Способ автоматического управления производительностью смежных участков в микробиологической установке

,3 1 б,И ЬСТВ но-проиэнодстромантоматикаД.П. Панов ельство СССР 27/00, 1980,иде 5 Р(57) сится к п етение от биологиче Изо мик кой промьппленпроизводстну л эволяет увеличи астности к ности В зина, Иэо производи етениельность обиологиче ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕ(71) Грозненское наувенное объединение(56) Авторское свУ 885981, кл, Г 0 ПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕ ОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ СМЕЖНЫХ УЧА В МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВК кого производства путем регулиронания нагрузки с учетом состояния процессов ферментации и выпаривания.В блоке (Б) 19 осуществляется расчетсостояния процесса ферментации попоказаниям датчиков (Д) 14, 17, 18.В Б 30 определяется состояние процесса выпаринания по показаниям Д 26,29, 8, 11, В Б 31 осуществляется расчет задания регуляторам (Р) 7 и1 О с учетом состояния процессон ферментации и выпаривания, а также взависимости от значения уровня в емкости Г и скорости его изменения. ВБ 32 осуществляется расчет заданийР 10 и 13 с учетом состояния процесса выпаривания, концентрации исходного продукта, уровня в емкости Еи скорости его изменения. 3 ил,15 На линии подачи пара в выпаркую установку установлен датчик 26 расхода и исполнительный механизм 27, соединенные с регулятором 28, а также 55 датчик 29 давления, связанный с блоком 30 определения состояния выпарного аппарата, на второй вход которого поступает сигнал от датчика 26,Изобретение относится к способам регулирования произвдцтельцости смежных участков цризнодства и можег быть использован ц пищевой, микро 5 биологической промькецности, в частности в производстве лизина.Иеь изобретения - повышение производительцости смежных участков микрбиологического производства.На фиг, 1 представлена схема реализации предлагаемого способа; ца фиг, 2 - схема блоков определения состояния ферментера и формирование залаия регулятором; ца фиг. 3 схема блоков определения состояния выпарцого аппарата и формирования задания регулятора.Участок микробиологической установки состоит иэ Ферментера 1, бу Ферной емкости 2, ныпарцого аппарата и буферной емкости 4, соединенных лицией подачи раствора, На линии подачи раствора в ферментер 1 установлены датчик 5 расхода и исполнительный механизм 6, соединенные с регулятором 7. На линии подачи раствора в выпарной аппарат 3 установлены датчик Я расхода и исполнительный механизм 9, соединенные с регулятором 10, На ликии упаренного раствора после вынярго анвара а 3 установлены датчик 11 раскда и исполнительный меха кцзм 12, соединенные с регуляторо 13 соотношения, другой вход которого соединен с датчиком 3. На линии по дачи воздуха в фермектер установлены датчик 14 расхода и исполнительный механизм 15, соединенные с регулятором 16, На ликии газов, отходящих иэ ферментера, установлен концентромер 40 17, соединенный также, как и датчик 14 и датчик 18 уровня, установленный в ферментере, с блоком 19 определения состояния ферментера. В буферной емкости 2 устанонлен датчик 20 уров ня, соединенный с дифферекцирующим блоком 21 и блоком 22 сравнения, В емкости 4 устанонлен датчик 23 уровня, соединенный с дцфференцирующим блоком 24 и блоком 25 сравнения. а ца третий и четвертый входы - сигналы т датчиков 8 и 11, Выход блока 30 связан с первым входом блока 31 Формирования задания и блока 32 аналогичного назначения. Второй вход блока 31 соединен с блоком 22, а тре тий - с блоком 19, Первый выход блока 31 соединен с регулятором 7, а второй выход - через элемент ИЛИ 33 с регулятором 10, Второй вход блока 32 соедицен с датчиком 34 концентрации, установленным на линии подачи- раствора в выпарной аппарат, первый выход - через элемент ИЛИ 33 с регулятором 1 О, а второй выход - с регулятором 13.На Фиг, 2 представлена схема блока 19 определения состояния ферментера и блока 31 формирования задания регуляторами 7 и 10.Блок 35 умножения соединен с датчиком 14 и блоком 36 алгебраического сложения, первый вход которого в свою очередь связан с концентратомером 17, а на второй вход подается сигнал о концентрации кислорода в воздухе, поступающем на аэрацию. Выход блока 35 соединен с первым входом блока 37 деления, второй вход которого связан с блоком 38 умножения, на вход которого подается сигналот датчика 18. Выход блока 37 соединенс блоком 39 сравнения, на второй вход которого поступает эталонный сигнал К , Выход блока 39 связан с первымминвходом элемента И 40 и первым входом элемента И 41, Второй вход элементов 40 и 41 связаны с ньжодом блока 42 сравнения, первый вход которого соединек с датчиком 18, а на второй поступает эталонный сигнал Н . Третьииосвхдь элементон 40 и 41 соединены с выходом блока 43 сравнения, вход которого связан с датчиком 5.Выход элемента 40 соединен с входами элементов И 44-46, Второй вход элемента 44 соединен с датчиком 8, а вьжод - с элементом 11 ЛИ 47, второй вход которого связан с выходом элемента И 48, входы которого подключены к датчику Я, Выход элемента 47 соединен с первым входом сумматора 49. Второй вход последнего соединен с элементом ИЛИ 50, входы которого связаны с элементами И 46 и 51, в свою очередь входы которого подключекы к датчику 5. Третий вход сумматора 49 соединен с элементом ИЛИ 52входы которого снязаны с элементом45 и элементом И 53, входы которогов свою очередь подключены к блоку54 умножения. На последний поступае 1сигнал от блока 22 (см.фиг. 1) и постоянный сигнал Р. Выход сумматора49 подключен к инвертору 55, а выход - с регулятором 7.Выход элемента 41 подключен к элементам И 56-58, Второй вход элемента 56 соединен с блоком 54, а выходс элементом ИЛИ 59, второй вход которого связан с элементом И 60, входыкоторого в свою очередь подключенык блоку 54. Выход элемента 59 связанс первым входом сумматора 61, второйвход которого связан с выходом элемента ИЛИ 62, входы которого в своюочередь подключены к элементу 57 иэлементу И 63, Входы последнего связаны с датчиком 5, Третий вход сумматора 61 связан с элементом ИЛИ 64,входы которого соединены с элементом58 и элементом И 65, входы которогов свою очередь подключены к датчику8, Выход сумматора 61 соединен с инвертором 66, а выход - с регуляторомО,Блок 67 умножения соединен с датчиком 26 и сумматорам 68, первымвходам которого является постоянныйсигнал С вторым входом - сигнал отблока 9 умножения, третьим входомсигнал от блока 70 умножения,Блоки 69 и 70 соединены с датчиком 29, а вторым входом блока 70 яв 35ляется постоянный сигнал СВыход блока 67 связан с первымвходом блока 71 деления, второй входкоторого соединен с сумматором 72,40входами которого является сигналыот датчиком 8 и 11. Выход блока 71связан с блоком 73 сравнения, вторымвходом которого является эталонныйсигнал. Выход блока 73 связан с элементами И 74 и 75, Второй вход эле 45ментов 74 и 75 соединен с выходомблока 76 сравнения, входами которогоявляются сигнал от датчика 23 и эталонный сигнал Н . Третьи входыэлементов 75 и 74 соединены с блоком 77 сравнения, входами которогоявляются сигнал от датчика 29 и эталонный сигнал Р, . Четвертые входыэлементов 74 и 75 соединены с выходомблока 78 сравнения, входами которого 55является эталонныйсигнал Ььп мак итекущее значение концентрации упарен"ного продукта Ь . Выход элемента 75 соединен с входами элементов 48, 51 и 53 и инвертора 55 (фиг. 2). Выход элемента 74 соединен с входами элементов 60,63 и 65 и инвертаром 66,.Элемент И 79 соединен первым входом с элементом 74, а вторым - с сумматором 80, входами которого в свою очередь являются сигнал от блока 25 (фиг, 1) и постоянный сигнал С, Выход элемента 79 связан с блокам 81 деления, второй вход которого соединен с блоком 82 умножения, входами которого в свою очередь являются сигналы от датчиков 34 и 8. Выход блока 81 связан с блоком 83 деления, второй вход которого соединен с дат" чиком 34, а выход - с регулятором 13 и блоком 84 деления, Второй вход последнего связан с сумматором 80, а выход - с сумматором 85, второй вход которого соединен с датчиком 8. Выход сумматора 85 связан с регуляторам 10Способ осуществляется следующим образом.Расход раствора на ферментер 1 и выпарной аппарат 3 регулируют соответственно регуляторами 7 и 10, на которые поступают сигналы от датчиков 5 и 8 расхода и которые путем выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы 6 и 9 обеспе. чивают выполнение централизованного задания по выпуску продукта. Расход раствора на выходе выпарного аппарата регулируется регулятором 13 соотношения в зависимости от сигналов, поступающих от датчиков 8 и 11 путем воздействия на исполнительный механизм 12. Величину соотношения устанавливают таким образом, чтобы выполнялось равенство где С , С- значение расхода, измеряемого датчиками 8 и 11)Ь, - значение концентрациираствора перед выпарным аппаратом, измеряемое датчиком 34.Расход воздуха на ферментер регу" лируется регулятором 16 в зависимости от показаний датчика 14 расхода путем воздействия на исполнительный механизм 15. Регулирование расхода пара на выпарной аппарат 3 проиэво1373731 где С., С,-,В, Р1дн1 Н нам 55 дится регулирующим контуром: датчик 26 расхода, регулятор 28 и исполнительный механизм 27При изменении уровня в емкостях 2 и 4, значение которого измеряется датчиками 20 и 23 соответственно, в дифференцирующих блоках 21 и 24 определяется скорость его изменения, В блоках 22 и 25 сравнения производится 10 сравнение значения уровня и скорости его изменения с допустимыми граничными значениями ан-"ммм-и 1 - ",1- - 33 15 При отсутствии нарушения границ управление величиной нагрузки на ферментер и выпарную установку осуществляется согласно ранее принятому заданю. При нарушении хотя бы одного условия для емкости Е, на блок 31 выдается сигнал для выработки нового задания на ферментацию и выпарку. Расчет задания осуществляется с учетом состояния этих процессов, определяемого соответственно в блоках 1 Э и 30, Состояние процесса ферментации определяется по величине удельного потреблеп 1;я кислорода культурой по Формуле где 1 - расход воздуха, измеряемыйдатчиком 14; 35Н - уровень в ферментере с сечением Р измеряемый датчиком 18;С, С- концентрация СОв воздухе,поступающем и отходящем,измеряется концентратомером 17,Определение состояния процессаферментации осуществляется по уравнению (1) в блоке 19 цепочкой блоков 35-38 (фиг. 2), Знак состояниепроцесса, мо 1 кно определить имеются лирезервы для увеличения производитель.ности ферментации.Это возможно при соблюдении следу. 50ющих условий: Фт - макс фН -Р - Н максПроверка условий (2) осуществляется в блоке 19, 39, 42, 43 и элемента И 40 и 41, Назначение элемента И - оценить одновременное выполнение условий (2). При этом на выходе эле"мента 40 появится сигнал, поступающий на блок 31 (фиг. 1), на элементыИ 44-46 (фиг. 2),При несоблюдении условий (2), которые проверяются элементом 41, осуществляющем функцию И, сигнал такиевыдается на блок 31, а именно на элементы И 56-58, В блоке 31 производится расчет нового задания регулятором7 и 10 таким образом, чтобы производительность технологической линии воэросла. Пересчет задания осуществляется в том случае, если имеет местосигнал от блока 19 и сигнал от блоков 21 и 22 о нарушении границ изменения уровня или провышения скоростиего изменения (сигнал от датчика 20уровня). Нарушение условий ННЕ или-днйср, гдето и рграничные значения, говорит о том,что производительность выпарной установки значительно превышает производительность ферментации. При выполнении неравенств (2) (сигнал отэлемента 40) имеются условия для увеличения производительности ферментации. Новое задание регулятору 7 рас"считывается в блоке 31 по формуле ьС С . С + Р, (3)ан,текущая производительность выпарки и ферментации;сечение емкости Е; изменение уровня эа время д.: дн НН-;9номинальное значение уровня и емкости. Расчет задания осуществляется на сумматоре 49, когда поступает три сигнала: С 1 от датчика 8 через элемент ИЛИ 47 при соблюдении условий (2) - сигнал от элемента И 44, С ;, от датчика 5 через элемент ИЛИ 50 при соблюдении условий (2) - сигнал от элемента 46, сигнал а Н/д; Р от блока 54 умножения сигналов через элемент И 45 и элемент ИЛИ 52. Рассчитанное задание с сумматора 49 поступает через инвертор 55 на регулятор 7.Нарушение условий (2) означает, что при данном состоянии процесса производительность ферметера максимальна, и для согласования проиэво(4) макг РвР акс Ьс Ь Ъ) Ь, НТ Н(8) дительности производства необходимоизменить задание на выпарку. Припоявлении сигнала с блока 19 на элементы И 56-58 блока 31 производитсярасчет нового задания регулятору 10 лНЛС = С -- С + - . - .Г 6 чРасчет по формуле (4) производится 10н сумматоре 61 блока 31, на входыкоторого поступают сигналы; от блока22 и блока 54 умножения сигнал аНв : . Г через элементы И 60 и ИЛИ 59лф 15от датчика 5 через элементы И 63 иИЛИ 62 сигнал С- от датчика 8 черезэлементы И 65 и ИЛИ 64. Сигнал отсумматора 61 через иннертор 66 поступает на регулятор 10,Резкое возрастание уровня н емкости Е и нарушение границ НЙНН ., - : - ) 9 свидетельствует о снижении производительности выпар ной установки. При этом в блоке 30 анализируется возможность увеличения ее производительности. Для этого определяется состояние устачонки по фсрмуле 30(5)Игде ( - расход лара, измеряемыйдатчиком 26;И - количество выпаренной влаги,35определяемое по разностизначений датчиков расхода8 и 11 К- удельная теплота конденсациипара, является функцией давления и определяется по показаниям датчика 29 К = 537 Р - 1,83 Р + 5,8 (6) На фиг. 3 представлена структурная схема блоков 30 и 32. Расчет значения Е по уравнению (6) осуществляс тся цепочкой сумматора 68 и блоков 69-70 умножения, причем на блоки 69- О умножения поступает сигнал от дат;яка 29 давления. Вычисленное значение В с сумматора 68 поступает на вход олока 67 умножения, на второй вход которого поступает сигнал от 731 8датчика 26 расхода пара. В блоке 67умножения производится расчет числителя уравнения (5). Выходной сигналпоступает на блок 71 деления, на второй вход которого поступает значение Ы вычисленное н сумматоре 72 по показаниям датчиков 8 и 11, Выходнымсигналом блока 71 является показатель о, отражающий состояние процесса выпаривания, зная которое можнооценить наличие реэернон на ныпарке. Для этого в блоке 31 производится проверка условий где Р - давление пара в греющей камере;Н-, - уровень в емкости ЕПроверка условий (7) осуществляется следующим образом,Сигнал от блока 71 поступает наблок 73 сравнения, где значение сравнивается с граничным значением омас фВыходной сигнал блока 73 поступаетна элементы И 4 и 75. Сигнал отдатчика 29 поступает на блок 77 сравнения, где сравнивается с заданнымзначением Р , , Выходной сигналмачсблока 77 поступает на второй входэлементов 74 и 75. На третий входэтих элементон поступает сигнал отблока 76 сравнения, где производитсяпроверка значения уровня в Епопоказаниям датчика 23. На четвертыйвход этих элементов 74 и 75 поступает сигнал от блока 78 сравнения,где производится ныполнение условий ЬенЪ увЬмаксЭлемент 74 выдает выходной сигнал при одновременном выполнении всех условий (7). При невыполнении хотя бы одного условия сигнал появится на выходе элемента 75.При выполнении условий (7) очевидно, ч о выпарка загружена не полностью и ее производительность можно увеличить. Выходной сигнал с элемента 74 поступает в блок 31 для расчета нового задания регулятору 10 ьС - - у 4 Р + С., - - С ЬН ь Ьф(9)з Э д При расчете эадания регулятору 7 30 по уравнению (9) на сумматор 49 поступают сигналы от датчиков 5 и 8 и блока 22, но при этом разрешающим условием для их прох ддения является сигнал от элемента 75. Поэтому сиг налы от датчиков 5, 8 и,блока 22 поступают сначала на элементы И 48, 51, 53, на второй вход которых поступает сигнал от элемента 75, а затем через элементы ИЛИ 47, 50 и 52 на 40 входы сумматора 49. Выходной сигнал сумматора через инвертор 55 поступает на регулятор 7, если имеется сигнал от элемента 75.При изменении уровня в емкости Е 45 сигнал от датчика 23 поступает в дифференцирующий блок 24, а затем на блок 25, где производится сравнение значения уровня в емкости и скорости его изменения с граничными эначениями 50 Н Н и - Чд дН МОКС оНмин При отсутствии нарушения границ управление величиной расхода упаренного раствора производится по ранеевыбранному заданию, Нарушение хотябы одного условия означает появление рассогласования производитель 9 13737При этом расчет по уравнению (8) осуществляется, если на вход сумматора 61 поступают сигналы от элементов И 56-58 через элементы ИЛИ 59, 62 и 64, разрешающим условием для которых является сигнал от элемента 74 (фиг. 3), поступающий на элементы 60, 63 и 65.На регулятор 10 выдается сигнал с сумматора 61 об изменении задания по уравнению (8), если на инвертирую. щий вход инвертора 66 поступает сигнал от элемента 74, Иначе задание рассчитывается по уравнению (4).Если условия (7) не выполняются, это означает, что при данном состоя" нии греющих поверхностей выпарка загружена максимально, и для согласования работы участков производства необходимо изменить задание на ферментацию. Сигнал об этом поступает с блока 30 (выходной сигнал элемента 75) и на блок 31 (входные сигналы элементов 48, 51 и 53 и инвертора 55), Задание регулятору 7 рассчитывается следующим образомЬН-,Н,Н или -) Чнеобхо 2 макс Д 1 аддимо уменьшить расход упаренногораствора, поступающего в емкость таким образом, чтобы производительностьвыпарки не уменьшилась. Для этого вблоке 30 проводится анализ условий(7). При их выполнении с элемента74 на блок 32 поступает сигнал обизменении задания регулятору 13 соотношения/Ь,где Ь- новое значение концентрации упаренного продукта, определяется: Сьье чо+ =- Г(13) чп чп с где С, - значение расхода раствора иэ емкости Ена сушку; С = сопве. Расчет задания регулятору 13 производится в блоке 32 по уравнению (1 О) следующим образом.По уравнению (12) путем подстановки в него значения С из уравненония (13) в сумматоре 80 рассчитывается значение Сщпо сигналам от бло 1ка 25 (фиг. 1) и С сопвй, При разрешении от блока 30 (сигнал от элемента 74 на входе элемента И 79 сигнал С поступает на блок 81 деления, на второй вход которого поступает сигнал от блока 82 умножения, где производится расчет числителя ураьнения (11) по сигналам от датчиков 8 и 34. После расчета в блоке 811значения Ь сигнал передается на блок 83 деления, где с учетом значения концентрации Ъ (сигнал от датчика 34) производится расчет нового значения величины соотношения для регулятора 13. 31 10ности участков производства, для устранения которого необходимо поступление сигнала на блок 32 для изменения задания на регулятор 13 соотношения и регулятор 10 расхода раствора на выпарку.При переполнении емкости Е , когдад У1373711В блоке 32 происходит также изменение задания и регулятору 10/в КйсДля этого в блоке 84 деления производится расчет первого слагаемого1уравнения (14): , . Нв входы блока 10СцвКс84 поступают сигналы С от элемента 79 и К, от блока 83. В сумматоре 85 производится расчет значения д С р по сигналам от блока 84 и датчика В, Расчитанное значение передается на регулятор 10.При нарушении условия ЬЬ , происходит выдача нового задания только на регулятор 10.При определении емкости Е когда Н- с Н , необходимо увелйчитьмннпроизводительность выпарки. Для этого увеличивают расход упаренного раствора, поступающего в емкость. В блоке 30 производится проверка условий (2), при их соблюдении на блок 32 поступит сигнал об изменении задания регуляторам 13 и 10 аналогично предыдущему случаю. При нарушении условия ЪЬ задание меняетсяЧДминтолько регулятору 1 О.Использование данного способа управления производительностью смежных участков позволяет по сравнению с известным увеличить производитель ность производства на 1,53.формула изобретенияСпособ автоматического управления 40 производительностью смешных участков в микробиологической установке, предусматривающий регулирование расхода раствора, поступающего в выпарной аппарат . и в буферную емкость, и иэ мерение концентрации раствора на входе выпарного аппарата, о т л и -31 ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения производительности, регулируют подачу раствора и воздуха вферментер, измеряют концентрацию отходящих газов и уровень в ферментере идавление пара, постуам.его в выпврной аппарат, и регулируют подачу пара, осуществляют и".ч. ение уровня искорости изменения его в двух буферныхемкостях и сравнивают с граничнымизначениями, а задание для регулирования подачи раствора н ферментеропределяют в зависимости от состоянияферментера и выпарного аппарата ирезультата сравнения уровня и скорости его изменения в одной из буферныхемкостей с, граничными пределами, задание на регулирование подачи раствора во вторую буферную емкость определяют в зависимости от состоянияферментера и выпарного аппарата н концентрации раствора нв входе в выпарной аппарат и результата сравненияуровня раствора на входе выпарногоаппарата и скорости его изменения вовторой буферной емкости с граничнымизначениями, и регулирование расходараствора, поступающего в выпарнойаппарат, осуществляют с учетом задания для регулирования подачи раствора в ферментер или во вторую буферную емкость, при этом состояние ферментерв устанавливают в зависимостиот расходов раствора и воздуха, поступающих в ферментер, уровня в ферментере и концентрации уходящих газовиэ ферментера и состояние выпарногоаппарата устанавливают в зависимостиот расходов раствора и пара, поступающих в выпарной аппарат, расходараствора, поступающего во вторуюбуферную емкость, и давления поступающего пара, причем регулированиеподачи раствора во вторую буфернуюемкость осуществляют с учетом концентрации раствора, поступающего ввыпарной аппарат1 17 17 11 ЕлОм Л 2 ул за ХБУ Составитель Г. Богачевактор М, Иедолуженко Техред Л.Олийнык орректорВ, Бутяга дписн Заказ 5 1 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,оектная 4 20 Тираж 5 В 1 ИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Р