Система автоматического управления периодическим процессом ферментации Советский патент 1982 года по МПК G05D27/00 

I

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для автоматического управления аэробными процессами микробиологического синтеза, а также в микробиологической и химико-фармацевтической про-, мышленности.

Известна система управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры стабилизации температуры, аэрации и кислотности среды в аппарате, включающие соответственно датчик измеряемого парамьтра, регулятор и исполнительный механизм, а также блок обработки управляющих воздействий и блоки реализации адаптивной модели, служащий для определения разности расчетного и текущего значений концентрации микроорганизмов, при этом на вход блока реализа-. ции адаптивной модели подключены датчики измеряемых параметров, а выход подключен к задающим входам регуляторов при помощи блока отработки управляющих воздействий 1,

Недостаток данной системы заключается в невысокой эффективности управления процессом, обусловленной тем, что в ней отсутствует коррекция подаваемого, на аэрацию воздуха по концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости и концентрации углекислого газа в отходящих

10 газах, отражающих потребности микроорганизмов в кислороде на различных стадиях процесса, в связи с чем подача воздуха не всегда соответствует оптимальной, что тем самым приводит

15 к снижению выхода целевого продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является известная система автоматического управления пе20риодическим процессом ферментации, содержащая контуры регулирования температуры, давления и аэрации, датчики растворенного кислорода и угле390кислого газа, соединенные с регулятором контура аэрации, блок дифферен цирования, логический блок и переключающее реле С23, Однако в известном способе качест во управления периодическим процессом ферментации в связи с его нестационарностью при использовании та кой системы невысокое, так как заданием постоянных настроечных параметров регуляторам концентрации растворенного кислорода в культураль . ной жидкости и концентрации углекислого газа в отходящих газах не может быть обеспечено поддержание указанных параметров процесса с минимальны ми отклонениями от их оптимальных значений, что в конечном итоге приводит к снижению выхода целевого продукта. Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта. Поставленная цель достигается тем что система автоматического управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры регулирования температуры, давления и аэрации, датчики растворенного кислорода и углекислого газа, соединенные с регулятором контура аэрации, блок дифференцирования, логический блок и переключающее реле, снабжена регулирующим блоком адаптации, подключенным через соответствующие переключающие реле к датчику растворенного кислорода и углекислого газа и их задатчикам раст воренного кислорода и углекислого газа , а выход - к задающему входу регулятора контура аэрации, при этом переключающие реле связаны посредством логического блока и блока дифференцирования с датчиком растворенного кислорода. На чертеже представлена схема системы автоматического управления периодическим процессом ферментации. Система содержит контуры регулирования аэрации, температуры и давления в ферментере 1, датчик 2 растворенного кислорода в культуральной жидкоети, датчик 3 углекислого газа в отходящих газах, подключенные ко входу первого переключающего реле , блок 5 дифференцирования, вход которого под.ключен к выходу датчика 2 растворенного кислорода, а выход подключен ко входу логического блока 6, связанного с первым переключающим реле А и вторым переключающим реле 7, ко входам которого подключены задатчики 8 и 9 растворенного кислорода и углекислого газа соответственно, выход первого переключающего реле и выход второго переключающего реле 7 подключены соответственно к переменному входу и к задающему входу регулирующего блока 10 адаптации. Контур регулирования аэрации состоит из датчика 11 расхода, подключенного к переменному входу регулятора 12, к задающему входу которого подключен выход регулирующего блока 10 адаптации, регулирующего концентрацию кислорода и углекислого газа, выход регулятора 12 подключен к исполнительному механизму 13, установленному на линии подачи воздуха на аэрацию. Контур регулирования температуры включает датчик k температуры, выход которого подключен ко входу регулятора 15, связанного с исполнительным механизмом 16, установленным на линии подачи охлаждающей воды. Контур регулирования давления содержит датчик 17, подключенный ко входу регулятора 18, связанного с исполнительным механизмом 19, установленным на линии отходящих из ферментера 1 газов. Устройство работает следующим образом. 6 начале процесса концентрация углекислого газа в отходящих газах незначительна, при этом сигнал от датчика 3, поступающий на переключающее реле 4, близок к нулю. На вход переключающего реле k поступает также сигнал от датчика 2 растворенного кислорода в культуральной жидкости. Этот же сигнал поступает на вход блока 5 дифференцирования. В данной фазе процесса потребность микроорганизмов в кислороде невелика и подача воздуха в зависимости от концентрации кислорода является достаточной, при этом последняя в культуральной жидкости устанавливается на определенном уровне. При постоянном значении концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода скорость изменения растворенн{эго кислорода, измеряемая с помощью блока дифференцирования 5 равна нулю, и сигнал на выходе логического блокч 6 отсутствует. При этом первое переключающее реле Ч коммутирует сигнал с датчика 2 растворенного кислорода на переменный вход регулирующего блока 10 адаптации , а второе переключающее реле 7 коммутирует сигнал с задатчика 8 растворенного кислорода в культураль ной жидкости на задающий вход блока 10. Выходной сигнал блока 10 поступает на задающий вход регулятора 12, который формирует результирую щее воздействие на исполнительный механизм 13, обеспечивая при помощи его подачу воздуХа на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода. По мере дальнейшего развития микроорганизмов потребность их кислорода увеличивается, концентрация растворенного кислорода в культуральной жидкости снижается, а концентрация углекислого газа в отходящих газах, отражающая дыхательный метаболизм культуры, увеличивается. Подача воздуха в этом случае в зависимости от концентрации растворенного кислорода становится нецелесообразной. Понижение концентрации растворенного кислорода воспринимается датчиком 2 и вызывает появление сигнала на выходе блока 5 дифференци рования, поступающего на вход логического блока 6. При отрицательном значении скорости изменения концентрации растворенного кислорода на вхо де логический блок 6 выдает управляющий сигнал, воздействующий одновременно на переключающие реле Ц и 7 В этом случае первое переключающее реле 4 коммутирует на переменный вхо регулирующего блока 10 адаптации сиг нал от датчика 3 углекислого газа в отходящих газах, а второе переключаю щее реле 7 коммутирует на задающий вход блока 10 сигнал с выхода задатчика 9 углекислого газа. При увеличе нии концентрации углекислого газа в отходящих газах в связи с повышением интенсивности протекания метаболичес ких процессов происходит возрастание сигнала на выходе блока 10, который поступает на регулятор 12, где форми руется результирующее воздействие, направленное на увеличение подачи аэрирующего воздуха с помощью исполнительного механизма 13С понижением интенсивности метаболических -процессов происходит снижение концентрации углекислого газа в отходящих газах и повышение содержания растворенного кислорода в культуральной жидкости, что приводит к возрастанию величины скорости изменения концентрации растворенного кислорода. При положительной величине скорости измене чия концентрации кислорода, измеряемой блоком 5 дифференцирования,, логический блок 6 выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключающие реле и 7, с помощью которых происходит обратная смена регулируемых параметров на входе блока 10, корректирующего подачу воздуха на аэрацию. В этом случае переключающее реле k вновь коммутирует сигнал от датчика 3 на переменный вход регулирующего блока 10 адаптации, а второе переключающее реле 7 коммутирует на задающий вход блока 10 сигнал от задатчика 8 концентрации кислорода. В зависимости от величины сигнала рассогласования между переменной и заданием блок 10 формирует корректирующее воздействие на изменение подачи воздуха на аэрацию, которое поступает на регулятор 12, формирующий результирующее воздействие, направленное в этом случае на уменьшение подачи аэрирующего воздуха с помощью исполнительного механизма 13, при этом осуществляется регулирование концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода в соответствии с потребностями микроорганизмов. Подача воздуха в зависимости от концентрации кислорода осуществляется также и в том случае, когда вследствие дальнейшего снижения скорости развития микроорганизмов концентрация кислорода в культуральной жидкости повышается и в-среде устанавливается определенный постоянный уровень концентрации кислорода. В этом случае скорость изменения концентрации растворенного кислорода уменьшается и становится равной нулю, при этом выходной сигнал блока 5 дифференцирования также равен нулю, и работа корректирующего контура аналогична рассмотренному выше. Стабилизация температуры и давления в,ферментере 1 осуществляется

соответственно с помощью регуляторов 15t 18 и исполнительных механизмов 1б, 19, воздействующих на подачу хладагента и сброс отходящих газов.

Предлагаемая система автоматического управления периодическим процессом ферментации обеспечивает увеличение выхода целевого продукта по сравнению с известным техническим решением той же задачи.

Формула изобретения

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры регулирования температуры, давления и аэрации, датчики растворенного кислорода и углекислого газа, соединенные с регулятором контура аэрации, блок дифференцирования, логический блок

и переключающее реле, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, она снабжена регулирующим блоком адаптации, подключенным через соответствующие переключающие реле к датчику растворенного кислорода и углекислого газа и их задатчикам растворенного кислорода и углекислого газа, а

выход - к задающему входу регулятора контура аэрации, при этом переключающие реле связаны посредством логического блока и блока дифференци(5ования с датчиком растворенного кислорода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 05 D 27/00, 1975/

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2769236/13,

кл. G 05 D 27/00, 1980.

t

}(лодагент

Воздух

у

f