Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1)4 С 12 ННЫИ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОСУДАРСТПО ДЕЛАМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ст ут Д ВТОРСИОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71)Воронежский технологический ин ит(56) Авторское свидетельство СССРВ 1221244, кл. С 12 Я, 3/ОО, 1983.(54)СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для управления периодическим процессом выращивания микроорганизмов, например хлебопекарных дрожжей. Цель изобретения - повышение точности управления.Система снабжена датчиками температуры раствора питательной среди ивлажности воздуха, поступающего вферментер, выходы которых соединеныс вычислительным устройством, датчиками расхода воздуха, поступающегов ферментер, и расхода раствора питательной среды, первые выходы которых соединены с соответствующе регуляторами расхода воздуха и раствора питательной среды, а вторые - свычислительным устройством, выходыкоторого соединены с регуляторамитемпературы культуральной среды, расходов воздуха и раствора мелассы ипрограммным устройством 25, котороеизменяет задание регуляторов 19 и22 расходов воздуха и питательнойсреды, а вычислительное устройство(ВУ) 24 определяет количество тепла,поступившее с отработанными газами,количество тепла, поступающее с раствором питательной среды, общееколичество тепла и количество биологического тепла. Затем ВУ определяетколичество биомассы в ферментере 1и находит необходимое количествобиомассы, сравнивает расчетное значение с заданием регулятора 22, иВУ выдает корректирующий сигнал наизменение задания. За счет этогодостигается максимальная эффективность использования питательных веществ мелассы при определенном текущем значении концентрации биомассыв ферментере 1. 1 ил.1 13665изобретение относится к микробиологи .вской промышленности н может быть использовано для управления периодическим процессом выращива 5 ния микроорганизмов, например хлебопекарных дрожжей.Целью изобретения является повышение точности.На чертеже представлена структурная схема системы автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов.Система содержит объект управления - ферментер 1, контур Регулиро вания температуры культуральной жидкости в ферментере, состоящий из датчика 2 температуры культуральной жидкости, регулятора 3 температуры и исполнительного механизма,4, расположенного на линии подачи охлаждающей воды в рубанку 5 теплообмеяника, контур регулирования рН в ферментере, состоящий из датчика 6 рН, регулятора 7 и исполнительного 25 механизма 8, расположенного на линии подачи аммиачной воды, контур автоматического регулирования пеногашения, состоящий из датчика 9 уровня пены, регулятора 10 н исполни- . З 0 тельного механизма 11, расположенного на линии подачи олеиновой кислоты, датчики 12-17 соответственно температуры воздуха, поступающего на аэрацию, воды, поступающей на охлаждение в рубашку ферментера и выходящей иэ нее, температуры питательной среды теплового потока и . влажности воздуха, поступающего в ферментер контура регулирования 41 поршня воздуха на аэрацию, состоящего из датчика 18 расхода воздуха, регул,"тора 19 и исполнительного ме-, ханизма 20, расположенного на линии подачи воздуха в ферментер контур регулирования расхода раствора мелассы содержащий датчик 21 расхода, регулятор 22 расхода и исполнительный механизм 23, расположенный на линии подачи раствора мелассы в ферментер 1, соединенными между собой, вычислительное устройство 24 и программное устройство 25, исполнительные механизмы 26, расположенные на линиях подачи растворов питательных солей из дозаторов 27, при этом вход вычислительного устройства 2 подключен к датчикам 13 и 14 температуры, установленным на входе и выходе теп 302лообменника, датчикам 16, 12, 17, 18,2, 15 и 21 теплового потока и температуры, влажности и расхода воздуха,температуры и расхода питательнойсреды, а выход - к регуляторам 22,19 и 3 контуров регулирования подачипитательной среды, воздуха и температуры в ферментере 1, причем программное устройство 25 связано с исполнительными механизмами 23 н 26подачи питательной среды и солей,Система работает следующим образом.Все перечисленные контуры регулирования параметров работают аналогично, Сигнал с датчика, пропорциональный текущему значению параметра, поступает на регулятор, где сравнивается с заданным значением. Регулятор определяет разность между заданным и текущим значениями параметра и вырабатывает в соответствиис полученной разностью и соответствующим алгоритмом управления регулирующее воздействие на уменьшениеразности между этими значениями, поступающее на исполнительный механизмс регулирующим органом, который изменяет подачу соответствующей субстанции.Растворы питательных солей вферментер 1 подаются в соответствиис задачяой программой, реализуемойпрограммным устройством 25 с помощьюисполнительных механизмов 26 из доваторов 27,Программное устройство 25 изменяет задания регуляторов 19 и 22расхода воздуха и раствора мелассы всоответствии с технологическим регламентом. 1(роме того, подача растворов питательных солей и питательной среды в ферментер начинается вначале каждого часа, поэтому программное устройство 25 соединено сисполнительнымн механизмами 23 и 26.Вычислительное устройство 24 выполняет следующие операции,Определяют количество тепла поступившее в ферментер с воздухом нушедшее с отработанными газами, поуравнениюЧ, = Р О1,005/1 -/ + 1,974Ь,(х 1- х;1, ) + 2499 х - х),. (1) где 1- температура воздуха навыходе нз аппарата, С;13665- температура воздуха на2входе в аппарат,оС;х х - влагосодержание воздухана входе и выходе СЭ 9- плотность воздуха, кг/м- расход воздуха.Сигнал, пропорциональный значению расхода воздуха на входе в ферментер 1, поступает от датчика 18,сигнал, пропорциональный температуре воздуха на входе в ферментер 1,поступает от датчика 12, сигнал,пропорциональный значению Ьлагосодержания воздуха на входе в ферментер х, поступает от датчика 17,сигнал, пропорциональный значениютемпературы воздуха на выходе изферментера, поступает от датчика 2температуры культуральной среды,так как в соответствии с известными данными температура воздуха навыходе из ферментера равна температуре культуральной среды, а влагосодержание,-максимальное для даннойтемпературы, равно 1007.Значение плотностизадаетсязаранее и хранится в памяти вычислительного устройства,Определяют количество тепла, поступающего с раствором питательнойсреды по уравнению= С С (1 - Я, (2)где С - расход раствора питательмной среды, пропорциональный сигнал которого поступает в вычислительное устройство от датчика 21 расхода раствора мелассы;С, - температура культуральной среды - от датчика 2;С - температура раствора мелассы - от датчика 5;С - плотность и удельная теплом 46 емкость раствора мелассы (эадаютая заранее и их значения хранятся в памяти вычислительного устройства 24).Воспринимает сигнал от датчика60 16 теплового потока, пропорциональный общему количеству тепла, который складывается из биологического тепла Ятепла Ц, , внесенного воздухом, и тепла Ц , внесенного раствором мелассы (питательной среды),66т.е.р . ц +(3)30 4ВычислиВ ц,в по ураВнению (1) Я - по уравнению (2), вычислительное устройство определяет количество биологического тепла Так как количество биологического тепла определяется по уравнению(5) Я =гС,где г - удельное тепловьделение;С - количество биомассы, то вычислительное устройство 24 определяет количество биомассы в аппарате на текущий момент Яиц, (6)г С 100 46М = ---- (7)В Сгде М - количество исходной питательной среды;С - количество биомассы в фер 9ментере;46 - содержание сахара в условноймелассе;В - выход дрожжей из условноймелассы;С - содержание сахара в исходноймелассе.Сравнивая расчетное значение необходимого количества раствора мелассы с заданием регулятора 22, вычислительное устройство 24 выдает корректирующий сигнал на изменение зада. ния в случае несоответствия заданного значения расхода мелассы необхо димому. Тем самым достигается максимальная эффективность использования питательных веществ мелассы при определенном текущем значении концентрации биомассы в ферментере,Для каждого заданного значения температуры культуральной жидкости в ферментере 1 задается соответствующий расход охлаждающей воды. Вычислив Я, пропорциональное тепловому потоку (сигнал от датчика 16),Величина удельного тепловыделения задается заранее и хранится в памяти вычислительного устройства.Определив количество биомассы в ферментере, вычислительное устройство определяет необходимое количество питательной среды по уравнению5 1366530 вычислительное устройство 24 опреде -ляет необходимое количество воды дляотвода тепла по уравнению уравнениям и выдаст корректирующийсигнал на программное устройство 25,которое увеличит или уменшит время истечения соответствующих растворовО= в в в в в в , 8) питательных солеи через исполнительЛ ф (8)нвы СЯ - )РЬ пь "Э в ные механизмы 26 из дозаторов 27, где С. - расход воды на охлаждеводыобеспечивая тем самым нормальные финие; зиологические условия выращивания микроорганизмов.Таким образом, данная система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов учитывает по сравнению с известным большинство внешних и внутренних возмущений, компенсирует их соответствующими корректирующими воздействиями, что повьппает точность управления. 10 15 Формула изобретения 20 ВБИП 11 Заказ 6773/24 ТиРж 520 Подписное Прэизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 С В - температура воды на выходе из рубашки 5 сигнал от датчикатемпературы 14),- температура воды на вхо 1 вде в рубашку 5 сигнал от датчикатемпературы 13);С , в - удельная теплоемкостьи плотность воды, значения которыхзадаются заранее и хранятся в памятивычислительного устройства 24.Если, расчетное значение расходаохлаждающей воды отличается от заданного то вычислительное устройство в соответствии с вычисленной разностью выдает корректирующий сигнална эадатчик регулятора 3 температуры,Так как в соответствии с технологическим регламентом задание регулятора 3 температуры культуральной среды может быть изменено, что повлечет за собой изменение температуры отработанного воздуха, то возникнет необходимость при том же значении количества тепла, внесенного в ферментер с воздухом и ушедшего с отработанным воздухом, скорректировать задание на расход воздуха, поступающего на аэрацию, Вычислительное устройство по уравнению (1) рассчитает новое. значение расхода воздуха, поступающего в ферментер, и скорректирует задание регулятора 19 расхода воздухарТак как количество биомассы в каждый момент времени вычислительное устройство рассчитывает в соответствии с уравнением (б) и это значение может отличаться от ожидаемого, то вычислительное устройство пересчитает необходимое количество растворов питательных солей по соответствующим Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регули рования температуры в ферментере,пеногашения, подачи воздуха, рН, подачи питательной среды н солей, датчики температуры, установленные навходе и выходе теплообменника, и З 0 датчик расхода питательной среды,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повьпнения точности, она. снабжена датчиком теплового потока,датчиками температуры, влажности ирасхода поступающего воздуха, датчиком температуры мелассы и соециненными между собой программным ивычислительным устройствами, приэтом вход последнего подключен кдатчикам температуры, установленнымна входе и выходе теплообменника,датчикам теплового потока, температуры, влажности и расхода воздуха,температуры и расхода питательной 45среды а выход - к регуляторам конту.Эров регулирования подачи питательной среды, воздуха и температуры вферментере, причем программное устройство связано с исполнительными механизмами контуров подачи питательной среды и солей.