Система автоматического управления периодическим процессом ферментации — SU 1399342 (original) (raw)

СОЮЗ СОВЕТ СОЦИАЛИСТ РЕСПУБЛИК 9) И) ц 5114 С 12 О 3/ ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Щ 1;,1 ВТОРСКОМУ СВ ЕЛЬСТВ 4029749/28-1326.02.8630.05.88. БюлГрозненское не объединениеВ.ф. Лубенцов663.1(088.8)Авторское сви9408, кл. О 0(56)В 1 О У 20 аучно-произво "Промавтомат и Ю.Г. Колпи ка" етельство С 0 27/00, 1 АВТОМАТИЧЕСКОГО УПР ЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕАВЛЕ- НТАтся к авто риодически ыт ож о твах евтичесбретения елевого арма ю из од честваконтурыбилизания к ержит ст ции ра гулир ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57)Изобретение относи тическому управлению пе процессом ферментации и использовано в производ биологической и химикокой промышленности. Цел является увеличение вых продукта за счет повыше управления, Система сод стабилизации температур ции давления, стабилиза воздуха на аэрацию и ко вания концентрации растворенного кислорода. Контуры стабилизации темиературы и давления включают датчяж измеряемого параметра, регулятор и исполнительный механизм. Контур стаби"лиэации расхода воздуха на аэрециюдополнительно содержит сумматор 1 О,вход которого связан с регулятееои 9;а выход - с исполнительным механедмом 11. Контур регулирования кейцентрации растворенного кислорода включает датчик 12, подключенный к входурегулятора 13 и к входу обратной модели 14 без запаздывания, первый сумматор 15, связанный с выходом обратноймодели 14 беэ запаздывания с интегральным блоком 16. Второй вход пер- фвого сумматора 15 через блок коррек- . рции 17 подключен на выход регулятора9. Выходы интегрального блока 16 иблока 18 получения модуля подключенык входам блока 19 умножения, подключенного к второму входу сумматора 1 О,связанного по первому входу с регулятор.ом 9. 1 ил.Изобретение относится к автомати.ческому управлению периодическимипроцессами ферментации и может бытьиспользовано в производствах микробиологической и химико-фармацевтичес"кой проьышленности.Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта эа счет повышения качества управления.На,чертеже представлена блок-схема системы автоматического управленияпериодическим процессом ферментацииСистема содержит контуры стабилизации температуры, давления, расхода 15воздуха на аэрацию и контур регулирования концентрации растворенного кислорода.Контур стабилизации температурыв ферментаторе 1, содержит датчик 2, 20пбдключенный к входу регулятора 3,связанного с исполнительным механизмом 4, установленным на линии охлаждающей воды,Контур стабилизации давления вферментаторе 1 содержит датчик 5,подключенный к входу регулятора 6,связанного с исполнительным механизмом 7,."установленным на линии отходящих из ферментатора газов. 30Контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию содержит датчик 8, подключенный к входу регулятора 9, связанного через сумматор 10 с исполни- "тельным механизмом 11, установленнымна линии подачи аэрирующего воздуха.Контур регулирования концентрациирастворенного кислорода включает датчик 12, подключенный к входу регулятора 13, связанного с регулятором 9, 40и к входу обратной модели 14 беэ запаздывания, второй сумматор 15, связанный с выходбм об атной модели 14без запаздывания и с интегральнымблоком 16, Выход регулятора 9 подключен к второму входу второго сум"матора 15 через блок 17 коррекции,а также на вход блока 18 получениямодуля непосредственно. Выход сумма"тора 15 через интегральный блок 16и выход блока 18 подключены к входамблока 19 умножения, подключенного квторому входу сумматора 10, связанного по первому входу с регулятором9 расхода воздуха на аэрацию.55Система 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 3 формирует регуЛирующее воздействие, которое поступает в качестве сигнала коррекции на задающий вход регулятора 9, который формирует результирующее воздействие на исполнительный механизм 11. Выходные сигналы обратной модели 14 и регулятора 9, пройдя через блок 17 коррекции, котарый обеспечивает согласование выхода регулятора 9 с выходом обратной модели 14, сравниваются на сумматоре 5. При изменении параметров динамических характеристик контура регулирования растворенного кислорода вследствие изменения реологических свойств культуральной жидкости, ухудшения массо- обменных характеристик выходной про.-: цесс обратной модели 4 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 1 О, 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 10 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 при К о (С) К 1 (К, К - коэффициенты обЪектб и модели), сигнал1399342 ВНИИПИ Заказ 2643/29 Тираж 520Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рассогласования на выходе сумматора15 отрицателен, что вызывает формирование отрицательного сигнала на выходе интегрального блока 16, который,5предварительно пройдя блок 19 умножения, поступает на вход сумматора 10,куда также поступает выходной сигналрегулятора 9. В результате чего результирующее воздействие на выходесумматора 10, поступающее на вход исполнительного механизма 11, уменьша. ется. При уменьшении коэффициентаусиления объекта, например в случаеКо (1) К 1, действие в дополнительном контуре системы происходит в обратном порядке. Учитывая, что рассо"гласование на выходе сумматора 15может быть разного знака (как положительным, так и отрицательным), тов целях обеспечения устойчивости всистему вводится блок 18 получениямодуля, который обеспечивает независимость изменения выходного сигналаблока 19 умножения от знака воэдействия, формируемого регулятором 9, врезультате чего обеспечивается устойчивость процесса формирования допол"нительного воздействия.для устранениярассогласования на выходе сумматора15.Введение блока 17 коррекции упрощает реализацию системы и позволяетизбежать операции дифференцированияпри формировании обратной модели, поскольку динамические характеристики35канала регулирования концентрациирастворенного кислорода описываютсядинамическими звеньями. Для этогоследует выбирать порядок оператора вблоке 17 коррекции выше или равнымизбытку полюсов объектов управлениянад его нулями,Стабилизация температуры и давления в ферментаторе 1 осуществляется45с помощью регуляторов Э и 6 и исполнительных механизмов 4 и 7, воздействующих на подачу охлаждающей воды врубашку либо в змеевик ферментатора1 и сброс отходящих газов.Результаты реализации системы авто..50матического управления периодическимпроцессом ферментации показали, что качество регулирования концентрациирастворенного кислорода в предлагае 1:рй системе вьппе, чем в системе попрототипу: время переходных процессовболее чем в 2 раза, максимальное от"клонение концентрации растворенногокислорода в 2 раза меньше, Это способствует увеличению выходного целево.го продукта по предварительным даннымна 23. Формула изобретения 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 выхода 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 расхода воздуха иобратной 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 расходавоздуха соединен ны между собой, вход первого сумматора - с блоком умножения и регулятор контура регулирования концентрации растворенного кислорода.

Смотреть

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации