Способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов

,775122 Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву- (22) Заявлено 160778 (21) 2646983/28-13 с присоединением заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 30,10,80, Бюллетень М 40 Дата опубликования описания 301080(51)М К,з С 12 В 1/08 Государственный комитет СССР по делан изобретений и открытийКиевский институт автоматики им. ХХН съезда КПСС(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ 25 др (Ос ОЬ) Сдр САпри Э=сОп 51 )Сс йСф ОЬ)с . с где 6 , С - количество дрожжей исубстрата;30 Ое Яъ - расход сусла и воды; Изобретение относится к микробио-, логической промышленности.Известен способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, использующий для выработки управляющего воздействияподстраиваемую математическую модель ферментации.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсяспособ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, предусматривающий определение величины экономического коэффициента использованиясубстрата через определенные промежутки времени, сравнение с предыдущим значением и в зависимости от результата сравнения корректировку концентрации питательного субстрата и расхода воздуха и раствора питательных солейНедостатками известных способов автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов является то, что они мало эффективны, так как предлагают управление по статической характеристике процесса, который обладает значительной инер. ционностью и в промежутках времени 4-6 ч (время переходного процесса) 2является неуправляемым по концейтрации питательного субстрата.Целью изобретения является интенсификация процесса культивированиямикроорганизмов и повышение эффективности использования питательного субстратаа.Эта цель достигается тем, что коррекцию концентрации субстрата осу ществляют в зависимости от величиныконцентрации питательного субстрата,соответствующей наибольшему усредненному значению коэффициента выходабиомассы.15 При этом вычисление коэффициентавыхода биомассы производят с учетомдинамики процесса, путем периодического определения значений ординат весовой функции, которые используют для 20 приведения количества поступающихпитательных веществ к выходу объектауправления - концентрации дрожжей вдрожжерастильном аппарате. В статикеСдр, Со - концентрация дрожжейи питательного субстрата;0 - скорость разбавления.С учетом динамических свойств процесса мгновенное значениесд 5, (27С.с) (."Ь-тгде п - весовая функция,Т - "память объекта" (времяпереходного процесса канала С СА, при 0сопят.);с - текущий момент.Процессами, которые обладают динамическими свойствами, присущими процессу культивирования микроорганизмов, необходимо управлять таким-образом, чтобы получить максимальное значение показателя, по которому ведут управление за известный промежуток времени Т, равный в настоящем способе длине "памяти объекта", С учетом этогот,+Т,1 =Огде Н - количество решений задачи наинтервале времени Т;и - количество ординат весовойфункции Ь.35При этом технологические ограничения по концентрации остаточных пит атель ных в еществ Ссост.те и концентсост. тех н раций дрожжей Сдр . в выходящей из дрожаппарата суспензии представлены как 40С )"с.ост.техн - .- Сс.ост (ЙЧАр техн - Н Т- Сдр (Й=где Со ост и С р - параметры, аналогичные расположенным в левой части неравенств (5) и (6), рассчитываются в вычислительном устройстве.Реализация предлагаемого способа осуществляется следуюдим образом.Допустимую область изменения концентрации питательного субстрата раз,бивают на ряд значений. Каждому из этих значений при моделировании на адаптивной динамической модели соот. ветствует определенная траектория дви- жения процесса по концентрации дрожжей и остаточным питательным веществом в дрожжевой суспензии, выходящей иэ дрожаппарата, и вычисленное по со ответствующей Формуле значение коэффициента выхода биомассы, которые усредняются на интервале времени, равном длине "памяти объекта". Среди полученного .ряда траекторий, удовлетворяющих 65 ограничениям, выбирая ту, котораяимеет наибольшее усредненное значениекоэффициента выхода биомассы, а соответствующее ей значение концентрациипитательного субстрата используют длякоррекции текущего значения концентрации питательного субстрата на промежутках времени, меньших длинМ переходного процесса.На чертеже представлена блок-схема способа автоматического управленияпроцессом культивирования микроорганизмов.Используя информацию о процессевыращивания дрожжей вдрожаппарате 1,поступающую от датчика 2 концентрацийостаточных питательных веществ и датчи:ка 3 концентрации дрожжей на линиидрожжевой суспензии,.выходящей из .дрожаппарата,а также от датчика 4 и 5расхода питательных веществ и водына линиях материальных потоков сусла и воды. на разбавление, датчика 6концентрации питательного субстратана линии подачи в аппарат и датчика7 объема культуральной жидкости ваппарате, блок Ь адаптивной модели,представляющий собой систему дифференциальных уравнений, периодическиподстраивают, приводят кадекватностипроцессу в аппарате. Используя блок8, блок 9 определяет значения ординат весовой функции Ь,применяемойв Формуле(2)для учета динамики процесса.Моделируя в блоке 8 процесс культивирования микроорганизмов при различных значениях концентрации питательного субстрата, получают соответствующий ряд траекторий движениясистемы (процесса), каждой из точек.которых соответствуют определенныезначения концентрации дрожжей и концентрации остаточных питательных веществ в выходящей из дрожаппаратадрожжевой суспензии и вычисляемыев блоке 10 по Формуле (2) значениякоэффициента выхода биомассы. Вычисленные в блоках 8 и 9 значения концентрации дрожжей, остаточных питательных веществ и коэффициента выхода биомассы поступают в блок 11,где их усредняют по Формулам (4),(5) (6) и одновременно проверяют наограничения - формулы (5), (6)Если ни одна иэ траекторий не удовлетворяет заданным ограничениям, то сигнал об этом из блока 11 поступает на исполнительный орган 12 на линии дрожжевой суспенэии, выходящей из дрожаппарата, на частичное перекрытие.При выполнении ограничений Частью траекторий либо всеми среди них в блоке 11 находят траекторию с наибольшим усредненным значением коэффициента выхода биомассы и соответствующее ему значение концентрации питательного субстрата. Сигнал, соответствующий найденному значению концент775122 Формула изобретения оставитель Г. Богачева ехред Л. Щепанская Кор р Г. Решетни Редактор Г. Прусова 522 Покомитета СССРи отрытийская наб., д. 4/ Заказ 7 б 5 писно Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная,рации питательного субстрата, иэ блока 11 поступает в блок 13 регулирования соотношения между суслом и водой с целью достижения требуемого изменения .концентрации подаваемого в дрожаппарат питательного субстрата. На выходе блока появляются сигналы, управляющие исполнительными механизмами 14 и 15, соответственно на линиях подачи сусла и воды на разбавлениеНа линии поступления питательного субстрата в аппарат установлен датчик 1 О 16 расхода питательного субстрата, который совместно с датчиками 4 и 5 позволяет блоку 13. контролировать от- . работку заданных команд. Требуемый объем культуральной жидкости в дрож аппарате поддерживают контуром регулирования, состоящим из датчика 7, регулятора 17 и исполнительного механизма 18,установленного на,линии подачи питательного субстрата в аппарат. ;ЯИспользование способа на дрожжерастительных аппаратах емкостью 7/32 Тираж ВНИИПИ Государственногпо делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рау 1300 м 3 на одном из биохимическихзаводов приводит к увеличению коэффициента выхода дрожжей на 2,1 (в:среднем эа год) или к снижению себестоимости выпускаемых за год дрожжей на сумму в размере 19850 руб, наодин дрожаппарат. Способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, предусматривающий коррекцию концентрации подаваемого питательного субстрата, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что; с целью повышения эф- фективности использования питательного субстрата, коррекцию его концентрации осуществляют в зависимости от.величины концентрации питательного субстрата, соответствующей наибольшему усредненному значению коэффициента выхода биомассы.