Система автоматического управления периодическим процессом ферментации

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 3928545/28-1305.05.85О.03.87. Бюл. У 9Грозненское научное объединение "ПромВ, Ф, Лубенцовбб 3,1(088.8)Авторское свидетельств2813, кл. С 12 р 3/00,(2)(5 б)У 110 производставтоматика" СССР 983,54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕ НТАЦП 1(57) Изобретение относится к микробиологии, а именно к автоматическому управлению процессами ферментациипри производстве антибиотиков, и может быть использовано в медицинской,пищевой и других отраслях промьппленности. Целью изобретения являетсяувеличение выхода целевого продукта за счет повышения качества управления. Система автоматического управления периодическим процессом ферментации включает контуры стабилизации расхода воздуха на аэрацню, давления и температуры в аппарате и контур формирования величины рН, состоящий из последовательно соединенных датчика 11 рН первого и третьего сумматоров 12 и 14, ключевого элемента 15, регулятора б и переключающего реле 17, связанного с исполнительными механизмами (ИИ), установленными на линии подачи в аппаратщелочи и кислоты, а также обратную модель 19 канала управления без за- а паздывания (ОМКУБЗ), блок 21 управления, два дополнительных сумматора (ДС) и интегратор 27, последний подключен к выходу второго сумматораС: 20 и,к входам двух ДС, другие входыФаей1294827 которых соответственно соединены сдатчиком 11 рН и выходом второгосумматора 20, при этом выходы ДС связаны соответственно с входом ОМКУБЗи блоком 21 управления, подключеннымк входам первого сумматора 12 и релейного блока 18, Причем в блоке 21управления регулирующий сигнал, полученный от рассогласования при от"клонении рН от заданного значения,продолжает сравниваться с заданнойвеличиной порогового значения и одновременно сигнал рассогласования свыхода сумматора 20 поступает на интегратор 27, который вырабатываетдополнительныи сигнал, поступающиина вход одного из дополнительных сум-,Изобретение относится к микробиологии, а именно к автоматическому управлению процессами Ферментации припроизводстве антибиотиков, а такжеможет быть использовано в медицинской, пищевой и других отраслях промьппленности,Целью изобретения является увелччение выхода целевого продукта эасчет повьппения качества управления,На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления процессом Ферментации.Система содержит контур стабилизации температуры в аппарате 1, вклю-,чающий датчик 2 температуры, подключенный к входу регулятора 3, связанного с исполнительным механизмом 4,установленным на линии подачи охлаждающей воды. Контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию содержит датчик 5 расхода воздуха, подключенныйк входу регулятора 6, связанного сисполнительным механизмом 7, установленным на линии подачи воздуха нааэрацию. Контур стабилизации давленияв аппарате содержит датчик 8, подключенный к входу регулятора 9, связанного с исполнительным механизмом 10,установленным на линии отходящих изаппаратов газов. Контур регулирования величины рН в аппарате содержитпоследовательно соединеннье датчик маторов 29, который является входомОМКУБЗ. При этом в последнем формируется сигнал до тех пор, иха наего выходе не восстановится сигнал,равный входному воздействию, т.е, пока второй сумматор 20 не обнулится,при обнулении последнего информацияоб изменяющихся характеристиках объекта содержится в выходном сигналеинтегратора 27, поступающем черездругой дополнительный сумматор 28 навход блока 21 управления, который через переключающее реле 17 управляетисполнительными механизмами 22 или23, обеспечивая подачу титранта в аппарат 1, 1 ил. 11 рН, первый сумматор 12, связанными с блоком 13 задания оптимального проФиля регулирования рН, третий сумматор 14, ключевой элемент 15, регуля тор 16, переключающее реле 17, второй вход которого подключен к выходу релейного блока 18, соединенного с выходом первого сумматора 12, последовательно соединенные обратную мо дель 19 канала управления и второйсумматор 20, блок 21 управления, входы которых подключены соответственно к выходам переключающего реле 17 и первого сумматора 12. Выход переключающего реле 17 связан с исполнительными механизмами 22 и 23, установленными соответственно на линии подачи щелочи либо кислоты в ап-, парат 1. Блок 21 управления содержит 20 сумматор 24, блок 25 определения модуля и пороговый элемент 26.Контур подстройки модели содержитинтегратор 2, подключенный к выходу второго сумматора 20, дополнительные сумматоры 28 и 29, при этом сумматор 28 подключен к выходу интегратора 27, вторые входы дополнительных сумматоров 28 и 29 подключены соответственно к выходам второго сумматора 20 и датчика рН 11, а выходы допол-, нительных сумматоров 28 и 29 подключены к входам обратной модели 19 и блока 21 управления.3Системаавтоматического управления работает следующим образом.При отклонении величины рН, измеряемой датчиком 11, от заданного оптимального значения на выходе первого сумматора 12 возникает рассогласование, поступающее на третий сумматор 14, входы релейного блока 18 и блока 21 управления. Сигнал с выхода датчика 11 поступает также через дополнительный сумматор 29 на вход обратной модели 19, значения параметров которой равны усредненным значениям параметров передаточной функции канала управления процессом ферментации по величине рН. Сигнал с выхода обратной модели 19 поступает через второй и четвертый сумматор на вход блока 21 управления, где формируется результирующий сигнал, который сравнивается с заданным пороговым значением.При отклонении текущего значения результирующего сигнала от установ ленного порогового значения в блоке 21 управления Формируется командный сигнал, поступающий на управляющий вход переключающего реле 1 и на вход ключевого элемента 15, Если зна чение результирующего сигнала выше установленного порогового значения, в блоке 21 управления формируется командный сигнал, обеспечивающий посредством переключающего реле 7 под 35 ключение выхода релейного блока 18, Формирующего управляющее воздействие в виде импульсов, постоянных по амплитуде: У(1) = У , на входе исполнительных механизмов 22 и 23. В зависимости от знака отклонения рН от заданного значения с помощью исполнительного механизма 22 или 23осуществляется подача дозы титранта,постоянной по амплитуде, в аппарат 1. 45Одновременно сигнал с выхода переключающего реле 17 поступает на входвторого сумматора 20, где управляющеевоздействие Б(т;) сравнивается с выходом обратной модели 19, передаточная функция которой аппроксимируетсяобратной передаточнои функцией каналауправления величиной рН. Посколькуобратная модель 19 включена последовательно с датчиком 11 рН, то выходной сигнал обратной модели 19 тождественен входному сигналу канала управления величиной рН, т.е, входномувоздействию Б(т,),4Ирн соответс 1 пи параметров пере даточной функции обратной модели текущим параметрам передаточной функции канала управления величиной рН рассогласование между выходным сигналом переключающего реле и выходньм сигналом обратной модели отсутствует и сигнал на выходе второго сумматора 20 равен нулю, При этом в блоке 21 управления с величиной порогового значения сравнивается только величина сигнала рассогласования между заданным и текущим значениями рН, поступающего на вход блока 21 управления с выхода первого сумматора 12. Вследствие воздействия релейного блока 18 на подачу титранта (щелочи либо кислоты) с помощью исполнительного механизма 22 или 23 происходит уменьшение отклонения величины рН от заданной. В этом случае рассогласование на выходе первого сумматора 12 уменьшается и при достижении заданной пороговой величины блок 21 управления выдает командный сигнал, поступающий на ключевой элемент 15, который осуществляет подключение выхода третьего сумматора 14 на вход регулятора 16.Одновременно командный сигнал с выхода блока 2 управления поступает на управляющий вход переключающего реле 17, который осуществляет коммутацию выходного сигнала аналогового регулятора 16 на вход исполнительного механизма 22 и 23, Если к этому моменту времени величина рН не достигла заданного значения, то выходной сигнал первого сумматора 12, не равный нулю, поступает на вход регулятора 16, который продолжает формировать воздействие через переключающее реле 17 на подачу титранта.По мере дальнейшего протеканияпериодического процесса ферментации реологические свойства культуральной жидкости изменяются, ухудшаются массообменные характеристики и качество гидродинамической обстановки в аппарате. При отклонении параметров передаточной функции канала регулирования рН вследствие изменения свойств культуральной жидкости от параметров обратной модели рассогласование между выходным сигналом обратной модели 19 и выходным сигналом переключающего реле 17 не равно нулю. Этот сигнал рассогласования с выхода второго сумматора 20 вместе с сигналом рассог1294827 Формула и з обретения Составитель Г. БогачеваРедактор Н, Егорова Техред А.Кравчук Корректор Л, Патай Заказ 562/27 Тираж 500 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Я, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, ч ласования при отклонении рН от заданного значения с выхода первого сумматора 12 поступает на вход блока 21управления, в котором полученный результирующий сигнал продолжает сравниваться с заданной величиной порогового значения. Одновременно сигналрассогласования с выхода второго сумматора 20 поступает на интегратор 27,который вырабатывает дополнительный 10сигнал, поступающий на вход дополнительного сумматора 29, являющийсявходом обратной модели 19. Формирование этого сигнала будет происходить до тех пор, пока на выходе об-,ратной модели не восстановится сигнал, равный входному воздействию,т.е. пока второй сумматор 20 не обнулится.При обнулении сумматора 20 информация об изменяющихся характеристиках объекта содержится в выходномсигнале интегратора 2, поступающемчерез дополнительный сумматор 28 навход блока 21 управления. При превышении результирующим сигналом порогового значения блок 21 управлениявыдает командный сигнал, поступающийна переключающее реле 17, котороевновь коммутирует выходной сигналрелейного блока 18 на вход исполнительного механизма 22 или 23, обеспечивая подачу титранта в аппарат 1,Стабилизация температуры в аппарате 1 осуществляется с помощью регулятора 3 и исполнительного механизма4, воздействующего на подачу охлаждающей воды,Стабилизация расхода воздуха нааэрацию и давления в аппарате осуще-, фствляется соответственно с помощьюрегуляторов 6 и 9 и исполнительныхмеханизмов 7 и 10, воздействующих наподачу воздуха в аппарат и сброс от-ходящих газов,45В результате реализации системыавтоматического управления периодическим процессом Аерментации за счет повышения качества управления посредством дискретно-непрерывного дозирования щелочи и. кислоты на разных этапах нестационарного процесса увеличивается выход целевого продукта на3,77. Система автоматического управления периодическим процессом ферментации, включающая контуры стабилизации расхода воздуха на аэрацио, давления и температуры в аппарате, имеющие соответственно датчики измеряемых параметров, регуляторы и исполнительные механизмы, контур регулирования величины рН, состоящий из последовательно соединенных датчика, первого и третьего сумматоров ключевого элемента, регулятора и переключающего реле, связанного с исполнительными механизмами, установленными на линии подачи в аппарат щелочи и кислоты, обратную модель канала управления без запаздывания, подключенную к третьему и второму сумматорам и блок управления, подключенный к входам первого сумматора и релейного блоха и связанный выходом с ключевым элементом и переключающим реле, подключенным к выходу релейного блока и блок задания величины рН, соединенный с первым сумматором, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта за счет повышения качества управления, она снабжена двумя дололнительньпи сумматорами и интегратором, последний подключен к выходу второго сумматора и к входам двух дополнительных сумматоров, другие входы которых соответственно соединены с даучиком рН и выходом второго суьачатора, при этом выходы двух дополнительных суюиторов связаны соответственно с вхоцом обратной модели канала управления и блоком управления.