Система для автоматического управления группами аппаратов циклического действия Советский патент 1982 года по МПК G05D27/00 

1

Изобретение относится к микробиологической и медицинской промышленности и применяется в системах для автоматического управления группами аппаратов циклического действия ферментационных строений, например ферментеров, ипокуляторов, коллекторов.

Известна система для автоматического управления группами аппаратов циклического действия, включающими ферментеры, инокуляторы и коллекторы, содержащие датчики расхода воздуха, температуры, давления, уровня жидкости и пены, исполнительные механизмы п взаимосвязанные блоки преобразования входных сигналов, регулирования, дистанционного управления исполнительными механизмами, сравнения, формирования аварийных сигналов, индикации измеряемых параметров и выполняемых операций, автономного обмена информацией, управления загрузкой, посевом и разгрузкой аппаратов, автономного и централизованного управления .

Однако эта система не обеспечивает автономного управления термозащитой транспортных коллекторов, проверкой герметичности и стерилизации аппаратов и коллекторов, процессом выращивания, аварийной разгрузкой и подготовкой. Кроме того, данная система не обеспечивает централизованный обмен информацией с эмиттерно-вычислительной мащиной и децентрализованными устройствами пневматического управления аппаратами и транспортными коллекторами, что приводит к значительным потерям времени и нестерильным операциям, снижению производительности ферментационного строения. Целью изобретения является повышение

производительности за счет сокращения длительности подготовительных и предотвращение нестерильных операций.

Цель достигается тем, что система для автоматического управления группами аипаратое циклического действия снабжена датчиками расхода реагентов, температуры стерилизации аппаратов, уровия, соединенными с входами блоков преобразования, выходы которых нодключены к блокам

автономного обмена информацией и дистанционного управления исполнительными механизмами; задатчикамн регуляторов и временных программ, подключенными к блоку регулирования, взаимосвязанными

между собой но количеству аппаратов блоками управления проверкой герметичности, стерилизации, процесса выращивания, аварийной разгрузкой и подготовкой аппарата, выходы этих блоков соединены с блоками регулирования, автономного обмена информацией, индикации выполняемых операций, формирования аварийных сигналов, дистанционного управления исполни-тельными механизмами управления термозащитой коллекторов, а входы их - с бло-5 ками сравнения и автономного управления, и взаимосвязанными между собой но числу коллекторов блоками управления проверкой герметичности, стерилизации .и координации, выходы которых связаны с бло-ю ками автономного обмена информацией, индикации выполняемых операций, регулирования, формирования аварийных сигналов, дистанционного управления исполнительными механизмами коллекторов, а15 входы - с блоками сравнения и автономного управления коллекторами и блоком обмена информацией, а последний соединен с блоками автономного обмена информацией. На чертеже изображена блок-схема системы для автоматического управления группами аппаратов циклического действия. Система включает аппараты 1 цикличес-25 кого действия - ферментеры, инокуляторы с установленными на них датчиками 2-9 ра:схода реагентов и воздуха, давления, температуры, стерилизации и ферментации уровней в аппарате, пены и в систе- ЗО ме охлаждения, коллекторы 10 с установленными на них датчиками 11-12 давления и температуры стерилизации, блоки 13 преооразования входных сигналов, соединенные своими входами соответственно с 35 датчиками 2-9 и 12, блоки 14 регулирования, связанные с блоками 15 задания установок регуляторам и временных программ и блоками 13 преобразования входных сигналов. Кроме того, система также40 снабжена блоками 16-17 дистанционного управления, исполнительными механизмами 18-22, установленными на соответствующих трубопроводах подачи реагентов, воздуха, отходящего воздуха, пара, воды в45 систему охлаждения аппарата 1, исполнительными механизмами 23-24 сброса и подачи пара в коллекторы 10 и позиционными исполнительными механизмами 25-26, установленными в аппарате 1 и коллекто-5о рах 10, блоками 27-30 индикации технологических параметров, автономного обмепа информацией, сравнения и формирования аварийных сигналов, взаимосвязанные блоки 31-38 управления, проверкой гер-55 метичности, стерилизации, загрузкой, посевом, выращиванием, разгрузкой, аварийной разгрузкой и подготовкой аппарата 1, блокам 35-41 автономного управления, индикации выполняемых операций и управле-QQ ния термозащитой коллекторов; блоками 42-43 управления проверкой герметичности, стерилизации, блоком 44 координации коллекторов, блоком 45 обмена информацией и блоками 46 и 47 централизованно-55 20 го управления и информации. При этом блоки 31-38 управления подключены своими входами к блокам 29 и 39 сравнения сигналов и автономного управления, а выходами к блокам 14, 17, 28, 30, а также к блоку 41 управления термозащитой коллекторов, блоки 42-44 управления соединены с блоками 14, 17 и 28-40, а блок 45 обмена информацией с ЭВМ, связанный с децентрализованными блоками 28 обмена информацией и блоками 46-47 централизованн ого управления и информации, На чертеже показаны блоки 2-9, 13-22, 25, 27-41 управления одним из аипаратов, блоки 42-44 управления одним из коллекторов, для управления соответственно остальными аппаратами и коллекторами система снабжена аналогичными блоками. Система работает следующим образом. Сигналы от датчиков 2--7 аппарата поступают в блок 13 преобразования входных сигналов, где осуществляется их фильтрация, линеаризация и масштабирование. С выхода блока 13 эти сигналы поступают в блоки 14, 27-29 регулирования, индикации технологических параметров, автономного обмена информацией и сравнения сигналов. Сигналы, соответствующие расходу реагентов через 14 и 16, поступают к исполнительным механизмам 18. Блок 15 задания уставок регуляторам и временных программ обеспечивает возможность изменения значения регулируемого параметра от оператора, также ввода программы изменения иараметра во времени, которые поступают в блок 14 в качестве задания. Сигналы от датчиков 3-6 через блоки 14 и 16 поступают к испол птельпым механизмам 19-22 установленным соответственно на трубопроводах подачи воздуха, отходящего воздуха, пара и воды. Включение, отключение и изменение задания регулятором осуществляют в зависимости от выполненной операции, информация о которой поступает от блоков 31-38. Посредством блока 27 осуществляется автономная избирательная индикация технологических параметров. Информация о значении измеряемых параметров также поступает в блок 28, где они сравниваются с фиксированными значениями и результирующий сигнал, представленный логическими «О и «1, поступает в блок 30 формирования аварийных сигналов, куда также поступает информация от датчиков 8-9 уровня пены и уровня в системе охлаждения, информация о выполненной операции требует положения исполнительных механизмов от блоков 31-38, а также информация об истинном положении исполнительных механизмов 18-22 и 25. Блоки 30 формируют сигналы отклонения параметров путем передачи на выход информации от блоков 29 в зависимости от выполняемой операции, а также сигналы несрабатывания исполнительных механизмов путем логического сравнения информации о требуемом и истинном их положении. Аварийная информация с выхода блоков 30 поступает на вход блоков 28 автономного обмена информацией, куда также поступает информация о значении технологических параметров от блоков 13 о выполняемой операции, соответственно от блоков 31-38, 42-44, 18-26, а также о выполнении программы и режима упоавления агрегатом или коллектором. При помощи блока 28 указанная информация передается блоку 45 центрального обмена информацией и через него в ЭВМ, а также в блоки 46 и 47 централизованного управления и информации.

Блок 31 управления проверкой герметичности обеспечивает выполнение требуемой последовательности операций наполнения аппарата сжатым воздухом, выдержки, контроля падения давления и т. д. При этом осуществляется формирование командной информации управления исполнительными механизмами и регуляторами, причем каждой операции соответствует определенная комбинация положения исполнительных механизмов, определяемая программой управления. Включение блока

31осуществляется по информации об окончании выполнения цикла от блока 38, переход от текущей операции к последующим - по информации о достижении давлением регламентных границ от блока 29 и информации от блока автономного управления 39.

Блок 32 управления стерилизацией обеспечивает выполнение заданной последовательности операций нагрева аппарата, выдержки, стерилизации трубопроводов и охлаждения. При этом осуществляется управление исполнительными механизмами, включение регулирования температуры и давление стерилизации. Включение блока

32осуществляется по информации об окончании проверки герметичности от блока 31 и информации пуска агрегата от блока 44 координации, передающейся посредством блоков 28 и 45, переход от текущей операции к последующим - по информации о достижении давлением, температурой стерилизации и уровнем в систему охлаждения регламентных границ от блока 29 и датчика 9.

Блок 33 управления загрузкой аппарата обеспечивает выполнение операций загрузки, заполнения системы охлаждения и охлаждения питательной среды. Включение блока 33 осуществляется по информации о завершении стерилизации от блока 32 и информации разрещения зягрузки, поступающей через блоки 28 и 45 от блока 44 координации загрузки, смена выполняемых операций по информации о достижении регламентных грапиц уровнем в аппарате, температурой ферментации от блока 29 и.информации о заполнении системы охлаждения от датчика 9.

Блок 34 управления посевом обеспечивает выполнение операций нагрузки посевного материала из посевного коллектора, а также при необходимости ручного засева. Включение блока осуществляется по информации о завершении загрузки от блока 33

и блока 44 координации посева, смена операций - по информации от указанного блока и блока 39.

Блок 35 управления выращиванием обеспечивает выполнение операций ферментацпн, пеногащения и аварийных блокировок при превыщении уровнем пены регламентных границ, а также при прекращении снабжения аппарата воздухом. Включение блока осуществляется по информации от

блока 34, смена операций - по информации от датчика 8. По информации, поступающей от блока 35 в блок 14, осуществляется включение регулирования подачи реагентов, а при необходимости, расхода воздуха и температуры ферментации по временной программе, заданной блоком 15.

Блок 36 з правления разгрузкой обеспечивает выполнение операций разгрузки аппарата и захолаживание культуральной

жидкости. Включение блока осуществляется по информации от блока 35 и информации разрещения разгрузки от блока 44 координации выгрузки, смена операций - по информации о достижении уровнем в

аппарате регламентной границы (0) от блока 29.

Блок 37 управления аварийной .разгрузкой обеспечивает выполнение операций выгрузки аппарата в трапную канализацию,

а также при необходимости, инактнвности аппарата - нагрева, выдержки, охлаждения. Включение блока происходит по информации от блоков 35 и 39, смена операций - по информации о достижении температурой стерилизации, уровнем з аппарате и в системе охлаждения регламентных границ от блоков 29 и датчика 9.

Блок 38 управления подготовкой аппарата обеспечивает, при необхо.т,имости, выполнение операций мойки аппарата растворами (например, щелочи) и водой, после чего формирует также команды исполнительным механизмам, при которых возможна

разгерметизация аппарата и, при необходимости, выполнение работ по его ремонту и профилактике. Включение блока происходит по информации от блоков 36 или 37, смена операций - по информации по достижении уровнем в аппарате и давлением регламентных границ от блока 29.

Смена операций в блоках 31-38 может осуществляться от блока 39. С его помощью также осуществляется изменение режимов

работы блоков и перевод к выполнению

произвольной операции по инициативе оператора.

Блок 41 yпpaвлeF ия термозащитой коллекторов служит для управления позиционными исиолнительпыми механизмами, установленными на трубопроводах передачи продуктов между коллекторами и аппаратом и исиолнительпыми механизмами отвода конденсата из этих трубопроводов. В зависимости от информации от блоков 44 координации и блоков 31-38 он обеспечивает формирование команд на подачу пара в коллекторы при отсутствии передачи продукта по данному коллектору, переход на локальную термозащиту при передаче продукта в другой аппарат и ее спятие при передаче продуктов в данный аппарат.

Блоки 40 обеспечпвают автономную ипдикацию выполняемых операций, блоки 17 и 18 дистанционного управления псполнительными механизмами обеспечивают возможность дпстанциоппого управления при отказе блоков 2-15, 27-41, 42-44 и наладочном режиме.

Каждый из коллекторов (загрузочный, выгрузочный, посевной и т. д.), число которых зависит от полз чаемого продукта, снабжены датчикамп 11 п 12 давления и температуры стерилизации, исполиительными механизмами 23 и 24 сброса и передачи пара, а также позиционными иснолнительными механизмами 26. Управление работой коллекторов осуществляется посредством блоков 13-17, 27-30, выполняющих те же функции, что и одноименные блоки аппарата, а также блоков 42-44 управления проверкой герметичности, стерилизацией и координации по количеству коллекторов.

Информация о зпачепии давления и температуры в коллекторе обрабатывается в блоках 13 и 14 п через блок 16 поступает на исполнительные механизмы 23 и 24 соответственно, чем достигается регз лировапие этих параметров при выполнении oneрации стерилизации.

Блок 42 обеспечивает выполнение последовательности операций набора давления воздуха, выдержки, контроля падения давления при проверке герметичности коллектора.

Включение блока осуществляется по информацпи разрещения от блоков 44 и 39, смена операций также по информации от блока 39 и информации о достижении давления регламентных границ от блока 29.

Блок 43 обеспечивает выполненне операций нагрева коллектора и стерилизации. Включение блока осуществляется по информации от блоков 44, 42 и 39, смена операций по информации о достижении температурой регламентного значения. При выполнении операции стерилизации от блока 43 поступает информация в блок 14 на

включение регулирования температуры и давления.

При выиолпени каждой из операций блоками 42, 43 формируются соответствующие управляющие воздействия, передающиеся через блоки 16 и 17 к исполнительным механизмам.

Блок 44 осуществляет координацию аппаратов 1 при передаче продукта по соответствующему коллектору. Он воспринимает информацию о готовности аппаратов данной группы к передаче продукта от блоков 31-38 аппарата, передающуюся посредством блоков 28 аппарата и коллекторов и блока 45, информацию о готовности аппаратов смежной группы, передающуюся через блоки 45 и 28 и информацию о готовности коллектора от блоков 43. Результатом обработки этой информации является формирование команд разрещения взаимодействия, поступающих в блоки 31-38, 41 п к смежной группе апнаратов, а также команд управления позиционными исполнительными механизмами и регуляторами, что обеспечивает снятие термозащиты с коллекторов и передачу продукта по требуемому пути. По окончании передачи продукта включаются блоки 42, 43 или повторно 44. Блок 44 обеспечивает одновременное взаимодействие только одного аппарата в группе.

15лок 45 обмена информацией обесцечивает обмен информацией между блоками аппаратов 1, коллекторов 10, блоками 46 и 47 централизованного управления и информации, а таклсе накопление и обмен информацией с ЭВМ. Посредством блока 46 осуществляется централизованное изменение режимов работы, смена программ, а также изменение заданного значения регулируемых параметров каждого аппарата и коллекторов по вызову. Блок 47 обеспечивает представление оператору детальпой информации о значении технологических параметров и задания выполняемой программы, времени от ее начала, положении исполнительных механизмов, а также информации об отклонении технологических параметров и несрабатывании исполнительных механизмов аппаратов 1 и коллекторов 10 по вызову.

Использование предлагаемой системы для автоматического управлеиия группами аппаратов циклического действия обеспечивает сокращение длительности подготовитель гых операций в связи с автоматическим управлением проверкой герметичности и стерилизацией аппаратов и коллекторов, управлением аварийной загрузкой и подготовкой аппаратов, более чем па 30% повыщение производительности и сокращение расхода пара на стерилизацию; предотвращение нестерильных операций за счет термозащиты и стерилизации транспортных коллекторов и стерилизации аппара