Система автоматического управления периодическим процессом ферментации

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматическому управлению периодическим процессом ферментации и может быть использовано в производствах микробиологической и химико-фармацевтической промышленности. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта зё счет повьшения качества управления. Система содержит контуры стабилизации температуры, стабилизации давления, стабилизации расхода воздуха на азрацию и контур регулирования концентрации растворенного кислорода . Контуры стабилизации температуры и давления включают датчик измеряемого параметра, регулятор и исполнительный механизм. Контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию дополнительно содержит сумматор Ю, вход которого связан с ре-гулятфром 9ч а выход - с исполнительным мехлшФЗ мом 11. Контур регулирова«ия квйцент - рации растворенного кислорода включает датчик 12, подклнзченный к входу регулятора 13 и к входу обратной модели 14 без запаздьшания, первый сумматор 15, связанный с выходом обратной модели 14 без запаздывания с инте гральным блоком 16. Второй вход первого сумматора 15 через блок коррек- . ции 17 подключен на выход регулятора 9. Выходы интегрального блока 16 и блока 18 получения модуля подкточены к входам блока 19 умножения, подключенного к второму входу сумматора 10, связанного по первому входу с 1 егуля - TOD.OM 9. 1 ил. V с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИX

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4029749/28-13, (22) 26.02.86 (46) 30.05.88. Бюл. У 20 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) В.Ф. Лубенцов и 10.Г. Колпиков (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(1019408, кл. G 05 0 27/00, 1981. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕ. НИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕНТАЦИИ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению периодический процессом ферментации и может быть использовано в производствах микробиологической и химико-фармацевтичес" кой промышленности. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта за счет повышения качества управления, Система содержит контуры стабилизации температуры, стабилизации давления, стабилизации расхода воздуха на аэрацию и контур регулиро(so 4 С 12 0 3/00

Г

®Сг,-" --;;.;. „.;,, вания концентрации растворенного кислорода. Контуры стабилизации тамиературы и давления:включают датчяж измеряемого параметра, регулятор и исполнительный механизм. Контур стаби" лиэации расхода воздуха на аэрецмю дополнительно содержит сумматор 1 О, вход которого связан с регулятерои 9; а выход — с исполнительным механизмом 11. Контур регулирования кейцент рации растворенного кислорода включает датчик 12, подключенный к входу регулятора 13 и к входу обратной модели 14 без запаздывания, первый сумматор 15, связанный с выходом обратной модели 14 беэ запаздывания с интегральным блоком 16. Второй вход первого сумматора 15 через блок коррекции 17 подключен на выход регулятора

9. Выходы интегрального блока 16 и блока 18 получения модуля подключены к входам блока 19 умножения, подключенного к второму входу сумматора 10, связанного по первому входу с регуля* тором 9. 1 ил.

1399342

Изобретение относится к автомати.» ческому управлению периодическими процессами ферментации и может быть использовано в производствах микробиологической и химико-фармацевтической промышленности.

Цель изобретения — увеличение выхода целевого продукта эа счет повышения качества управления.

На,чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления периодическим процессом ферментации., Система содержит контуры стабилизации температуры, давления, расхода воздуха на аэрацию и контур регулирования концентрации растворенного кислорода.

Контур стабилизации температуры в ферментаторе 1, содержит датчик 2, 20 пбдключенный к входу регулятора 3, связанного с исполнительным механизмом 4, установленным на линии охлаждающей воды.

Контур стабилизации давления в . ферментаторе 1 содержит датчик 5, подключенный к входу регулятора 6, связанного с исполнительным механизмом 7,.".установленным на линии отходящих из ферментатора газов. 30

Контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию содержит датчик 8, подключенный к входу регулятора 9, связанного через сумматор 10 с исполни- " тельным механизмом 11, установленным на линии подачи аэрирующего воздуха.

Контур регулирования концентрации растворенного кислорода включает датчик 12, подключенный к входу регулятора 13, связанного с регулятором 9, 40 и к входу .обратной модели 14 беэ запаздывания, второй сумматор 15, связанный с выходбм об. атной модели 14 без запаздывания и с интегральным блоком 16. Выход регулятора 9 под- 45 ключен к второму входу второго сум" матора 15 через блок 17 коррекции, а также на вход блока 18 получения модуля непосредственно. Выход сумматора 15 через интегральный блок 16 50 и выход блока 18 подключены к входам блока 19 умножения, подключенного к второму входу сумматора 18, связанного по первому входу с регулятором

9 расхода воздуха на аэрацию.

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации работает следующим образом.

Концентраций растворенного кислорода в ферментаторе 1 измеряется датчиком 12, сигнал с выхода которого поступает на регулятор 13 растворенного кислорода и на вход обратной модели 14 без запаздывания.

При возникновении рассогласования между текущим и заданным значением концентрации растворенного кис.- лорода, обусловленного потреблением микроорганизмами кислорода в ходе процесса ферментации, регулятор 13 формирует регулирующее воздействие, которое поступает в качестве сигнала коррекции на задающий вход регулятора 9, который формирует результирующее воздействие на исполнительный механизм Il. Выходные сигналы обратной модели 14 и регулятора 9, пройдя через блок 17 коррекции, который обеспечивает согласование выхода регулятора 9 с выходом обратной модели 14, сравниваются на сумматоре 15.

При изменении параметров динамических характеристик контура регулирования растворенного кислорода вследствие изменения реологических свойств культуральной жидкости, ухудшения массообменных характеристик выходной про.- цесс обратной модели 14 отклоняется от требуемого процесса, формируемого на выходе блока 17 коррекции, в результате чего возникает рассогласование на выходе сумматора 15. Используя это рассогласование, интегральный блок 16 формирует сигнал, который перемножается в блоке 19 с выходным сигналом блока 18 получения модуля выходного сигнала регулятора 9 и поступает на второй вход сумматора 10, обеспечивая тем самым такое .изменение результирующего воздействия регулятора 9, при котором сигнал рассогласования на выходе сумматора 15 стремится к нулю. Измененное значение регу.-. лирующего воздействия с выхода сумматора IO поступает на вход исполнительного механизма 11, обеспечивая посредством его подачу воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода с учетом изменившихся значений параметров динамических характеристик канала регулирования. При увеличении коэффициента усиления объекта по каналу регулирования 0, например nps K (t) K > I (K, K — коэффициенты обЪектб и модели), сигнал

1399342

ВНИИПИ Заказ 2643/29 Тираж 520 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рассогласования на выходе сумматора

15 отрицателен, что вызывает формирование отрицательного сигнала на выходе интегрального блока 16, который, 5 предварительно пройдя блок !9 умножения, поступает на вход сумматора 10, куда также поступает выходной сигнал регулятора 9. В результате чего результирующее воздействие на выходе сумматора 10, поступающее на вход исполнительного механизма 11, уменьша. ется. При уменьшении коэффициента усиления объекта, например в случае

Ко (t) К «1, действие в дополнитель- 15 ном контуре системы происходит в обратном порядке. Учитывая, что рассо" гласование на выходе сумматора 15 может быть разного знака (как положительным, так и отрицательным), то 20 в целях обеспечения устойчивости в систему вводится блок 18 получения модуля, который обеспечивает независимость изменения выходного сигнала блока 19 умножения от знака воэдейст- 25 вия, формируемого регулятором 9, в результате чего обеспечивается устойчивость процесса формирования допол" нительного воздействия.для устранения рассогласования на выходе сумматора З<>

15.

Введение блока 17 коррекции упрощает реализацию системы и позволяет избежать операции дифференцирования при формировании обратной модели, поскольку динамические характеристики

35 канала регулирования концентрации растворенного кислорода описываются динамическими звеньями. Для этого следует выбирать порядок оператора в блоке 17 коррекции выше или равным избытку полюсов объектов управления над его нулями.

Стабилизация температуры и давления в ферментаторе 1 осуществляется

45 с помощью регуляторов Э и 6 и исполнительных механизмов 4 и 7, воздействующих на подачу охлаждающей воды в рубашку либо в змеевик ферментатора

1 и сброс отходящих газов °

Результаты реализации системы авто.50 матического управления периодическим процессом ферментации показали, что качество регулирования концентрации растворенного кислорода в предлагае1:ой системе вьппе, чем в системе по прототипу: время переходных процессов более чем в 2 раза, максимальное от" клонение концентрации растворенного кислорода в 2 раза меньше. Это способствует увеличению выходного целевого продукта по предварительным данным. на 2Х.

Фо р мул а и з о бр е т ения

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры стабилизации дав" ления, температуры и расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, включающие соответственно датчик измеряемого параметра, регулятор и исполнительный механизм, контур регулирования концентрации растворенного кислорода, включающий регулятор н последовательно соединенные датчик и обратную модель беэ запаздывания канала управле- ния процессом по величине растворенного кислорода, интегральный блок и блок умножения, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью увеличения выхоца целевого продукта за счет повышения качества управления, она снабжена двумя сумматорами, блоком коррекции и блоком получения модуля, вход которого подключен к выходу регулятора расхода воздуха, а выход— к входу блока умножения, одновременно подключенного к интегрирующему блоку, причем выходы регулятора рас хода воздуха и обратной модели беэ запаздывания подключены к соответствующим сумматорам, выход первого сум матора связан с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи воздуха, а выход второго сумматора — с интегрирующим блоком, при этом регулятор контуров регулирования концентрации растворенного кислорода и стабилизации расхода воздуха соедине» ны между собой, вход первого сумматора — с блоком умножения и регулятор контура регулирования концентрации растворенного кислорода.