Система управления процессом культивирования микроорганизмов Советский патент 1983 года по МПК G05D27/00 

Изобретение, отаосится к области микробиологии, р.частности к системам .управления процессом культивирования M0KpoopraHH3MOBi испольауемым в проиэводстве бёлково- витаминных хонцентратов (БВК), ферментов, антибиотиков.

По основному авТгСВ. NJ 635736 описана система управления -процессом культивирования микроорганизмов, включающая ферментер, пульт управления, блок датчиков контролируемых-параметров, связанный с первым вхором пульта управления, устройство ввода данных химического анализа, рвязанноёс вторым входом пульта управления, блок началь ных уставок управляемых параметров, блок исполнительиых механизмов и блок суммирования, к одному взсоиу которого подключен пульт управления, вторбй вход зсюединен с блоком начальных уставок управляемых параметров, а выход с блоком исполнительных механизмов, блок сканиру{6ших микроскопов, блок памяти, бпок формирования сигналов коррекции, при этом к входам блока памяти подключены блок датчике контролируемых параметров, устройство ввода данных химического аналиэа,пульт управления и вычислитель морфологических признаков, оцин из входов которого соединен с первым выходом блока памяти, второй выход - .с пультом управления; второй вькод блока памяти подсоединен к блоку формирования сигналов коррекции, входы которого соединены с блоком датчиков контролируемых параметров, вычислителем морфологических признаков, устройством ввода данных химического анализа, а выход блока фор«1ирования сигналов коррекции посредством ключа управления соединен с пультом управления и блоком суммирования ±3 . .

Цель изобретения - повышение производительности ферментера.

Для этого система управления процессом культивирования микроорганизмов дополнительно содержит коррелятор, сумматор и блок вычислителя критерия состояния дрожжевой популяции, один из входов которого связан с блсжом датчиков контролируемых параметров, другой - с выходом вычислителя морфологических признаков, а выход - с одним из входов коррелятора, второй вход которого связан с блоком датчиков контролируемых параметров, а выход - с входом сумматора, одновременно подкл о ченного к блоку формирования сигналов

коррекции, выход сумматора соединен с блоком исполнительных механизмов.

На чертеже изображена структурная схема системы управления процессом культивирования микроорганизмов.

Система содержит ферментер 1, блок 2 датчиков контролируемых параметров процесса ферментации, блок 3 суммирования, блок 4 исполнительных механизмов, .пульт 5 управления, блок 6 нв чальных уставок управляемых параметров, устройство 7 ввода данных химического анализа, блок 8 сканирующих микроскопов, вычислитель 9 отличительньрс морфологических и статистических признаков культуры микроорганизмов, блок 10 памяти отличительных признаков процесса ферментации и удовлетворительных решений технолога для них на изменение управляемьк параметров блок И формирования сигналоа коррекции управляемых па раметров, ключ 12, блок 13 вычислителя критерия состояния, коррелятор 14 и сумматор 15 корреляционно-экстремальной системы. Секции ферметера соединены с блоком 8 сканирующих микроскопов, на выходе которых датчики (на чертеже .не показаны) оптической плотности соединены сз первым входом вычислителя 9 морфологических признаков, культуры микроорганизмов, а второй вход вычислителя 9 соединен с выходом блока 1О памяти, в котором записаны удовлетворительны решения на измене ние управляемых параметров, а также отличительные морфологические и статистические признаки культуры микроорганизмов, на основании которых ранее были приняты удовлетворительные решения, позволяющие улучшить техникоэкономические тюказатели процесса ферментации (количество .и качество продукта). В блок 1О памяти поступают также данные с блока 2 датчиков контролируемых параметров процесса ферментации и с устройства 7 ввода данных химического анализа. Выход блока 1О памяти соединен с входом блока 11 формирования сигналов коррекции, на вход которого поступают данные с блоков 2, 7 и вычислителя 9. Выход блока 11 формирования соединен через сумматор 1 ключ 12 пульта 5 управления с блоком 3 суммирования Вход блока вычислителя 13 критерия состояния соединен с блоком 2 и вычислителем 9, а выход блока 13 соединен с коррелятором 14, на вход последнего также поступают ценные сблока 2 датчиков контролируемых параметров. Выхоа коррелятора. 14 соединен с входом сумматора 15 корреляционно-экстремальной системы, выхоц которого соединен че.рез ключ 12 с входом пульта 5 управления и блоком 3 суммирования. Выход пульта 5 управ . ления соединен с входом блока 3 суммирования и с входом блока 10 памяти. Выхов блока 6 начальных уставок управляющих параметров соединен с входом . блока: 3 суммирования, вход которого ере динен с входом блока 4 исполнйтелысых механизмов, изменякших подачу компо неитов в ферментер X. Система работает следующим обра- Работа системы .начинается с обучения, для чего ключ 12 устанав ливается в нейтральном, положении. На пульт 5 управлейий и в блок 10 памяти поступают ванные с блока 2 датчиков контролируемых физико-хими юск1К пара-метров, с вычислителя 9 отличительньк Л орфологичёских приж1аков культур, микроорганизмов и химические данные . с устройства 7. По этим ааиным с пульта 5 управления принимают решение изменить в определенной последовательности некоторью .диапазоны, упрамйе мых ксжтролируемых параметров, задайае мых блоком 6. Значения величины: и знака изменен.1й подачи в ферментер 1 компонентов, рэгулирукяцнх эти параметры, поступакйр с пульта 5 управления в блок 1О пашти где они записьтаются на оДну Ьтранш1у рядом с данными блоков 2, 7 и вычислителя 9, для KOTOfa ix принято ре шение на изменение параметров. Если решение положительно, то эта страница с данными блоков 2, 7 и вьгчислителя 9 и соответствующим рещением на изменение величины и знака компонента ется в блоке 10 памяти. Если ретценв отрицательно в случае уменьшения выхода биомассы я ухудшения ее качества, то страница стирается из памяти. На этой же странице записывается во сколе ко раз увеличивается экономический показатель. С заданным дискретом по времени описанный цикл повторяется, и из на&ранных страниц для данного типа сырья, например парафина, в блоке 10 памяти составляется книга. Нулевые значения величины на изменение компонент и получ;аемые при этом положительные решения также записываются в блок 10 i памяти.При обучении нет необходимости эадаг вать УСЛОВИЯ для .отклонения прсшесса от нормы, а требуется, обрабатывать реально текушие процессы. После окончания обучения, прокоаяшего в течение некоторого времени Т (нецели, месяцы), производится математическая обработка подученных результатов (выбор метрики, весовьк коэффициентов и т.д.), а затем ключ 12 ставится в такое положение, что с.Истемй работает в режиме советчика (полуавтомата) следующим образом. Текущие данные с &1ок6в 2, 7 и вычислителя 9 (т.е. сушественно-информационнгда признаки npojiecca) поступают в блок i 1 рмиройания сигналов коррекций, где сравниваются по одному из алгоритмов распознавания образов с данными, записш1нь1ми на странкщах в блоке 1О памяти с соответствующими решениями. Блок 11 выбирает из блока 1Q памяти данные той страницы.книги для заданного типа сырья, .которые ближе всжго к данным текущего процесса, и с этой страницы берется записанное ранее положительное решение на изменение коррек.тнйкюих значений измё №Н11й ре гулируюш « параметров. В этом случае, если в режиме советчика Система работает зщовле тво- рйтепьно, то ключ 12 ставится в положение, при котором система переводится в автомат1йескйй режим рабрты,причем (удовпбтворительной считйается такая работа системы, при выполнении ее команд: fсоветов) экшомйчёский показатель из ниже того, к6та{х 1й записан на странице 1ШМЯТИ. В случае, если он оказывается выше, то прежняя страница стирает ся п для данного показателя записывають,ся новые данные и рейюния по ним. В качестве суш ственно-информационных признаков процесса ферментации . ,, , . . (классов), которью записываются в блок 10 памяти при проведении реального процесса на заводе, принимаются показания датчиков контролируемых параметров по всей технологической линии процесса ферментации и морфологические парамет ры (определяемые вь1числителем 9) культуры микроорганизме (самих 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.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ в ферментере по b&A j:::if., -авг.св. № 635736, о г л и ч а ю 1Ц а яс я тем, что, с целью псжышения произвоаителЕлюсги фермента, система пополнительно содержит коррелятор, сумматор и блок вьгаислителя критерия состоя. НИН дрожжевой популяции, оцин из вхоаов .которогб связан с блоком датчиков KOHTpOi лируемых параметров, другой -с выходом вычислителя морфологических признаков, а выхоа с одним из входов коррелят -: ра, второй вход которого связан с 5ло ком датчиков контроли| емых параметров, а выхоц - с входом сумматора, одновре Менно подключенного к блоку формирова.кия сигналов коррекции, суммато ра соединен с блоком всполнйтетлых : Механизмов. (Л со со ел о ел