Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов

(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 119317 1, кл. С 12 Я 3/00, 1984.(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(57) Изобретение относится к биотехнологии и может быть использованодля автоматического управления периодическим процессом выращивания биомассы микроорганизмов и являетсяусовершенствованием изобретенияпо авт. св. М. С целью повышения выхода биомассы система дополГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ нительно снабжена экстремальным регулятором (ЭР) 17, Сигнал с ЭР 17 поступает на регулятор 10 для изменения расхода воздуха на аэрацию. В зависимости от текущего значения экономического коэффициента, определяе-.мого в блоке 15, сигнал поступает наэкстремальные регуляторы 16 и 17, работой которых управляет триггер(Т) 20. На счетный вход Т 20 поступает сигнал с выхода блока определениядостижения экстремума (БОДЭ) 19,Т 20 изменяет состояние взаимоинверсных выходов и переводит ЭР 16из автоматического режима шаговогопоиска экстремума на режим поддержания значения выходного сигнала последнего шага, переключает переключающее реле 18 и подключает выходЭР 17 к входу БОДЭ 19, а ЭР 17 переводится в автоматический режим шагового поиска экстремума. 1 ил.12619 Изобретение относится к биотехнологии, может быть использовано для автоматического управления периодическим процессом выращивания биомассы микроорганизмов и является усовер" шенствованием системы по авт. св.В 1193171 (077136).Известна система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов, со держащая датчики расхода титрующего агента, расхода воздуха на аэрацию и концентрации кислорода в выходных газах, блоки определения расхода использованного кислорода и экономичес кого коэффициента, экстремальный регулятор и контуры регулирования температуры и рН среды, включающие соответственно датчик измеряемого параметра, регулятор и исполнительный ме ханизм, при этом входы блока определения экономического коэффициента соединены с датчиком расхода титрующего агента и блоком определения расхода использованного кислорода, вхо ды последнего соединены с датчиком расхода воздуха на аэрацию и с датчиком концентрации кислорода в выходящих газах, а выход блока определения экономического коэффициента соединен 30 через экстремальный регулятор с задающим входом регулятора контура регулирования температуры 11.Недостатком известной системы автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов является то, что она не предусматривает изменение подачи воздуха на аэрацию соответственно с состоянием микробной культуры в течение 40 процесса ферментации, способствующего увеличению выхода биомассы и рациональному использованию воздуха,Цель изобретения - повышение выхода биомассы. 45 тНа чертеже изображена блок-схема системы автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов.Система автоматического управления 50 содержит ферментер 1, контур регулирования рН среды, включающий датчик 2 рН, регулятор 3 рН и исполнительный механизм 4, установленный на линии титрующего агента, контур регулиро вания температуры среды в ферментере 1, включающий датчик 5 температуры, подключенный к переменному входу 54 2регулятора 6 температуры, выход последнего связан с исполнительными механизмами 7 и 8, установленными соответственно на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов, иконтур регулирования расхода воздухана аэрацию, включающий датчик 9 расхода воздуха, подключенный к переменному входу регулятора 10 расходавоздуха, выход которого соединенс исполнительным механизмом 1, установленным на линии подачи воздуха иааэрацию,Система содержит также датчики 2и 13 соответственно расхода титрующего агента и концентрации кислородав выходящих газах, блок 14 определения расхода использованного кислорода, блок 15 определения экономического коэффициента, экстремальные регуляторы 16 и 17, переключающее реле 18,блок 19 определения достижения экстремума и триггер 20. Датчики 9 и 13 соответственно расхода воздуха на аэрацию и концентрации кислорода в выходящих газах подключены к блоку 14 определения расхода использованного кислорода,выход которого подключен к блоку 15 определения экономического коэффициента, соединенного также с датчиком 12 расхода титрующего агента, С выхода блока 15 определения экономического коэффициента сигнал поступает на входы экстремальных регуляторов 16 и 17, выходы которых соединены с задающими входами регуляторов температуры Ь и расхода воздуха 10. Сигналы с выходов экстремальных регуляторов 15 и 16 поступают также на входы переключающего реле 18, выход последнего через блок 19 определения достижения экстремума соединен со счетным входом триггера 20, взаимоинверсные выходы которого соединены с входами командных сигналов экстремальных регуляторов 16 и 17. Один выход триггера 20 соединен также с командным входом переключающего реле 18.Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов работает следующим образом.В ферментере 1 осуществляется процесс периодического культивирования микроорганизмов, Сигнал датчика 2 рН поступает на регулятор 3 рН,1261954 3который вырабатывает непрерывныйуправляющий сигнал дляисполнительного механизма 4, изменяющего расходтитрующего агента и поддерживающеготаким образом рН среды на заданном5значении. Сигнал датчика 5 температуры поступает на переменный входрегулятора Ь температуры, на задающий вход последнего поступает сигналот экстремального регулятора 16. Регулятор 6 температуры сравнивает этисигналы и вырабатывает управляющийсигнал для исполнительных механизмов 7 и 8, изменяющих расходы соот-.ветственно охлаждающего и подогреваю щего агентов и изменяющих температуру среды до значения, соответствующего заданному экстремальным .регулятором 16. Сигнал датчика 9 расхода воздуха поступает на переменный вход регулятора 10 расхода воздуха, на задающий вход которого поступает сигналот экстремального регулятора 17. Регулятор 10 вырабатывает управляющийсигнал для исполнительного механизма 11, изменяющего расход воздуха нааэрацию до значения, соответствующего заданному экстремальным регулятором 17. Сигналы датчика 9 расходавоздуха на аэрацию и датчика 13 кон 30центрации кислорода в выходящих гаФзах поступают на блок 14 определениярасхода использованного кислорода.В последнем определяется расходиспользованного кислорода по формуле35где ( - расход использованного киелорода;- расход воздуха на аэрацию;С - концентрация кислорода 4 Оо, Ьо 3 а.в воздухе (величина постоянная);С - концентрация кислорода ввыоходящих газах.Сигналы датчика 12 расхода титрую щего агента и блока 14 определениярасхода использованного кислорода поступают на блок 15 определения экономического коэффициента, определяемого по формуле 50-к- ,где У - экономический коэффициент;Я - расход использованного азота;0 - расход использованного кис- Ыолорода;К - коэффициент пропорциональности,4Из блока 15 сигнал, отражающийтекущее значение экономического коэффициента, поступает на входы экстремальных регуляторов 16 и 17, работойкоторых через входы командных сигналов управляет триггер 20. В любомслучае на одном из взаимоинверсныхвыходов триггера 20 будет сигнал, соответствующий команде работы экстремального регулятора (16 или 17) в автоматическом режиме шагового поискаэкстремума, а на другом выходе триггера 20 - сигнал, соответствующийкоманде выключения автоматического поиска экстремума, т.е. на выходеэкстремального регулятора будет поддерживаться значение выходного сигнала последнего шага. В случае, когда в текущем состоянии системы автоматического управления в режиме шагового поиска экстремума работает экстремальный регулятор 16, последний на основе поступившей информации из блока 15 определения экономического коэффициента вырабатывает дискретно-постоянный управляющий сигнал, служащий заданием регулятору 6 температуры таким образом, цтобы изменение температуры приводило к поддержанию экстремального значения экономического коэффициента, если предыдущий шаг изменения сигнала на выходе экстремального регулятора привел к увеличению сигнала на его входе, последующий шаг экстремальным регулятором осуществляется автоматически в том же направлении, что и предыдущий, и наоборот.Кроме того, выходной сигнал экстремального регулятора, 16 через переключающее реле 18, состоянием которого управляет триггер 20, поступает на вход блока 19 определения достижения экстремума, Последним в течение шагового поиска экстремума по уровню выходного сигнала экстремального регулятора определяется момент достижения экстремума и на выходе блока вырабатывается сигнал, свидетельствующий о достижении экстремального значения экономического коэффициента по регулируемому параметру процесса культивирования микроорганизмов, Сигнал с выхода блока 19 поступает на счетный вход триггера 20, который переключает и изменяет состояния своих взаимоинверсных выходов. Выходные сигналим триггера переводят экстремальный регулятор 16 из автоматиСоставитель Г.БогачеваТехред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай Редактор И.Дербак Заказ 5299/20 Тираж 490 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауа 1 ская наб., д. 4/5Производственно"полиграфическое предприятид, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ческого режима шагового поиска экстремума на режим поддержания значения выходного сигнала последнего шага, переключает переключающее реле 18, которое выход экстремального регулятора 17 подключает к входу блока 19 определения достижения экстремума, а экстремальный регулятор 17 переводит в автоматический режим шагового поиска экстремума.Поиск оптимального режима аэрации осуществляется аналогично описанному,Таким образом, в течение всего проце сс а куль тивиров ания микроорг анизмов поочередно осуществляется регулирование температуры и подачи воздуха на аэрацию путем поддержания экстремального значения экономического коэффициента.В результате управления расходом воздуха на аэрацию и температурой при помощи предлагаемой системы получено увеличение биомассы по сравнению с известной. Кроме того, система позволяет рационально использовать воздух для аэрации. Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов по авт. св.В 1193171, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения выходабиомассы, она снабжена дополнитель- .ным экстремальным регулятором, регу О лятором расхода воздуха, связаннымс исполнительным механизмом, установленным на линии подачи воздуха, ипоследовательно соединенным переключающим реле, блоком определения достижения экстремума и триггером, приэтом последний подключен к переключающему реле и одному из входов экстремальных регуляторов, другие входыкоторых связаны с блоком определения экономического коэффициента, авыходы экстремальных регуляторовсоединены соответственно с регулятором температуры и расхода воздуха,причем последний соединен с 2 датчиком расхода воздуха нааэрацию.