Система управления процессом культивирования микроорганизмов

80919505 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1) 6 052 27 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС.(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 635736, кл. С 12 В.1/00, 1979.(54) (57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯМИКРООРГАНИЗМОВ в ферментере поавт.св. М 635736, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности фермента, система дополнительно содержит коррелятор, сум матор й блок вычислителя критерия состоя. ния дрожжевой популяции, один из входов ,которого связан с блоком датчиков контро лируемых параметров, другой - с выходом вычислителя морфологических признаков, а выход - с одним из входов коррелято ра, второй вход которого связан с бло ком датчиков контролируемых параметров, а выход - с входом сумматора, одновременно подключенного к блоку формирова ния сигналов коррекции, Выход суммато ра соединен с блоком исполнйтельвых . а :механизмов.919505 2коррекции, выход сумматора соединен сблоком исполнительных механизмов,На чертеже изображена структурнаясхема системы управления процессомкультивирования микроорганизмов 10 15 1Изобретение, относится к области микробиологии, в. частности к системам , управления процессом культивирования микроорганизмов; используемым в произ. водстве белково-витаминных концентратов (БВК), ферментов, антибиотиков.По основному авт.св, Ж 6357.36 описана система управления .процессом культивирования . микроорганизмов, вклю чакнцая ферментер, пульт управлейия, блок. датчиков контролируемых параметров, связанный с первым вхором пульта управления, устройство ввода данных хи мического анализа, связанноес вторым вхоцом пульта унравлеиия, блок началь ных уставок управляемых параметров, блок исполнительных механизмов и блок суммирования, к оаному входу которого . подключен пульт управления, второй вход соединен с блоком начальных уставок управляемых параметров, а выход с блоком исполнительных механизмов, блок сканирующих микроскопов, блок памяти, блок формирования сигналов коррекции, при этом к входам блока памяти поцключены блок цатчиков контролируемых параметров, устройство .ввода данных химического анализа, пульт управления и вычислитель морфологических признаков, оцин из,входов которого соединен с первым выходом блока памяти, второй выход -.с пультом управления; второй выход блока памяти подсоединен к бло . ку формирования сигналов коррекции, входы которого соединены с блоком .датчиков контролируемых параметров, вы числителем морфологических признаков, устройством ввоаа данных химического анализа, а выход бпока формирования сигналов коррекции посредством ключа управления соецинен с пультом управления и блоком суммирования 1 . Бель изобретения повьпцение производительности ферментера.Для этого система управления про цессом культивирования микроорганизмов. дополнительно содержит коррелятор, сумматор и блок вычислителя критерия состояния дрожжевой популяции, один иэ входов которого связан с блоком аатчиков контролируемых параметров, другой - с выходом вычислителя морфологи ческих признаков а выход с одним иэ входов коррелятора, второй вход кото рого связан с блоком датчиков контролируемых параметров, а выход с входом сумматора, одновременно подключенного к блоку формирования сигналов Система содержит ферментер 1, блок 2 датчиков контролируемых параметров .процесса ферментации, блок 3 суммирования, блок 4 исполнительных механизмов, пульт 5 управления, блок 6 на. чальных уставок управляемых параметров, устройство 7 ввода данных химического анализа, блок 8 сканирукзцих микроскопов, вычислитель 9 отличительных морфологических и статистических признаков культуры микроорганизмов, блок 10 памяти отличительных признакав. процесса ферментации и уцовлетворительных решений технолога цля них на изменение управляемых параметров блокформирования сигналов коррекции управляемых параметров, ключ 12, блок 13вычислителя критерия состояния, корд релятор 14 и сумматор 15 хорреляцион-фно-экстремальной системы. Секции фермен .тера соецинены с блоком 8 сканирукющхмикроскопов, на выходе которых датчики(на чертеже .не показаны) оптическойплотности соединены с первым вхоцомвычислителя 9 морфологических признаков, культуры микроорганизмов, а второйвход вычислителя 9 соединен с выходомблока 10 памяти, в котором запйсаныудовлетворительные решения на изменение управляемых параметров, а такжеотличительные морфологические и статистические признаки культуры микроорганизмов, на основании которых ранеебыли приняты удовлетворительные решения, позволяющие улучшить техникоэкономические показатели процесса ферментации (количество .и качество продукта). В блок 10 памяти поступаюттакже ценные с блока 2 датчиков кон/тролируемых параметров процесса ферментации и с устройства 7 ввоца данныххимического анализа, Выход блока 10памяти соединен с вхоцом блока 11 формирования сигналов коррекции, на вход .50 которого поступают данные с блоков 2,7 и вычислителя 9. Выход блока 11формирования соединен через сумматор 15,ключ 12 пульта 5 управления с блоком 3суммирования. Вхоц блока вычислите 55 ля 13 критерия состояния соединен сблоком 2 и вычислителем 9, а выходбпока 13 соединен с коррелятором 14,на вход послецнего также поступают3 9195данные сблока 2 датчиков контролируемых параметров. Выход коррелятора 14соединен с входом сумматора 15 корреляционно;-экстремальной системы, выходкоторого соеаинен через ключ 12 свходом пульта 5 управления и блоком 3суммирования, Выход пульта 5 управ" ленни соеаинен с входом блока 3 суммирования и с входом блока 10 памяти.Выхоя блока 6 начальных уставок управ- оляющих параметров соединен с входомблока 3 суммирования, вход которого соединен с входом блока 4 исполнительныхмеханизмов, изменяющих поаачу комполцентов в ферментер 3,.Система работает следующим образомРабота системы начинается с цропееса обучения, адя .чего ключ 12 устанавливается в нейтральном, положении. Напульт 8 управлейия и в блок 10 памятипоступают данные с блока 2 датчиков.контролируемых физико-химических параметров, с вычислителя 9 отличитедьйыхМорфодогических признаков культурымикроорганизмов и химические. данныес.устройства 7. По этим даннымс пульта 5 управления принимают рещение изменить в опрецедениой послецоватедьности некоторые диапазоны, управляе-зомых контролируемых парамегров, задаваемых блоком 6,Значения величины и знака изменений.подачи в ферментер 1 компонентов,регулирующих эти параметры, поступактс пульта 5 управления в блок 10 памяти, 35гае они записываются на одну страницу1рядом с данными блоков 2, 7, и вычислителя 9, аля которых принято решение на изменение параметров. Еслирешение положительно, то эта страницас .данными блоков 2, 7 и вычислителя 9и соотнетствующим решением на изменение величины и знака компонента остается в блоке 10 памяти. Есди рещениМ.. отрицательно в.случае уменьшения выхо-,да биомассы и ухудшения ее качества,то страница стираетсяиз памяти. Наэтой жв странице записывается во сколько раз увеличивается экономическийпоказатель,50 С заданным дискретом по времениописанный цикл повторяется, и из набраиных страниц для данного типа сырья,например парафина, в блоке 10 памяти . 55составляется книга, Нулевые значениявеличины на изменение компонент. иполучаемые при этом положительные 05 4решения также записываются в блок 10памяти.При обучении нет необхоаимости задавать условия аля отклонения процесса от нормы, а требуется. обрабатывать реально текущие процессы. После окончания обучения, проходящего в течение некоторого времени Т (неаели, месяцы), производится математическая обработка подученных результатов (выбор метрики весовых коэффициентов и т,а,), а эамм ключ 12 ставится в такое положение, что система работает в режиме "советчика" (полуавтомата) слеаукюцим образом.Текущие данные с блоков 2, 7 и . вычислителя 9 (т.е. сущестаенно-информационные признаки процесса) поступают в блок 11 формирования сигналов коррекции, где онй сравниваются по одному иэ алгоритмов распознавания образов с данными, записанными на страницах в . бдоке 10 памяти с соответствующими решениями. Блок: 11 выбирает из блока 10 памяти цанные той страницы, книги адя заданного типа сырья,.которые ближе всего к данным текущего процесса, и с этой страницы берется записанное ранее положительное рещение на изменение корректирующих значений. изменений регули-рующих параметров.В этом случае если в режиме "советчика. система работает уцовлетворительно, то ключ 12 ставится в положение, при котором система переводится в автоматическйй режим работы, причем удовлетворительной вчитается такая работа системы, когда при еыпвщении ее команд".советов" ) экономический показатель не нйже того, который записан на странице памяти В случае если он оказыва ется. вьппе, то прежняя страница стираеъся ч адя данного показателя записываюъ,ся новые. данные и решения по ним.В качестве существенно-информационных признаков процесса фермвнтации (классов), которые записываются в блок 10 памяти при проведении реального процесса на заводе, принимаются показания датчиков контролируемых параметров по всей технологической линии процесса фэрментации и морфологические параметры (определяемые вычислителем 9) культуры микроорганизмов (самих микроорганизмов, включений в них. и в среае) из разди иых секций ферментера 1 и из необходимых точек технологической линии процесса ферментации.Морфологические параметры включаютв себя геометрические,размеры, форму,9195 управления О,5число частиц различной формы и включений и т.д., причем в качестве признаковпринимаются статические характеристикиэтих параметров; статистические характеристики культ;ры микроорганизмов, рас 5считанные по сигналу датчика оптической плотности сканирующего микроскопа;данные химического анализа с устройслм 7. Система. управления процессомферментации приходит в равновесие,когда признаки текущего процесса совпадают с признаками эталонного оптимального.Корреляционно экстремальная частьуточняет и дополняет работу обучающейчасти системы управления, .Работает она фбследуюшим образом.На вход блока 13 вычислителя критерия состояния иэ вычислителя 9 поступают значения морфологических параметров культуры, а также квнцентрации растворенных СО и О в културальной жидкости, получаемые на блоке 2,Критерий состояния. системы можетбыть вычислен по одной из следуюшихформулф- )" , - о 2 )+, где Й критерий качества работы системы;, - 1-тый морфологический пара-метр культуральной жидкостщС - концентрация раетворенного кис.лорода после насосаС - концентрация углекислого газапосле насоса;- заданное значение 1-ого мор 45ЗЮА фологического параметра ультуральной жидости,- заданное значение концентрмции растворенного ислородапосле насоса;заданное значение концентра-С;ции углеислогр газа послецасоса еПоиск экстремума критерия состоянииосуществляется в корреляторе 14, на 55 ВНИИПИ Заказ 8189/6 О 5 Ьодин из входов которого поступает текущее значение критерия , на другойтекупще значения параметров процесса ферментации,: концентрация парафина, скорость протока, онцентрации питатель- ных солей, получаемые на блоке 2, На выходе коррелятора 14 получают сиг нал упранления (Окорр), который посту пает на.сумматор 15. На другой вход сумматора 15 поступает сигнал управ леция О ;, получаемый на блоке 11, В сумматоре происходит сложение этих сигналов с соответствующими удельными весами и вырабатывается общий сигнал О=К 0 +коРР 2 Ооб, (й)где 0 - общий сигнал управления;О, - сигнал управления, получаемюйюй 30 е 3 итреьа 3 ьнйчастью системы,0 о - сигнал управления получаемыйобруч .обучающейся частью системьцК. и К - удельные коэффициенты,В случае отказа обучающейся частиравно О.Описанная система может работатькак в режиме "советчика", так и в авто матическом режиме, для чего люч 12ставится в необходимое заданное положение. Обучаюшая часть системы использует в своей работе информацию о процессе, полученную в течение ограниченного .оъ резка времени (недели, месяца). Напроизводстве в процессе ферментации довольно часто (4-6 раз в сутки) воз никают ситуации, ранее не встречавшиеся, и в этом случае обучаюшая система дает отказ. Использование корреляцнонно-экстремальной части системы ликви/ дирует возможность отказов, .такак эта подсистема не обладает ограниченной памятью и использует лишь текушую информацию о процессе ферментацин,за счет чего можно увеличить производительность процесса,Система управления смонтирована наКстовском опытно-промышленном заводебелково витаминнйх , концентратов.На первом этапе заводских испытаний, проведенном на КОПЭ БВК, получено, что использование предлагаемой.системы управления увеличивает производительность одного ферментера на 2 5%. Тираж 874 Подписное