температуры, аэрации и кислотности среды, включающие соответственно датчик измеряемого параметра, например рН, регулятор и иополнитепьный меха низм.

Однако использовать такую систему для оптимального ведения периодических процессов микробиологического синтеза не представляется возможным, так. как в аппарате в течение одного цикла работы меняются условия для развития культуры: накапливаются продукты обмена, тормозящие дальнейшее развитие культуры; уменьшаете ся количество питательных веществ; изменяется кислотность среды и поэтому затруднительно получение адекватной математической модели процесса без проведе- ния глубоких поисковых исследований.

Поэтому в зависимости от изменяющихся условий развития культуры необходимо .искать и поддерживать оптимальные зна- .чения основных тех,н логических парамет- ров процесса.

Цель изобретения повысить произво; дительность ферментера для выращивания

1 МИКрООрГаН1 ЗМОБ.

Это достигается тем, что предложенная система упраьдения снабжена блоком

отработки управляющих воздействий и блоком реализации адаптивной модели, служа- шкм для определения разности расчетного и текущего знсчений концентрации микроорганизмов. При этом на вход реализации адаптивной модепи процесса подключены датчики измеряемых параметров, а выходы подключены к соответствующим задающим входам регуляторов контуров стабилизации при помощи блока отработки управляющих воздействий.

На чертеже показана принципиальная схема системы автоматического управления периодическим процессом биосинтеза микроорганизмов. Скствмв. соаержкт контурь стабипиза цйи температурь,, аэрацмй шкпотт сгя средьЕ и хонгролй ма&ленйя воздуха FJ фет -мецтере 1 н коллекторе, вычислительное устройство, включающее блок 2 раализации адаптивной модели проаесса и блок 3 управляющих воздействий, вход последнего иодключен к выходу блока 2 реализации адаптивной моделя; устройство фиксации момента окончания процесса фермеьгации, представляющее собой элемент 4 срв.вненкя и устройство ыварийнсй бпоккровкЕ фэрмеЧ терй. Контур стйбяпизацЕИ т81-л11вратуры зхлк -;чает датчик 5 температуры, соединенный со входом преобразователя 6, выход которого подключен к ггеременно№/ входу рагу- лятора 7, связанного с исполнительным , механизмом 8, установленным на линии яс- дачи охлаждающей воцы. Контур Стабилизации аэрации состоит из .датчика 9 расхода,, выход. которого соеди мен со входом jrpf-.образователя 1О, поцкто ченного к Переменному входу регулятора 1 расхода, связанного с исполнительными механизмами 12 и 13, установленными соответственно на линиях входа и выхода всзду ха на аэра,пяю. Р Контур стабилизации кис,потности среды включает погруженный в ферментер датчик 14 рН - метра, подключенный посредством преобразователя 15 л входу регулятора 16 выход которого соединен с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи в фермент среды, регулирующей кяс лотность натуральной жидкости. Контуры контроля давления в коллекторе стерильного возду:г ;а и а ферментере со-держит датчики 18 и 19, выходы которых соег,янены соответственно с показь вающим и сигнали,эируюцшм приборами ,20, 21 и 2 Выход сигналиэир аошего гфибора 22 подключен к индЕпштору -23 и исполнительным механизмам 12 и 13. На вход блока 2 реализации адаптивной модели подк,лючены выходы датчиков 24, 25, 2.6, 5 и 14 основных технологических параметров процесса: концентрации, коли- чества питательной среды, количества кислорода в отход5ццем возду,хе, температзфы кислотности среды. Кроме того, к вхо,цной положительной камере элемента 4 сравнения подключен датчик 24 гсонцентрации при помощи элемента 27 запоминания максиму ма, а к входной камере элемента сравнени датчик концентрации подключен непосредст- венно. Выход 3(T MeHTa србаиеиия соединен с индикатором 28 LH- 6jiOKOM 3 управляющих воздействий. Контур автоматической блокировки апоарата содержит сигк-,кзатор 22 давлеHKHi вход ,которо;Гс по,а:,, 7ючен к датчику 14 д,авлек:й,я, а аыход - к индикатору 23 и входу обратного гсшиака 29, выход коорого соединен с исполнительными меха- и,гмами 12 и 13 к выходы нормально открытого контакта 30, соединенного с вьь« кодом рягулятора 11. Система автоматического управлени,я процессом работв,ет след тошим образом. Математическое выракеЕиэ Б виде функ- ционаиьЕОй завискмостк ожидаемой концентрации антибиотика в завнсимостк от информации о состоянии культурь на- бирается в блоке 2. При поступлении информации на вход блока 2 от датчиков 14, 5, 24, 25 :i 26 это вырежение решается , и может служить рекомендацией аппарат чнку при О ,-сутстЕИн: б,пока 3 управляющи: бс)и деист ви и, В системе травления BF,ji4Hc.neHHbie па-раглетры модели пю-ступают на вход блока 3 иравллюши : воздействий, где в зависигч-юсти ст значимости каждого параметра на денной стадии развития отрабатыва отс,я управпяюшие воздействия определенной вепкчкнь по каждому параметру, которые черб,э каналы связи пост тгают в задающие входы соогветствующ,их регуляторов 11,7 и 16, устанавливающих с помощью исполнительных механизмов значения расхода воз,ауха, температуры, кислотности, способствуюш,ие оптимальному ,1нтезу антибиотика. При посгуплении новой информации от датчиков состояния ку, в блоке 2 реализации адаптивной 1у одели получает ноБОе решение (задание регуляторам) и блок 3 мен,яет воздействия в задающих входах регулятороз контуров стабилизации ocHOBHbsx параметров так, чтобь в фермен-таре установились условия, благоприятные выделению антибиотика на данной стадии раэ;эитий культуры. iEcnH количество продукта в культурально,й жидкости растет, то сигнал от датчи« ка концентрац,ии 24 уве,яичивается и посTjTiaeT Б положи ,ге,льа,ый к отрицатель ный в:х;оды элементе 4 срави;ения. Когда же биосинтез прекращается и сигнал от датчика уменьшается, то он проходит только в огрицательнь1,ч вход., а Б положительно, камере ,запомните я больший предыдущий сигнал. 1а выходе элеь4ента 4 сравнения возникает ;Цнскрет