Система автоматического дозирования для стерильных процессов ферментации

(57)автомбытьтичес зобрет тическ спольз ой и ми омышле л повы являе ма со бачок ж 3, нсп чик ве ГОСУДАРСТЙЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМъ СВИДЕТЕЛЬСТ 1) 4371774/30-132) 01.02.87(56) Бирюков В.В. и др. Оптимизацияпериодических процессов микробиологического синтеза. - М.:Наука, 1985,с, 172-173. АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИР РИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ фЕР ние относится к системамго дозирования и,можетвано в химико-фармацевкробиологической отрас"ности, Целью изобретенияшение надежности. Систеерментатор 1, сборник 2,лнительные механизмы 4 -хнего уровня 8, датчик1576568 перелива 9, датчики положения 10- 13 исполнительных механизмов 4 - соответственно и управляющее устройство, состоящее из счетчиков 14 - 169 триггеров 17 и 18 переднего фронта сдвиговых регистров 19 и 20, триггера 2 1 с приоритетом сброса и мажорирующего устройства 22, Устройство упИзобретение относится к системамавтоматического дозирования и можетбыть использовано в химико-фармацевтической и микробиологической отраслях ссромышленности,Целью изобретения является повышение надежности системы.20На фиг, 1 предсталена схема реализации системы дозирования; на фиг.2 -схема мажорирующего устройства.Система содержит ферментатор 1,сборник 2, бачок 3, исполнительныемеханизмы 4 - 7 соответственно на линии подачи субстрата иэ сборника дозируемого компонента в доэировочныйбачок, линии слива дозы из дозировочного бачка в ферментатор, линии подачи пара, линии подачи компонента, датчики 8 и 9 соответственно верхнегоуровня и перелива, датчики 10-13 положения исполнительных механизмов 4 - 7соответственно, а также счетчйки 14 - 3516, триггеры 17 и 18 переднего фронта, сдвиговые регистры 19 и 20, триггер 21 с приоритетным сбросом и мажорирующее устройство 22, которые образуют управляющее устройство. 40Г 1 ажбрирующее устройство содержитэлементы И 23-29, элементы ИЛИ 30 и31 и шифратор 32.Первые управляющие входы счетчиков14 и 16, триггеров 17 и 18 переднего 45фронта, триггера 21 с приоритетомсброса и мажорирующего устройства 22ссявляются управляющим входом Включен ность" управляющего устройства,Третьи сснформяционные, задающие входы 50счетчиков 14-16 являются задающимивходамн управляющего устройства соответственно "Задание скорости дозироВания с ЗадеРжка ЯнализЯ налив дОзыссЗадержка анализа слив дозысс.Четвертые информационные входы"ПАМЯТЬ" счетчиков 14 - 16 являютсяих вторыми выходами "Текущее значение счета",равления обеспечивает дозирование со скоростью не менее 30 доз в 1 ч, диагностирует доэирующий узел на основе совокупной информации и кодирует аварийные ситуации на своем сигнальном выходе, Кроме того, при обнаружении аварийных ситуаций блокирует дозирующий узел 2 ил Вторые информационные входы "Сброс" счетчиков 14 - 16 соединены с вторым информационным входом триггера 17 переднего фронта, вторым выходом триггера 17 переднего фронта и вторым выходом триггера 18 переднего фронта соответственно, Первые выходы "Заполненность" счетчиков 14 - 16 соединены с вторым информационным входом "Сброс" счетчика 14, девятым и восьмым информационными входами мажорирующего устройства 22 соответственно.Первые выходы ссПредыдущее состояние входа" триггеров 17 и 18 перед- него фронта являются их третьими информационными входами ссПамятьсс, Вторые выходы этих триггеров являются первыми управляющими входами сдвиговых регистров 19 и 20, Третий, четвертый, пятый и шестой входы сдвиговых регистров 19 и 20 являются задающими векторами состояния первого 4, второго 5, третьего 6 и четвертого 7 исполнительных механизмов на этап Налив и слив дозы соответственно, Первый, второй, третий и четвертый выходы сдвиговых регистров 19 и 20 являются управляющими входами исполничсельных механизмов 4 - 7 соответственно,Первый исполнительный механизм 4 соединен дополнительно с первым входом второго счетчика, второй - с третьим входом триггера с приоритетом сброса. Второй информационный вход второсо триггера 18 переднего фронта является выходом датчика 8 верхнего уровня, а также седьмым информационным входом мажорирующего устройства 22. Второй информационный вход "Сброс" триггера 21 с приоритетом сброса является вторым выходом первого триггера 17 переднего фронта и вторым информационным входом "Сброс" счетчика 15, Третий информационный511 11вход Установка является вторыми выходами сдвиговых регистров 19 и 20,Выход триггера с приоритетом сбросаявляется четвертым информационным11 ивходом Память и первым выходом"Предыдущее состояние входа" второготриггера 18 переднего фронта, Второйинформационный вход "Сброс" счетчика 16 является вторым выходом второго триггера 18 переднего фронта. Выход датчика 9 перелива является шестым информационным входом мажорирующего устройства 22,.Выходы датчиков10 - 13 положения исполнительных 5механизмов 4 - 7 являются вторым,третьим, четвертым и пятым информационными входами мажорирующего устройства. Первый выход мажорирующего устройства 22 является вторыми управляющими входами "Сброс" сдвиговых регистров 19 и 20,Второй выход мажорирующего устройства 22 является сигнальным выходом управляющего устройства. Первые управляющие входы элементов И 23-29, элементов ИЛИ 30 и 31 и шифратора 32 являются управляющим входом 11 Включенность" мажорирующего устройства 22, второй информационный вход которого является вторыми информационными входами элементов И 24, 26 и 29, третий - третьим информационным входом элемента И 24, четвертый - третьим информационным входом элемента И 26, 35 пятый - четвертым, вторым и четвертым информационными входами соответственно элементов И 24, 25 и 29, шестой - третьим и вторым информационными входами соответственно элементов И 25 и 40 27, седьмой - вторым, четвертым, вторым информационными входами соответственно элементов И 23, 25 и 28, восьмой - пятым и третьим информационными входами соответственно элементов 45И 25 и 28, девятый - третьим информационным входом элемента И 29Выходы элементов И 23-26 и 29 соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым информацион ными входами элемента ИЛИ 30, Выходы элементов И 24 и 25 соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами элемента ИЛИ 31, Выходы элементов И 27 и 28, элемента ИЛИ 31, элементов- И 23 и 29 соединены соответственно с вторым, третьим,. четвертым, пятым и шестым информационными входами шифратора 32, выход которого является первым выходом мажорирующего устройства 22, второйвыход которого является выходом эле-,мента ИЛИ 30 и одновременно сигнальным выходом устройства.Математическое описание использо"ванных элементов,Счетчик; У 1 = 1, если Хз 6 Х 41иначе 0; У = О, если Х 1 = 1, иначеи+1, где, й - значение счета 1,2,31 эи таад а Х Входу 1 У выходПифрой обозначается номер входа-выхода.Триггер переднего фронта У =Х;У 1 = 1, если Х =1, Х э=О, иначе О,Сдвиговый регистр, если Х 1 = 1, тоУ 2 01 УЗ 1 У+ фесли Х, = 1, то У = ХЗ, У = Х 41У 3 = Х, У Ф = Х 6 В противном случаевыходы без изменения.Триггер с приоритетом сброса: У==2,если Х.=1 и Х =1, иначе У=31 если Х =1, Х =1 и Х =1 или Х=11 Х=11Х=11 Х=1 и Х=11 иначе У =4,еслиХ 4=1 и Х =1, иначе У=5, если Х 5=11Х 1=1 и Х=11 иначе У 1=0,Заданием системе дозирования является скорость дозирования субстрата,которая заводится на задающий третийинформационный вход счетчика 14, Призаполнении счетчика 14 на его первомвыходе появится логическая единица,по которой триггер 17 переднего фронта установит свой второй выход в единицу, по которой сдвиговой регистр 19своими выходами откроет исполнитель"ные механизмы 4 и 7 (1 соответствуетсигналу,"Открыть", сбросит второйсчетчик 15 и сбросит триггер 21 с приоритетом сброса.Лалее второй счетчик 15 отсчитывает задержку анализа на налив дозы. Если второй счетчик 15 заполнится, а исполнительные механизмы 4 и 7 открыты,на втором выходе мажорирующего устройства появится код пять, что означает"Отсутствие субстрата в сборнике".В нормальном режиме, т.е. при наличиисубстрата, по мере заполнения бачка 3срабатывает датчик 8 верхнего зровня 17 157656 т.е. на втором информационном входе триггера 18 переднего фронта появится логическая единица, по которой второй его выход установится в единицу, по которой сдвиговый регистр 20 откроет исполнительные механизмы 5 и 6 и закроет механизмы 4 и 7, что соответствует этапу Слив дозы". Одновременно по логической единице на втором выходе первого триггера 18 переднего фронта сбросится и начнет отсчет Задержка анализа на слив, дозы" третий счетчик 16, а выходтриггера 21 с приоритетом сброса установится в единицу по логической единице на третьем информационном входе "Установка", тем самым блокируя триггер 18 переднего фронта с целью устранения "дребезга" датчика 8 верхнего 20 уровня, так как жидкость колеблется в бачке 3, контакт между верхним слоем жидкости и датчиком нарушается.В случае, если счетчик 16 заполнится, т,е. на его первом выходе по явится логическая единица, мажорирующее устройство 22 на своем втором выходе установит код два, что соответствует ситуации, прн которой жидкость по какой-либо причине не сливается 30 из бачкаКроме того в момент набора дозы возможно одновременное замыкание датчиков верхнего уровня 8 и перелива 9, при котором на втором выходе мажорирующего устройства 22 установится код один, что означает "Передозировка субстрата". В нормальном режиме при размыкании датчика верхнего уровня система готова для подачи следующей дозы, На всех этапах дозирования опасной является ситуация, при которой одновременно открыты исполнительные механизмы 7, 4 и 5, При этом мажорирующее устройство 22 выставляет на второй выход код три, что означает "Неконтролируемый проток субстрата в ферментатор" через линию слива дозы. Другой опасной ситуацией под третьим кодом является случай, когда открыты исполнительные механиз мы 4 и 7, замкнуты датчики верхнего уровня 8 и перелива 9 и истекла "Задержка анализа слив дозы", что означает другой путь "Неконтролируемый протока субстрата" через воздушную связь верха бачка 3 и ферментатора 1. На всех этапах дозирования опасной является ситуация при которой одновременно открыты исполнительные меха 8низмы 4 и 6, При этом на выходе мажорирующего устройства 22 установитсякод четыре, что означает "Неконтролируемая подача пара в ферментатор" 1,При возникновении одной из ситуаций,за исключением первого кода, код мажорирующего устройства 22 установитсяв единицу, по которой сдвиговые регистры 19 и 20 по второму управляющему входу "Сброс" сбросят сдвиговые регистры, т.е. выставят на свои выходылогические нули, что означает закрытие всех исполнительных механизмов,а именно блокирование схемы дозирования.Выход блока 23 (если равен 1) отражает наличие ситуации на Выливание. очередной дозы из дозировочногобачка", Выход блока 24 отражает ситуацию "Неконтролируемый проток субстрата в ферментатор через нижний(сливной) исполнительный механизм 5,Выход блока 25 отражает ситуацию "Неконтролируемый проток субстрата вферментатор", но через воздушнуюсвязь дозировочного бачка и ферментатора, Выход блока 26 отражает ситуацию "Неконтролируемая подача парав ферментатор", Выход блока 27 отражает ситуацию "Передозировка субстрата", Выход блока 28 отражает ситуацию "Невыливание очередной дозы издозировочного бачка", Выход блока 29отражает ситуацию "Отсутствие субстрата в сборнике или в коллекторе",Выход элемента ИЛИ 30 отражает наличие одной из укаэанных ситуаций, заисключением ситуации Передозировкасубстрата". Выход элемента ИЛИ 31отражает наличие ситуации "Неконтролируемый проток субстрата в ферментатор", Выход шифратора 32 являетсявторым выходом мажорирующего устройства 22 и отражает номер одной изконтролируемых ситуаций, 1 - "Передозировка субстрата"; 11 - "Невыливаниеочередной дозы из дозировочного бачка"; 111 - "Неконтролируемый протоксубстрата в ферментер", 1 Ч - "Неконтролируемая подача пара в ферментер;Ч - "Отсутствие субстрата в сборникеили коллекторе,Задержка анализа на набор дозы"составляет около 5 мин, а "Задержкаанализа на слив дозы" - около 2 мин,Скорость дозирования определяетсяобъемом бачка и концентрацией раство 15765 б 8ра, Максимальная скорость дозирования до 30 доз.в 1 чвСигнальный выход схемы может использоваться при выходе информации на мнемосхему или видеотерминал с последующей раскодированностью информации,. например в семантическом виде.По.сравнению с известной предлагаемая система позволяет снизить потери получаемого продукта за счет устранения нестерильных операций, наруше- ний технологии.Формула из обре те нияСистема автоматического дозирования для стерильных процессов ферментации, содержащая сборник дозируемого компонента, дозировочный бачок, линию,0 подачи компонента, два исполнительных механизма, установленных соответственно на линии подачи субстрата из сборника дозируемого компонента в дозировочный бачок и на линии слива дозы из дозировочного бачка в ферментатор, датчик верхнего уровня и управ. ляющее устройство, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения надежности, она снабжена линией подачи пара с третьим исполнительным механизмом, линией, соединяющей воздушные пространства дозировсчного бачка и ферментатора, четвертым исполнительным механизмом, установленным на линии подачи компонента, датчиками перелива и положения соответствующих исполнительныхмеханизмов, а управляющее устройство включает два триггера переднего фронта, два сдвиговых регистра, мажорирующии40 блок, триггер с приоритетом сброса и три счетчика, один из выходов первого счетчика соединен с его вторым входом и вторым входом первого триг- о гера переднего фронта, первый выходкоторого связан с его третьим входом,а второй выход - с первым входом первого сдвигового регистра, с вторымвходом триггера с приоритетом сбросаи вторым входом второго счетчика,первый выход которого подключен кдевятому входу мажорирующего устройства, восьмой вход последнего подключен к первому выходу третьегосчетчика, второй вход которогосоединен с вторым выходом второготриггеРа переднего фронта и с первымвходом второго сдвигового регистра,вторые выходы счетчиков подключены ких четвертым входам, второй вход второго сдвигового регистра соединен спервым выходом мажорирующегс устройства и с вторым входом первого сдвигового регистра, третий, четвертый, пятыйи шестой входы сдвиговых регистровсвязаны с соответствующими исполнительными механизмами, первый выход,второго триггера переднего фронта подключен к его третьему и четвертомувходам и первому выходу триггера сприоритетом сброса, при этом выходдатчика верхнего уровня соединен свторым входом второго триггера переднего фронта и седьмым входом мажорирующего устройства, выход датчика перелива соединен с шестым входом мажорирующего устройства, выходы сдвиговых регистров соединены с соответствующими исполнительными механизмами,датчики положения которых подключенысоответственно к второму, третьему,четвертому и пятому выходам мажорирующего устройства, причем первый исполнительный механизм соединен дополнительно с первым входом второго счетчика и второй - с третьим выходомтриггера с приоритетом сброса,1576568 ЮОе 2 авитель Г.Богачев ектор И,Самбор хРед Л.Сердюкова Редак ли Подписи водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 акаэ 1830 Тираж 484НИИПИ Государственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш ениям и открытиям прикая наб., д. 4/5