Система автоматического дозирования для стерильных процессов ферментации

 

Изобретение относится к системам автоматического дозирования и может быть использовано в химико-фармацевтической и микробиологической отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение надежности. Система содержит ферментатор 1, сборник 2, бачок 3, исполнительные механизмы 4-7, датчик верхнего уровня 8, датчик перелива 9, датчики положения 10-13 исполнительных механизмов 4-7 соответственно и управляющее устройство, состоящее из счетчиков 14-16, триггеров 17 и 18 переднего фронта сдвиговых регистров 19 и 20, триггера 21 с приоритетом сброса и мажорирующего устройства 22. Устройство управления обеспечивает дозирование со скоростью не менее 30 доз в 1 ч, диагностирует дозирующий узел на основе совокупной информации и кодирует аварийные ситуации на своем сигнальном выходе. Кроме того, при обнаружении аварийных ситуаций блокирует дозирующий узел. 2 ил.

СОЮЗ СОИЕТСНИХ

СОЦЕЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 ((3) щ) С 12 q 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТЙЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4371774/30-13 (22) 01.02.87.. (46) 07.07.90. Бюл. М 25 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) Г.Н.Волынский, А.В.Бабаянц, А.А.Иунгиев, И.М.Федоровский, Т.С.Банхаева и В.В.Секретарев (53) 663. 1(088. 8) (56) Бирюков В.В. и др. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза. — M.:Наука, 1985, с. 172-173.

2 (54) СИСТЕМА АВТОИАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ ДЛЯ СТЕРИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ФЕРИЕНТАЦИИ (57) Изобретение относится к системам автоматического дозирования и,может быть использовано в химико-фармацевтической и микробиологической отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение надежности. Система содержит ферментатор 1, сборник 2, бачок 3, исполнительные механизмы 4—

7, датчик верхнего уровня 8, датчик

1576568 перелива 9, датчики положения 1013 исполнительных механизмов 4 — 7 соответственно и управляющее устройство, состоящее из счетчиков 14 - 16

t 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 системам автоматического дозирования и может быть использовано в химико-фармацевтической и микробиологической отраслях йромышленности.

Целью изобретения является повышение надежности системы. 20

На фиг, 1 предсталена схема реализации системы дозирования; на фиг.2— схема мажорирующего устройства.

Система содержит ферментатор 1, сборник 2, бачок 3, исполнительные механизмы 4 — 7 соответственно на линии подачи субстрата иэ сборника дозируемого компонента в доэировочный бачок, линии слива дозы из дозировочного бачка в ферментатор, линии пода- 30 чи пара, линии подачи компонента, датчики 8 и 9 соответственно верхнего уровня и перелива, датчики 10-13 положения исполнительных механизмов 4 — 7 соответственно, а также счетчйки 14 — 35

16, триггеры 17 и 18 переднего фронта, сдвиговые регистры 19 и 20, триггер 21 с приоритетным сбросом и мажорирующее устройство 2?, которые образуют управляющее устройство. 40

Мажбрирующее устройство содержит элементы И 23-29, элементы ИЛИ 30 и

31 и шифратор 32.

Первые управляющие входы счетчиков

14 и 16, триггеров 17 и 18 переднего 45 фронта, триггера 21 с приоритетом сброса и мажорирующего устройства 22 гс являются управляющим входом Включен ность" управляющего устройства.

Третьи информационные, задающие входы 50 счетчиков 14-16 являются задающими входами управляющего устройства соответственно "Задание скорости дозирования", Задержка анализа налив дозы", Задержка анализа слив дозы".

Четвертые информационные входы

"ПАМЯТЬ" счетчиков 14 — 16 являются их 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 восьмьп информационными входами мажорирующего устройства 22 соответственно.

Первые выходы Предыдущее состояние входа" триггеров 17 и 18 перед- него фронта являются их третьими информационными входами Память", 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 исполнич ельных 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 второ о 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 информационный

1576568

5 н tt вход Установка является вторыми выходами сдвиговых регистров 19 и 20.

Выход триггера с приоритетом сброса является четвертым информационным

tt Е1 э входом Память и первым выходом

"Предыдущее состояние входа" второго триггера 18 переднего фронта, Второй .информационный вход "Сброс" счетчика 16 является вторым выходом второго триггера 18 переднего фронта. Выход датчика 9 перелива является шестым информационным входом мажорирующего устройства 22..Выходы датчиков

10 — 13 положения исполнительных 1 5 механизмов 4 — 7 являются вторым, третьим, четвертым и пятым информационными входами мажорирующего устройства. Первый выход мажорирующего устройства 22 является вторыми управляю- 20 щими 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 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

27, седьмой — вторым, четвертым, вторым информационными входами соответственно элементов И 23, 25 и 28, восьмой - пятым и третьим информационными входами соответственно элементов 45 И 25 и 28, девятый - третьим информационным входом элемента И 29 ° Выходы элементов И 23-26 и 29 соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым информацион" 50 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, второй выход которого является выходом эле-, мента ИЛИ 30 и одновременно сигнальным выходом устройства.

Математическое описание использованных элементов.

Счетчик: Y — — 1, если Х < Х иначе О; У = О, если Х z = 1, иначе и+1, где, и — значение счета 1,2, 3 ... и Т,Д,I Х входу Y выход °

Цифрой обозначается номер входа-выхода.

Триггер переднего фронта; У,, =Х;

Yz = 1, если Х =1, Х э=О, иначе О.

Сдвиговый регистр, если Х = 1, то

У„=О, У,=О, У,=О, Y+=0, если Х1 = 1, то У = ХЗ, У = Х, Y 3 = Х, Y g = Х g, В противном случае выходы без изменения.

Триггер с приоритетом сброса: Y

=1, если Xz=0, Х =1 или Х =О, X =О, Х -1, иначе О.

Мажорирующее устройство: У =1, если Х7 1 и Х -1 или Х -=1, Х =1 и Х -1, или Х =1 Х2=1 ф Ху=1 ° Хь= 1ю

X =1 или Х =1 и Х =1 или Х=1 Х =1

Я 2 2 и Х =1, иначе Y =О

Y z=1, если . =1 и Х =1, иначе Yz=

=2,если Х. =1 и Х =1, иначе У =3, если Х -=1, Х =1 и Х =1 или Х =1, Xq=1t

Х 7= 1, Х = 1 и Х = 1, иначе У 1=4, если

Х4-1 и Xz=1, иначе У -5, если Х =1, Хz-1 и Х =1, иначе У =О.

Заданием системе дозирования является скорость дозирования субстрата, которая заводится на задающий третий информационный вход счетчика 14, При заполнении счетчика 14 на его первом выходе появится логическая единица, по которой триггер 17 переднего фронта установит свой второй выход в единицу, по которой сдвиговой регистр 19 своими выходами откроет исполнитель" ные механизмы 4 и 7 (1 соответствует сигналу."Открыть", сбросит второй счетчик 15 и сбросит триггер 21 с приоритетом сброса.

Далее 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 наличии субстрата, по мере заполнения бачка 3 срабатывает датчик 8 верхнего уровня, 7 157656 т.е. иа 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 выход триггера

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- 25 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 из бачка ° Кроме 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 механизмы 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 меха8 низмы 4 и 6. При этом на выходе мажорирующего устройства 22 установится код четыре, что означает "Неконтролируемая подача пара в ферментатор" !.

При возникновении одной из ситуаций, за исключением первого кода, код мажорирующего устройства 22 установится в единицу, по которой сдвиговые регистры 19 и 20 по второму управляющему входу "Сброс" сбросят сдвиговые регистры, т.е. выставят на свои выходы логические 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 дозировочного бачка". Выход блока 24 отражает ситуацию "Неконтролируемый проток субстрата в ферментатор через нижний (сливной) исполнительный механизм 5.

Выход блока 25 отражает ситуацию "Неконтролируемый проток субстрата в ферментатор, но через воздушную связь дозировочного бачка и ферментатора. Выход блока 26 отражает ситуацию "Неконтролируемая подача пара в ферментатор", Выход блока 27 отражает ситуацию "Передозировка субстрата", Выход блока 28 отражает ситуацию "Невыливание очередной дозы из дозировочного бачка", Выход блока 29 отражает ситуацию "Отсутствие субстрата в сборнике или в коллекторе".

Выход элемента ИЛИ 30 отражает наличие одной из укаэанных ситуаций, за исключением ситуации Передозировка субстрата". Выход элемента ИЛИ 3 1 отражает наличие ситуации "Неконтролируемый проток субстрата в ферментатор". Выход шифратора 32 является вторым выходом мажорирующего устройства 22 и отражает номер одной из контролируемых ситуаций. I — "Ilepepoзировка субстрата ; II — Невыливание очередной дозы из дозировочного бачка1; III — "Неконтролируемый проток субстрата в ферментер"; IV — "Неконтролируемая подача пара в ферментер;

V — - "Отсутствие субстрата в сборнике или коллекторе. !!

Задержка анализа на набор дозы" составляет около 5 мин, а "Задержка анализа на слив дозы" — около 2 мин.

Скорость дозирования определяется объемом бачка и концентрацией раство1576568 ра. Максимальная скорость дозирования до 30 доз. в 1 ч.

Сигнальный 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, нарушений технологии. Формула из обре те ния

Система автоматического дозирования для стерильных процессов ферментации, содержащая сборник дозируемого компонента, дозировочный бачок, линию, 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 управляющее 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 исполнительных механизмов, а управляющее устройство включает два триггера переднего фронта, два сдвиговых регистра, мажорирующии

40 блок, триггер с приоритетом сброса и три счетчика, один из выходов первого счетчика соединен с его вторым входом и вторым входом первого тригФ гера переднего фронта, первый выход которого связан с его третьим входом, а второй выход — с первым входом первого сдвигового регистра, с вторым входом триггера с приоритетом сброса и вторым входом второго счетчика, первый выход которого подключен к девятому входу мажорирующего устройства, восьмой вход последнего подключен к первому выходу третьего счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом второго триггера переднего фронта и с первым входом второго сдвигового регистра, вторые выходы счетчиков подключены к их четвертым входам, второй вход второго сдвигового регистра соединен с первым выходом мажорирующегс устройства и с вторым входом первого сдвигового регистра, третий, четвертый, пятый и шестой входы сдвиговых регистров связаны с соответствующими исполнительными механизмами, первый выход .второго триггера переднего фронта подключен к его третьему и четвертому входам и первому выходу триггера с приоритетом сброса, при этом выход датчика верхнего уровня соединен с вторым 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 подключены соответственно к второму, третьему, четвертому и пятому выходам мажорирующего устройства, причем первый исполнительный механизм соединен дополнительно с первым входом второго счетчика и второй — с третьим выходом триггера с приоритетом сброса, 1576568 ф ф

ЮУе 2

Составитель Г.Богачева

Корректор И,Самборская

Редактор H.Ðoãóëè÷ Техред Л.Сердюкова

Даказ 1830 Тираж 484 Подписное

ВННК1Н Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 »

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул . Гагарина, 101