Система автоматического управления периодическим процессом ферментации

09) (11) А СЮ Св 05 МфСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИ ОБРЕТЕНИ .- ",ИЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР,У 488847, кл. С 12 Й 3/00, 1975.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2970682/28-13,кл. С 12 В 1/08, 1980, 154)(57) 1, СИСТЕИА АВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОМФЕРМЕНТАЦИИ, содержащая контуры стабилизации давления, температуры, коицентрации растворенного кислорода ивеличины рН в аппарате, включающиесоответственно датчики измеряемыхпараметров, регуляторы и исполнительные механизмы, блок определения холимчества выделяющегося углекислогогаза, включающий датчик концентрации углекислого газа в отходя.щих газах, связанный с ним и сдатчиком расхода воздуха, подаваемо-,го на аэрацию, блок реализации адаптивной динамической модели, имеющийблок Формирования модели канала управления процессом по величине рЦ,ОПИСАНИЕ АВТОРО 40 МУ СВ связанный с датчиком величины рН, блок умножения, о т л н ч а ю щ ая с я тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта за счет повышения качества управления, она снабжена корректирукяцим блоком, последовательно соединенными интегратором, вычислительным блоком и функциональным преобразователем, выходы которого через дополнительные блоки умножения подключены к выходу блока реализации адаптивной динамической модели, причем выходы дополнительных блоков умножения подключены к регуляторам растворенного кислорода, температуры и величины рн, при этом один из входов блока формирования модели эР кайала управления по температуре, величине растворенного кислорода и величине рН подключен соответственно к датчикам температуры, раотвореииого кислорода и величины рн, а йругие входы через корректирующий блок - к Я вычислительному блоку.2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок реализации адаптивной динамической модели оодер жит дополнительно блоки формирования модели канала управления процессом и температуре и по величине растворенного кислорода в культуральной жидкости10 5 20 Недостатком данной системы является низкое качество управления,обусловленное тем, что реализация рассчитанных управляющих воздействий при помощи регуляторов, не учитывающих изменений динамических характеристик в ходе процесса, вызывает колебания оптимальных условий культивирования и тем самым приводит к снижению выхо. да целевого продукта.30Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является система автоматического управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры регулирования темЭ " пературы, давления л аэрации датчики растворенного кислорода и углекислого газа, соединенные с регулятором Изобретение относится к автоматическому управлению процессами биосинтеза и может быть использовано в производствах микробиологической и химико-фармацевтической промышленности.Известна система управления периодическим процессом биосинтеза, содержащая контуры стабилизации темпеРатуры, аэрации и кислотности среды, блок отработки управляющих воздействий и блок реализации адаптивной мо".дели, служащий для определения разности расчетного и текущего значенийконцентрации микроорганизмов, приэтом на вход блока реализации адаптивной модели подключены датчикиизмеряемых параметров,а выход блокаподключен к задающим входам регу -ляторов при помощи блока отработки управляющих воздействий Ц контура аэрации, блок диффреренцирования, логический блок, переключающие реле и регулирующий блок адаптации, подключенный через соответствующие переключающие реле к датчикам растворенного кислорода и углекислого газа и к их задатчикам, а выход его подключен к задающему входу регулятора контура аэрации, при этом переключающие реле связаны посредством логического блока и блока дифференцирования с датчиком растворенного кислорода 23.Однако в данной системе управляющее воздействие регулирующего блока адаптации является лишь функцией рассогласования текущего и заданного значений измеряемого параметра. Отсутствует управляющее воздействие в зависимости от изменяющихся параметров каналов управления, что снижает качество поддержания на определенном уровне температуры, растворен ного кислорода, величины рН и, в конечном счете, не обеспечивает максимального выхода целевого продукта.Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта за счет повышения качества управления. 40 4 г 50 5.) б 0 б) Поставленная цель достигается тем,что система автоматического управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры стабилизации давления, температуры, концентрации растворенного кислорода и величины рН в аппарате, включающие соответственно датчик измеряемого параметра, регулятор и исполнительный механизм, блок определения количества выделяющегося углекислого газа, включающийдатчик концентрации углекислогогаза в отходящих газах, связанныйс ним и с датчиком расхода воздуха,подаваемого на аэрацию, блок умножения, блок реализации адаптивной динамической модели, имеющий блок формирования модели канала управления процессом по величине рН, связанный с датчиком величины рН, дополнительно снабжена корректирующим блоком, последовательно соединенными интегратором, вычислительным блоком и функциональным преобразователем, выходы которого через дополнительные блоки умножения подключены к выходу блока реализации адаптивной динамической модели, причем выходы дополнительных блоков умножения подключены к регуляторам растворенного кислорода, температуры и величины рН, при этом один из входов блока формирования модели управления канала по температуре, величине растворенногокислорода и величине рН подключен соответственно к датчикам температуры,растворенного кислорода и величинырН, а другие входы через корректирующий блок - к вычислительному блоку.Кроме того, блок реализации адаптивной динамической модели содержит дополнительно блоки формирования модели канала управления процессом по температуре и по величине растворенного кислорода в культуральной жидкости.На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления нестационарным процессом ферментации,Система содержит контуры регулирования температуры, концентрации растворенного кислорода, величины рН и стабилизации давления в ферментере 1, блок 2 реализации адаптивной динамической модели процесса, включающий блок 3 формирования модели канала управления процессом по температуре, блок 4 формирования модели канала управления процессом по величине растворенного кислорода в культураль ной жидкости и блок 5 формирования модели канала управления процессом по величине рН, на первые входы которых подключены датчики бтемпературы, концентрации растворенного кислорода и величины рН, вычислительный блок 9, к выходам которого под-,ключены корректирующий блок 10,служащий для подстройки параметровблоков 3-5, Формирующих модели соответствующего канала управления в за.висимости от,текущей информации осостоянии культуры, и функциональныйпреобразователь 11, предназначенныйдля формирования сигналов, служащихдля установки оптимальных коэффициентов обратной связи каналов управления при помощи второго, третьегои четвертого блоков 12-14 умножения,,к пеовым входам котооых подключенысоответственно выходы блоков 3-5,Формиоования моделей каналов, Выходы блоков 12-14 умножения подключены 10 25 билизации расхода воздуха на аэрацию,измеряемого датчиком 21, а выход регулятора 20 подключен к исполнительному механизму 22, установленному на линии подачи воздуха на аэрацию. Блок определения количества выделяющегося углекислого газа включает, датчик 23 концентрации углекислого 30 35 газа в отходящих из Ферментера 1 газах,блок 24 умножения, на вход которогоподключены датчик 21, расхода воздуха и датчик 23 концентрации углекислрго газа, интегратор 25, подключенный к выходу блока 24 умножения исоединенный с вычислительным блоком9. Контур стабилизации давления вферментере 1 содержит датчик 2 б,под-ключенный к входу регулятора 27,связанного с исполнительным механиз"мом 28, установленным на линии отходящих из ферментера газов. 40 45 Система автоматического управленияпериодическим процессом ферментацииработает следующим образом. Датчиками 23 и 21 измеряют соответ 60 ственно изменение концентрации углекислого газа в отходящих из ферментера 1 газах и расход воздуха. Сигналы с датчиксв 21 и 23 поступают вблок 24 умножения, Произведение этихвеличин является оценкой количества 55 углекислого газа, выделяемого микроор ганизмами в данный момент времени.Сигнал, пропорциональный количествууглекислого газа, с выхода блока 24умножения поступает на вход интегратора 25, где формируется интегральное количество углекислого газа,к входам регуляторов 15-17 температуры, растворенного кислорода, величины рН, осуществляя при этом перенастройку регуляторов. Выходы регуляторов 15 и 17 температуры и величины рН среды в ферменте 1 подключенык исполнительным механизмам 18 и 19,установленным соответственно на линиях подачи охлаждающей воды и титранта, регулирующего кислотностьсреды культуральной жидкости. Выходрегулятора 16 растворенного кислорода подключен корегулятору 20 ставыделенное микроорганизмами за текущее время процесса ферментации. Сигнал с выхода интегратора 25 через вычислительный блс к 9 и корректирующий блок 10 поступает на блоки-5 Формирования моделей; где формируются текущие значения параметров моделей каналов управления. Одновременно на вторые входы моделей соответствующих каналов управления поступают сигналы с датчиков 6-8 соответственно температуры, кислорода и рН, осуществляя компенсацию изменившихся параметров, Сигнал с второго выхода вычислительного блока 9 поступает на вход функционального преобразователя 11, где формируется сигнал для установки коэффициентов блоков 12-14 умножения.Сигнал с выхода блоков 3-5 формирования модели соответствующего канала управления блока 2 поступает на первые входы блоков 12-14 умножения, где осуществляется его умножение на коэффициент обратной связи, соответствующий текущему значению времени запаздывания. Результирующий сигнал с вы.хода блоков 12-14 умножения подается соответственно на вход регуляторов 15-17, обеспечивая тем самым изменение общего коэффициента усиления регулятора.В зависимости от величины сигнала рассогласования между текущим и заданным значенем измеряемого параметра с учетом изменившегося в зависимости от величины запаздывания значения коэффициента у:иления регуляторы 15 и 17 формируют регулирующее воздействие, поступающее на исполнительные механизмы 18 и 19, изменяющие подачу охлаждающей воды и титранта для приведения температуры и величины рН в соответствие с заданием. При этом выходной сигнал регулятора 16 поступает на задающий вход регулятора 20, которыЯ формирует результирующее воздействие на исполнительный механизм 22, обеспечивая при помощи его подачу воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода.Стабилизация давления в ферментере 1 осуществяется с помощью регулятора 27 и исполнительного механизма 28, воздействукюцего на сброс отходящих газов. В результате реализации системы автоматического управления периодическим процессом ферментации за счет повышения качества управления увеличивают выход целевого продукта на 3,5.Ожидаемый экономичесикй эффект составит 4,6 тыс.руб. в год.1019408Составитель Л.кудрявцеваРедактор С,Патрушева Техред И.Гайду Корректор М,ШарошиЗаказ 3703/4; Тираж 874 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,4