Система управления процессом культивирования микроорганизмов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСК ИХ(54) СИСТЕМА УП КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ;(57) Изобретени зовано в произв минных концентртибиотиков. Цел ит в уменьшении ентов и эагрязн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИОПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1) 635736(71) Всесоюзный нтельский институтвых веществ(56) Авторское свидетелВ 635736кл. С 05 П 27 юл. Р 24аучно-исследовабиосинтеза белкоАВЛЮНИЯ ПРОЦЕССОМ МИКРООРГАНИЗМОВ может быть нспольдстве белково-витатов, ферментов,аниэобретения состорасходных коэффициния окружающей среды за счет быстрого уменьшения концентрации остаточного парафина, азота и фосфора в ферментере путем резкого (импульсного) уменьшения подачипарафина, азота и фосфора, следстви-.ем чего является уменьшение концентрации остаточного парафина, азотаи фосфора по всему объему аппарата,так как аппарат по своим гидродинамическим характеристикам можно считать аппаратом идеального перемешивания. Резкое уменьшение излишнихпарафина, азота и фосфора в культуральной жидкости, 603 которой идетв стоки (остальные 403 возвращаютсяв аппарат) уменьшает загрязнениеокружающей среды, Система содержитподсистему быстрого уменьшения концентрации остаточных парафина, азота и фосфора, включающую в себя блок13 сравнения, реле 14 времени и блок15 импульсной подачи компонентов питания, один иэ входов блока 13 срав132022 кения связан с выходом блока 2 датчиков контролируемых параметров процесса ферментации, другой - с выходом устройства 7 ввода данных химического анализа, а выход блока 13 сравнения соединен с реле 14 времени, нормально замкнутые контакты которого соединяют через ключ 12 управления блок 11 формирования сигналов коррекции управляемых параметров с блоком 3 сумматоров, а нормально разомкнутые контакты соединяют выход блока 15 импульсной подачи компонентов питания с блоком 3 сумматоров, а вход его. соединен с блоком 2 датчи.ков контролируемых параметров процесса ферментации, блоком 6 начальных уставок управляемых параметров, устройством 7 ввода данных химического анализа и реле 14 времени. При выходе значения остаточных концентраций компонентов за заданные верхние и 5нижние значения блок сравнения включает реле 14 времени, нормально разомкнутый контакт которого замыкается на заданное время Т, и тогда сигнал коррекции с блока 11 формирования на это время Т перестает поступать на блок 3 сумматора, Реле 14 времени включает блок 15 импульсной подачи компонентов питания для подачи соответствующего компонента питания.(Я - Я; ) 71 Тгде РК, - подача -го компонента питания до срабатывания блока сравненйя;текущее и заданное эначения концентрации г-го компонента питания;объем аппарата,Ч1 ил, Изобретение относится к микробиологической промышленносги и может .найти применение на заводах белково- витаминных концентратов, ферментов, антибиотиков, в производствах, связанных с культивированием микроорганизмов, и является усовершенствованием известной системы управления процессом культивирования микроорганизмов по авт.св. Ф 635736. 10Известна система управления процессом культивирования микроорганизмов в Аерментере, включающая пульт управления, блок датчиков контролируемых параметров, связанный с первым входом пульта управления, устройство ввода данных химического анализа, связанное со вторым входом пульта управления, блок начальных уставок управляемых параметров, блок исполнительных механизмов, блок суммирования, к одному входу которого подключен пульт управления, второй вход соединен с блоком начальных ус 25 тавок управляемых параметров, а выход - с блоком исполнительных механизмов, блок сканирующих микроскопов, вычислитель морфологических призйаков, блок памяти, блок формирования сигналов коррекции, при этом к входам блока памяти подключен блок датчиков контролируемых параметров, устройство ввода данных химического анализа, пульт управления, вычислитель морфологических признаков, один из входов которого соединен с первым выходом блока памяти, второй вход через блок сканирующих микроскопов связан с ферментером,а второй выход - с пультом управления, второй выход блока памяти подсоединен к блоку формирования сигналов коррекции, входы которого соединены с блоком датчиков контролируемых параметров, вычислителем морфологических признаков, устройством ввода данных химического анализа, а выход блока формирования сигналов коррекции посредством ключа управления соединен с пультом управления и блоком суммирования.Целью изобретения является уменьшение расходных коэффициентов и уменьшение загрязнения окружающей среды.На чертеже изображена структурная схема предлагаемой системы управленияпроцессом культивирования микроорганизмов.Система состоит из ферментера 1,блока 2 датчиков контролируемых параметров процесса Аерментации,блока3 сумматоров, блока 4 исполнительныхмеханизмов, пульта 5 управления, блока6 начальных уставок управляемых гараметров, устройства 7 ввода данныххимического анализа, блока 8 скани ррующих микроскопов, вычислителя 9отличительных морфологических и статистических признаков культуры микроорганизмов, блока 10 памяти отличительных признаков процесса Ферментации и удовлетворительных решений наизменение управляемых параметров,блока 11 Аормирования сигналов коррекции управляемых параметров, ключа 12управления, блока 13 сравнения, реле 14 времечи и блока 15 импульснойподачи компонентов питания. Секцииферментера 1 соединены с блоком 8сканирующих микроскопов, на выходекоторых датчики оптической плотности 25(не показаны) соединены с первым входом вычислителя 9 морфологическихпризнаков культуры микроорганизмов,а второй вход вычислителя 9 соединен с выходом блока 10 памяти. В по рследнгм записаны удовлетворительныерешения на изменение управляемых параметров, а также отличительные морфологические и статистические признаки культуры микроорганизмов, наосновании которых ранее были приняты удовлетворительные решения,улучшившие экономические показ атели процеСса Аерментации количество и качество продукта).В блок 10 памяти постулают также данные с блока датчиковконтролируемых параметроВ процессаферментации и с блока 7 ввода данныххимического анализа. Выход блока 10соединен с входом блока 11 сигналовкоррекции на вход которого поступают данные с блоков 2, 7 и вычислителя 9,Для определения момента выхода остаточной концентрации 1-го компонента питания за регламентные значенияодин из входов блока 13 сравнениясвязан с выходом блока 2 датчиковконтролируемых параметров процессаферментации,другой - с выходом устройства 7 ввода данных химическогоанализа, а для запуска в этот моментвремени реле 14 выход блока 13 сравнения соединен с реле 14 времени,нормально замкнутые контакты которого обеспечивают прохождение оптимальных сигналов коррекции до на - ступления этого момента времени, для чего они соединяют через кгюч 12 управления блок 11 формирования сигналов коррекции управляемых параметров с блоком 3 сумматоров, после срабатывания реле 14 времени нормально разомкнутые контакты соединяют выход блока 15 импульсной подачи компонентов питания с блоком 3 сумматоров, т,е. на ферментер поступает резкое (импульсное) изменение (уменьшение) -го компонента питания, а выход блока 15 импульсной подачи компонентов питания соединен с блоком 2 датчиков контролируемых параметров процесса ферментации, блоком 6 начальных уставок управляемых параметров, устройством 7 ввода данных химического анализа и реле 14 времени.Таким образом, эа счет импульсного изменения подачи -го компонента питания остаточная концентрация Б1 которого в аппарате вышла за регламентные значения,эта концентрация за время Т действия импульса (с расчетной амплитудой А) принимает заданное значение Я: ,.Система работает следующим образом.Работа системы начинается с процесса обучения, для чего ключ 12 устанавливают в нейтральное положение. На пульт 5 управления и в блок 10 памяти поступают данные с блока 2 датчиков контролируемых Аизикохимических параметров, с вычислителя 9 отличительных морфологических признаков культуры микроорганизмов и химические данные с устройства 7, По этим данным с пульта 5 управления принимают решение изменить в определенной последовательности некоторые диапазоны управляемых контролируемых параметровзадаваемых блоком 6.Значения величины и знака изменений подачи в Ферментер 1 компонентов, регулирующих эти параметры,поступают с пульта 5 управления в блок 10 памяти, где они записываются на одну страницу рядом с данными блоков 2, 7 и вычислителя 9, для которых принято решение на изменение параметров. Если решение положительное, то эта страница с данными блоков 2, 7 и вычислителя 9 соответствующим(8; - Я;а ) 7Т 5решением на изменение величины и знака компонента остается в блоке 10памяти. Если решение отрицательное в. случае уменьшения выхода биомассы иухудшения ее качества, то страницастирается из памяти, На этой же странице записывается, во сколько разувеличивается экономический показатель.С заданным дискретом по времени 10описанный цикл повторяется, и из набранных страниц для данного типа сырья, например парафина, в блоке 10памяти составляется книга. Нулевыезначения величины на изменение компонент и получаемые при этом положительные решения также записываютсяв блок 10 памяти.При обучении нет необходимости задавать условия для отклонения про Оцесса от норм, а требуется обрабатывать реально текущие процессы. Послеокончания обучения, проходящего втечение некоторого времени (недели,месяцы)производится математическая 25обработка полученных результатов (выбор метрики, весовых коэффициентови т,д.), а затем ключ 12 ставитсяв такое положение, при котором система работает в режиме советчика (по- ЗОлуавтомата) следующим образом,Текущие данные с блоков 2, 7 ивычислителя 9 (т.е. существенно-информационные признаки процесса) поступают в блок 11 Формирования сигна- З 5лов, где они сравниваются по одномуиз алгоритмов распознавания образовс данными, записанными на страницахв блоке 10 памяти с соответствующимирешениями. Блок 11 выбирает из блока 4 О10 памяти данные той страницы книгидля заданного типа сырья, которыеближе всего к данным текущего процесса, и с этой страницы берется записанное ранее положительное решение 45на изменение корректирующих значенийизменений регулирующих параметров,В этом случае, если в режиме сонетчика система работает удовлетворительно, то ключ 12 ставится в поло 5 Ожение, при котором система переводится в автоматический режим работыпричем удовлетворительной считается такая работа системы, когда при выполнении ее команд (советов) экономяческий показатель не ниже того, который записан на странице памяти.Если он оказывается выше, то прежняя страница стирается и для данного показателя записываются новые даннь 1 еи решения по ним,В качестве существенно-информационных признаков процесса Ферментации(классов), которые записываются вблок 10 памяти при проведении реального процесса на заводе, принимаются показания датчиков контролируемых параметров по всей технологической линии процесса Ферментации иморфологические параметры (определяемые вычислителем 9) культуры микроорганизмов (самих микроорганизмов,включений в них и в среде) из различных секций ферментера 1 и из необходимыхточек технот:огической линиипроцесса ферментации.Морфологические параметры включают в себя геометрические размеры,форму, число частиц различной формы и включений и т,д., причем вкачестве признаков принимаются статические характеристики этих параметров, статистические характеристики культуры микроорганизмов, рассчитанные по сигналу датчика оптическойплотности сканирующего микроскопа,данные химическогс анализа с устройства 7. Система управления процессом Ферментацни приходит в равновесие, когда признаки текущего процесса совпадают с признаками эталонного(оптимального),1Если значения остаточных концентраций компонентов питания, измеряемых блоком 2 и устройством 7, выходят за заданные верхние и нижниезначения (например, парафин Б = 0,40,8 кг/м, азот Б = 0,2 - 0,4 кг/мФосфор Р 0 = 0,15 - 0,25 кг/мЗ), тоблок 13 сравнения включает реле 14времени, нормально замкнутый контакткоторого размыкается, а нормальноразомкнутый контакт замыкается назаданное время Т. Тогда сигнал коррекции с блока 11 формированияна время Т перестает поступать наблок 3 сумматоров. Реле 14 временивключает блок 15 импульсной подачикомпонентов питания для подачи соответствующего компонента питания где РК, - подача т.-го компонента питания до срабатывания срав1320225 нения;заданное (с блока Ь) знаБее(Д чение 1-го компонента питания;Б - текущее значение концентрации 1 - го компонентапитания;7 - объем аппарата. Составитель Г.Богачева Редактор И.Рыбченко Техред И.Попович Корректор Л.ПатайЗаказ 2612/22 Тираж 499 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 С вычислителя амплитуды импульса сигнал подачи -го компонента питания поступает на блок 3. В результате такого воздействия остаточная концентрация 1-х компонентов питания через время Т придет к заданному значению Я. Такое быстрое вос 1 зйдстановление заданной концентрации дает снижение расходного коэффициента и уменьшение загрязнения стоков. Время Т определяется гидродинамическими характеристиками аппарата, т.е, это то время, за которое концентрация -го компонента питания в аппарате примет новое значение после импульсного изменения (уменьшения) подачи этого компонента на входе.Через время Т реле времени опять подключает блок формирования сигналов коррекции по 1.-му компоненту питания к блоку 3 сумматоров, т.е, продолжается оптимальное управление процессом культивирования микроорганизмов.Таким образом, использование системы управления процессом культивирования микроорганизмов с дополнительно введенными блоками сравнения, реле времени и импульсной подачи компонентов питания приводит к уменьшению расходных коэффициентов на 3,01 па лара Фину, на 15 по азоту, на 247 по фосфору и снижению загрязнения стоков на 37. Формула изобретения10 Система управления процессом культивирования микроорганизмов по авт.св. Р 635736, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения расходных коэффициентов и загрязнения окружающей среды, она дополнительно снабжена реле времени, блоком импульсной подачи компонентов питания и блоком сравнения, один из входов последнего 20 связан с выходом блока датчиков контролируемых параметров процесса ферментации, другой - с выходом устройства ввода данных химического анализа, а выход - с реле времени, нормально замкнутые контакты которой соединены с ключом управления, а нормально разомкнутые контакты - с выходом блока импульсной подачи компонентов питания, причем входы последнего подключены к блоку датчиков контролируемых параметров процесса ферментации, устройству ввода данных химического анализа, блоку начальных уставок управляемых параметров и ре ле времени,