Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов

 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для автоматического управления периодическим процессом выращивания биомассы микроорганизмов и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1193171. С целью повышения выхода биомассы система дополнительно снабжена экстремальным регулятором (ЭР) 17. Сигнал с ЭР 17 поступает на регулятор 10 для изменения расхода воздуха на аэрацию. В зависимости от текущего значения экономического коэффициента, определяе-. мого в блоке 15, сигнал поступает на экстремальные регуляторы 16 и 17, работой которых управляет триггер (Т) 20. На счетный вход Т 20 поступает сигнал с выхода блока определения достижения экстремума (БОДЭ) 19, Т 20 изменяет состояние взаимоинверсных выходов и переводит ЭР 16 из автоматического режима шагового поиска экстремума на режим поддер (Л жания значения Выходного сигнала последнего шага, переключает переключающее реле 18 и подключает выход ЭР 17 к входу БОДЭ 19, а ЭР 17 переводится в автоматический режим шагового поиска экстремума. 1 ил. ND С35 QP сл 4 К

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 С 12 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;, А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1193171 (21) 3902262/31-!3 (22) 29.05.85 (46) 07.10.86. Бюл. Ф 37 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) Д.Я.Левишаускас, l0;-К.Ю.Станишкис, В.В.Кильдишас и P.Þ.Симутис (53) 663.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 1193171, кл. С 12 g 3/00, 1984. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для автоматического управления периодическим процессом выращивания биомассы микроорганизмов и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Ф 1 !93171. С целью повышения выхода биомассы система допол„„SU„„1261954 А 2 нительно снабжена экстремальным регулятором (ЭР) 17. Сигнал с ЭР 17 поступает на регулятор 10 для изменения расхода воздуха на аэрацию. В зависимости от текущего значения экономического коэффициента, определяе-. мого в блоке 15, сигнал поступает на экстремальные регуляторы 16 и 17, работой которых управляет триггер (Т) 20. На счетный вход Т 20 поступает сигнал с выхода блока определения достижения экстремума (БОДЭ) 19, Т 20 изменяет состояние взаимоинверсных выходов и переводит ЭР 16 из автоматического режима шагового поиска экстремума на режим поддержания значения выходного сигнала последнего шага, переключает переключающее реле 18 и подключает выход

ЭР 17 к входу БОДЭ 19, а ЭР 17 переводится в автоматический режим шагового поиска экстремума. 1 ил.

12619

Изобретение относится к биотехнологии, может быть использовано для. автоматического управления периодиче ским проце ссом выращив ания биомассы микроорганизмов и является усовер" шенствованием системы по авт. св.

Ф 1193171 (077136).

Известна система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов, со- 10 держащая датчики расхода титрующего агента, расхода воздуха на аэрацию и концентрации кислорода в выходных газах, блоки определения расхода использованного кислорода и экономичес- 15 кого коэффициента, экстремальный регулятор и контуры регулирования температуры и рН среды, включающие соответственно датчик измеряемого пара.метра, регулятор и исполнительный ме- 20 ханизм, .при этом входы блока определения экономического коэффициента соединены с датчиком расхода титрующего агента и блоком определения расхода использованного кислорода, входы последнего соединены с датчиком расхода воздуха на аэрацию и с датчиком концентрации кислорода в выходящих газах, а выход блока определения экономического коэффициента соединен 30 через экстремальный регулятор с задающим входом регулятора контура регулирования температуры I!).

Недостатком известной системы автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов является то, что она не предусматривает изменение подачи воздуха на аэрацию соответственно с состоянием микробной культуры в течение 40 процесса ферментации, способствующего увеличению выхода биомассы и рациональному использованию воздуха.

Цель изобретения — повышение выхода биомассы. 45 т

На чертеже изображена блок-схема системы автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов.

Система автоматического управления 50 содержит ферментер 1, контур регулирования рН среды, включающий датчик 2 рН, регулятор 3 рН и исполнительный механизм 4, установленный на линии титрующего агента, контур регулиро- у вания температуры среды в ферментере 1, включающий датчик 5 температуры, подключенный к переменному входу

54 2 регулятора 6 температуры, выход последнего связан с исполнительными механизмами 7 и 8, установленными соответственно на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов, и контур регулирования расхода воздуха на аэрацию, включающий датчик 9 расхода воздуха, подключенный к переменному входу регулятора 10 расхода воздуха, выход которого соединен с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи воздуха иа аэрацию.

Система содержит также датчики !2 и 13 соответственно расхода титрующего агента и концентрации кислорода в выходящих газах, блок 14 определения расхода использованного кислорода, блок 15 определения экономического коэффициента, экстремальные регуляторы 16 и 17, переключающее реле 18, блок 19 определения достижения экстремума и триггер 20.

Датчики 9 и 13 соответственно расхода воздуха на аэрацию и концентрации кислорода в выходящих газах подключены к блоку 14 определения расхода использованного кислорода, выход которого подключен к блоку 15 определения экономического коэффициента, соединенного также с датчиком 12 расхода титрующего агента.

С выхода блока 15 определения экономического коэффициента сигнал поступает на входы экстремальных регуляторов 16 и 17, выходы которых соединены с задающими входами регуляторов температуры Ь и расхода воздуха 10. Сигналы с выходов экстремальных регуляторов 15 и 16 поступают также на входы переключающего реле 18, выход последнего через блок 19 определения достижения экстремума соединен со счетным входом триггера 20, взаимоинверсные выходы которого соединены с входами командных сигналов экстремальных регуляторов 16 и 17.

Один выход триггера 20 соединен также с командным входом переключающего реле 18.

Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов работает следующим образом.

В ферментере 1 осуществляется процесс периодического культивирования микроорганизмов. Сигнал датчика 2 рН поступает на регулятор 3 рН, 1 261954 з который вырабатывает непрерывный управляющий сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего расход титрующего агента и поддерживающего таким образом рН среды на заданном

5 значении. Сигнал датчика 5 температуры поступает на переменный вход регулятора Ь температуры, на задающий вход последнего поступает сигнал от экстремального регулятора 16. Регулятор 6 температуры сравнивает эти сигналы и вырабатывает управляющий сигнал для исполнительных механизмов 7 и 8, изменяющих расходы соот-. ветственно охлаждающего и подогреваю- щего агентов и изменяющих температуру среды до значения, соответствующего заданному экстремальным .регулятором 16. Сигнал датчика 9 расхода воздуха поступает на переменный вход регулятора 10 расхода воздуха, на задающий вход которого поступает сигнал от экстремального регулятора 17. Регулятор 10 вырабатывает управляющий сигнал для исполнительного механизма 11, изменяющего расход воздуха на аэрацию до значения, соответствующего заданному экстремальным регулятором 17. Сигналы датчика 9 расхода воздуха на аэрацию и датчика 13 кон30 центрации кислорода в выходящих габ зах поступают на блок 14 определения расхода использованного кислорода.

В последнем определяется расход использованного кислорода по формуле

35 где Q — расход использованного кие02 лорода; — расход воздуха на аэрацию;

С вЂ” концентрация кислорода о,ь а. в воздухе (величина постоянная);

С вЂ” концентрация кислорода ввыо ходящих газах.

Сигналы датчика 12 расхода титрую-45 щего агента и блока 14 определения расхода использованного кислорода поступают на блок 15 определения экономического коэффициента, определяемого по формуле Я -к -, <4, где Y — - экономический коэффициент;

Q — расход использованного азота;

Я вЂ” расход использованного кисо лорода;

k — коэффициент пропорциональности, 4

Из б.чока 15 сигнал, отражающий текущее значение экономического коэф— фициента, поступает на входы экстремальных регуляторов 16 и 17, работой которых через входы командных сигналов управляет триггер 20. В любом случае на одном из взаимоинверсных выходов триггера 20 будет сигнал, соответствующий команде работы экстремального регулятора (16 или 17) в автоматическом режиме шагового поиска экстремума, а на другом выходе триггера 20 — сигнал, соответствующий команде выключения автоматического поиска экстремума, т.е. на выходе экстремального регулятора будет поддерживаться значение выходного сигнала последнего шага. В случае, когда в текущем состоянии системы автоматического управления в режиме шагового поиска экстремума работает экстремальный регулятор 16, последний на основе поступившей информации из блока 15 определения экономического коэффициента вырабатывает дискретно-постоянный управляющий сигнал, служащий заданием регулятору 6 температуры таким образом, чтобы изменение температуры приводило к поддержанию экстремального значения экономического коэффициента, если предыдущий шаг изменения сигнала на выходе экстремального регулятора привел к увеличению сигнала на его входе, последующий шаг экстремальным регулятором осуществляется автоматически в том же направлении, что и предыдущий, и наоборот.

Кроме того, выходной сигнал экстремального регулятора 16 через переключающее реле 18, состоянием которого управляет триггер 20, поступает на вход блока 19 определения достижения экстремума. Последним в течение шагового поиска экстремума по уровню выходного сигнала экстремального регулятора определяется момент достижения экстремума и на выходе блока вырабатывается сигнал, свидетельствующий о достижении экстремального значения экономического коэффициента по регулируемому параметру процесса культивирования микроорганизмов. Сигнал с выхода блока 19 поступает на счетный вход триггера 20, который переключает и изменяет состояния своих взаимоинверсных выходов. Выходные сигнал триггера переводят экстремальный регулятор 16 из автомати1 261954

Ь формула изобретения

Со с тавит ель Г. Бо гачев а

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай

Редактор И.Дербак

Заказ 5299/20 Тираж 490 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауйская наб., д. 4/5.Производственно-полиграфическое предприятиИ, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 ческого режима шагового поиска экстремума на режим поддержания значения выходного сигнала последнего шага, переключает переключающее реле l8 которое выход экстремального регулятора 17 подключает к входу блока 19 определения достижения экстремума, а экстремальный регулятор 17 переводит в автоматический режим шагового поиска экстремума.

Поиск оптимального режима аэрации .осуществляется аналогично описанному, I

Таким образом, в течение всего проце сс а куль тивиров ания микроорг анизмов поочередно осуществляется регулирование температуры и подачи воздуха на аэрацию путем поддержания экстремального значения экономического коэффициента.

В результате управления расходом воздуха на аэрацию и температурой при помощи предлагаемой системы получено увеличение биомассы по сравнению с известной. Кроме того, система позволяет рационально использовать воздух для аэрации.

Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов по авт. св.

%1193171, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, она снабжена дополнитель- . ным экстремальным регулятором, регу1р лятором расхода воздуха, связанным с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи воздуха, и последовательно соединенным переключающим реле, блоком определения достижения экстремума и триггером, при этом последний подключен к переключающему реле и одному из входов экстремальных регуляторов, другие входы которых связаны с блоком определения экономического коэффициента, а выходы экстремальных регуляторов соединены соответственно с регулятором температуры и расхода воздуха, причем последний соединен с

2 датчиком расхода воздуха на аэрацию.