Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов

Изо 6 ретение относится к системам управления процессами непрерывного выращивания микроорганизмов, например кормовых дрожжей, на субстратах гидролизного производства и может быть использовано в микробиологической промышленности.Известна система автоматического управления процессом непрерывного культивированиямикроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, питательных солей, гидролизата, температуры дрожжевой суспензии в аппарате рН дрожжевой суспензии и объема биомассы в аппарате, датчик концентрации 15 редуцирующих веществ в поступающем субстрдте и отбираемой культуральной жидкости, блок определения экономического коэффициента, блок сравнения предшествующего значения эко номического коэффициента с последующим и блок времени, при этом вход блока определения экономического коэффициента соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии 25 и редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культу- ральной жидкости, а выход - посред. ством регулятора соотношения с регуляторами контуров регулирования 30 подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата 113.Недостатком данной системы является высокая себестоимость биомассы, так как экономический коэффициент не оценивает количества неутилизированного субстрата, что снижает эффективность его исполь-. зования. Кроме того, система не оценивает эффективности использова ния минеральных солей, так как экономический коэффициент не оценивает величину их расхода.Наиболее близкой к изобретению является система автоматического управления процессом непрерывного 45 выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объема, кислотности. и температуры 50 культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, рас-. хода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных со" лей, регулятор соотношений, вы ход которого соединен с регуляторами контуров регулирования подачи возду:ха, воды, минеральных солей и гидролизата, блок определения коэффициента технологических затрат пи тательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии,расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, и блок времени 2).Недостатком этой системы является низкая точность управления, а тем самым и интенсивность процесса выращивания микроорганизмов, так как управление ведется по моментам, а не среднеинтегральным значениям коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, что снижает. качество работы системы. Кроме того, величина поискового шага не зависит от величины изменения коэф фициента технологических затрат, вызванного единичным изменением управляющего воздействия, что увеличивает время переходных процессов, а это снижает эффективность исполь- зования питательного субстрата.Эффективность использования питательного субстрата увеличивает снижение коэффициента технологических затрат питательного субстрата, приведенного на единицу полученной биомассы.Целью изобретения является увеличение производительности и эффективности использования питательного субстрата.Поставленная цель достигается тем, что система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды. минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объема, кислотности и температуры культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода ми" неральных солей, регулятор соотношений, выход которого соединен с регуляторами контуров регулирования подачи воздуха, воды,.минеральных солей и гидролизата, блок определе" ния коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого связав с датчиками концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего суб" страта, и расхода минеральных солей, и блок времени, снабжена блоком определения градиента среднеинтегрального значения коэФФициента тех-. нологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого соединен с блоком времени и с блоком определе" ния коэФФициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на еди-ницу полученной биомассы, а выходс регулятором соотношенийНа чертеже изображена система автоматического управления процессомнепрерывного выращивания микроорганизмов.Система содержит контуры регулирования подачи воздуха, воды,минеральных -солей и гидролиэата идля обеспечения устойчивости характеристик процесса контура стабилизации объема, кислотности и температуры культуральной среды в ферментере 1, датчики 2-5 соответственно концентрации дрожжевой суспензии, 15расхода и концентрации поступающегов ферментер субстрата и расхода минеральных солей.Контур подачи.воздуха включаетдатчик 6 расхода, регулятор 7 и .2 Оисполнительный механизм 8.Контур регулирования подачи водывключает датчик 9 расхода, регулятор 10 и исполнительный механизм 11.Контур регулирования подачи ми- , 25неральных солей содержит датчик 5расхода минеральных солей, регулятор 12 и исполнительный механизм 13.Контур регулирования подачигидролизата включает датчик 14 расхода, регулятор 15, исполнительный механизм 16.Контур стабилизации объема дрож"жевой суспенэии в ферментере состоит иэ датчика 17, регулятора 18 .и исполнительного механизма 19, установленного на линии отбора дрож-жевой суспензии. Контур стабилизации кислотности дрожжевой суспензии включает датчик 20 кислотности,регулятор 21 и исполнительный ме Оханиэм 22 на линии подачи растворааммиака в ферментер.Контур стабилизации температуры дрожжевой суспензии в ферментеревключает датчик 23 температуры, регулятор 24 и исполнительный механизм 25 на линии подачи охлаждающей воды,Кроме того, система содержитрегулятор 26 соотношений, выход 5 Окоторого соединен с регуляторами 7,10., 12 и. 15 контуров подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и блок 27 времени.Система также снабжена блоками 28 55и 29 определения коэффицчента технологических затрат питательногосубстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, и определения градиента сред" бОнеинтегрального значения (коэффи-,циента технологических затрат питательного субстрата и минеральныхсолей, приведенных на единицу полученной биомассы), при этом входблока 29 соединен с блоком 27 времени, а выход - с регулятором 26соотношений, вход блока 28 связанс датчиками 2-5 концентрации дрожжевой суспенэии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, а выход -с блоком 29 определения градиентасреднеинтегрального значения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральныхсолей, приведенных на единицу полученной биомассы.Система работает следующим образом.Датчики 2"5 измеряют концентрацию дрожжевой суспензии, расход иконцентрацию поступающего субстратаи расход минеральных солей. Сигналы измерения величин поступают вблок 28 определения коэффициентатехнологических затрат питательногосубстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученг.й биомассы, где осуществляется автоматическое вычисление себестоимостибиомассы, Полученный результат подают на вход блока 29 определенияградиента среднеинтегрального значения коэффициента технологическихзатрат в п-м интервале времени С,Р(п) с его среднеинтегральной величиной в предшествующем интервалеСР (п), от изменения управляющего воздействия в и. интервалед 0(п) (концентрации подавляемогосубстрата и расхода минеральныхсолей) и в зависимости от результатов сравнения на вход регулятора26 соотношений поступает сигнал об изменении редуцирующих веществ РВ)субстрата и соответствующих им подачводы,гидролйэата,воздуха иминеральных солей, Величину управлякщего сигнала можно выразить выражениемс (о)- С (и)ср сРОИ:и( кесли Сея (п)-Сср( -1)(0,С (ь)С ( о 1),н ,. ц , . 1 е ив И в в ;есло С (п) С (п,где - среднеинтегральнаявеличина себестоимости в интервале.С:-Я времени Т; СР Т0(п) =0 (п) -П (п - величина измерения управляющего воздействия впинтервале времени;коэффициент. усиления от величины которого зависят динамические свойствасистемы.Блок времени 27 служит для задания промежутков времени, через ко" торые осуществляется определение градиента среднеинтегрального значения коэФФициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенные на единицу полученной биомассы.С выходов регулятора 26 соотношений на входы Заданиеф регуляторов 7, 10, 12 и 15 поступают сиг" налы, изменяющие величину Задание, что приводит к рассогласованию текущих значений измеряемой величины, поступающей с датчиков 6, 9, 5 и 14, соответственно и заданием. Определенные этим рассогласованием команды с регуляторов 7, 10,12 и 15 поступают на исполнительные механизмы 8, 11, 13 и 16 контуров регулирования подачивоздуха, минеральных солей, воды и гидролиэата.В случае превышения заданного объема культуральной жидкости в Ферментере 1 возникает рассогласование в регуляторе 18 между заданным и текущим .значениями объема дрожжевой суспензии, измеряемым по средством датчика 1.7. В результате этого исполнительный механизм 19 на линии отбора дрожжевой суспенэии восстанавливает заданный объем дрожжевой суспенэии.Регулирование кислотности культуральной жидкости осуществляется регулятором 21 посредством исполнительного механизма 22 на линии по.дачи аммиачной воды в Ферментере.Сигналом регулирования служит рассо.гласования между заданным и текущим ,значениями кислотности, измеряемыми 5 датчиком 20.Термостатирование процесса куль"тивирования осуществляется регулято ром 24 посредством воздействия на исполнительный механизм 25, уста новленный на линии подачи охлаждающей воды в змеевик, или на наружную поверхность феоментера при наличии рассогласования между заданием и текущим значением темпера туры, измеряемой датчиком 23. Предлагаемая система управлениядает снижение себестоимости био" массы по сравнению с прототипом 6.Также уменьшается отклонение концентрации биомассы и субстрата от .оптимальной величины на 5-7, что повышает точность управления системы. Это достигается эа счет под.держания себестоимости биомассы вобласти оптимума и управления по среднеинтегральному значению целевой Функции. Данная система управления может быть использована в первую очередь на предприятиях, где на от" ходах основного производства могут выращиваться кормовые дрожжи. Реализация системы управления может быть осуществлена на серийно выпускаемой аппаратуре, а также с использованием ЭВМ..швыдка аказ 272/ 23 Тираж 522 ВНИИПИ Росударственного коми по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Рауюска