Система автоматического управления периодическим процессом ферментации

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами ферментации и может быть использовано в микробиологической, медицинской, химико-фармацевтической и пищевой промышленности. Цель изобретения - повышение точности системы и увеличение выхода целевого продукта за счет повышения качества управления. Система содержит контур регулирования температуры в ферментаторе, блок задания оптимальной температуры, контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию, контур стабилизации давления, включающий последовательно соединенные датчик, регулятор и исполнительный механизм, установленный на линии отходящих из ферментатора газов. Новым в системе автоматического управления является то, что она дополнительно снабжена блоком задержки и последовательно соединенными корректирующим фильтром, третьим сумматором, интегратором и четвертым сумматором, при этом вход корректирующего фильтра соединен с выходом датчика температуры, входы блока задержки и четвертого сумматора подключены к выходу второго сумматора, а выходы их соединены соответственно с вторым входом третьего сумматора и исполнительным механизмом на линии подачи охлаждающей воды. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 12 g 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1413135 (21) 4727439/24 (22) 07.08.89 (46) 23.08.91. Бюл. М 31 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) В.Ф.Лубенцов, А.А.Опришко и И.Г.Болдырева (53) 663.15(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1413135, кл. С 12 g 3/ОО, 1985. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСИМ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕНТАЦИИ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессами ферментации и может быть использовано в микробиологической, медицинской, химико-фармацевтической и пищевой промышленности. Цель изобретения — повышение точности системы и увеличение выхода целевого продукта за счет повышения качества управления. Система

Изобретение относится,к автоматическому управлению процессами фермен" тации и может быть использовано в производстве микробиологической, меди-. цинской, химико-фармацевтической и пищевой промышленности.

Целью изобретения является повышение точности системы и увеличение выхода целевого продукта за счет повышения качества управления.

На чертеже представлена структурная схема .системы автоматического уп„„SU„„1671694 содержит контур регулирования температурыы в ферме н тат ор е, блок з ада ния оптимальной температуры, контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию, контур стабилизации давления, включающий последовательно соединенные .датчик, регулятор и исполнительный механизм, установленный на линии отходящих из фермента ; ра газов. Новым в системе автоматического управления является то, что она дополнительно снабжена блоком задержки и последовательно соединенными корректирующим фильтром, третьим сумматором, интегратором и четвертым сумматором, при этом вход корректирующего фильтра сбе- динен с выходом датчика температуры, входы блока задержки и четвертого сумматора подключены к выходу второго сумматора, а выходы их сседииеиы со- С ответственно с вторым входом третьего сумматора и исполнительным механизмом 2 на линии подачи охлаждающей воды.

1 ил. равления периодическим процессом ферментации.

Контур регулирования температуры в ферментаторе 1 содержит датчик 2 температуры, блок 3 задания оптимальной температуры, подключенные к входам блока 4 сравнения, выход которого подключен к входу дидхЪеренциатора 5, одному из входов первого сумматора 6, другой вход которого связан с выходом дифференциатора 5, и к входу нелинейного блока 7 с зоной нечувствитель1671694 ности, соелипенногo с одним из входов второго сумматора 8, другой вход которого подключен к выходу релейного блока 9, связанного с выходом первого сумматора 6..

Контур стабилйзации расхода воздуха на аэрацию содержит связанный с первичным преобразователем расхода 10 датчик 11, подключенный к входу регу — 1p лятора 12, связанного с исполнительным механизмом 13, установленным на линии подачи аэрпрующего воздуха.

Контур стабилизации давления в ферментаторе 1 содержит датчик 14, подключенный к входу регулятора 15, связанного с исполнительным механизмом

16, установпенш. м на л(льни отходящих из ферментатора 1 газов.

Схема содержит блок 17 задержки, 2р подключенный к выходу второго сумматора 8, корректирующий фильтр 18, подключенный к выходу датчика " температуры, выходы блока 17 задержки и к рректирующего фильтра 18 подключены 25 к входу третьего сумматора 19, выход которого подключен к входу интегратора 20, четвертый сумматор 21, один вход которого подключен к выходу интегратора 20> другой вход — к выходу 3р второго сумматора 8, выход четвертого сумматора 21 соединен с исполнительным механизмом 22, установленным на линии подачи охлаждающей воды.

Система работает следующим образом.

Заданное значение температуры поступает с выхода блока 3 на вход блока 4 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчи- л0 ка 2 температуры. При действии возмущения на выходе блока 4 сравнения возникает рассогласование между заданным значением температуры и фактическим значение(. Сигнал рассогласования поступает на вход дифференциатора 5, на вход первого сумматора 6 и на вход блока 7 с зоной нечувствительности.

Результирующий сигнал с выхода пер-gp ного сумматора 6, составленный из суммы сигнала рассогласования и его производной, поступает на вход релейного блока 9, который с учетом знака поступившего на вход сигнала юорми55 рует величину регулирующего воздействия поступающего на один из нходон

S второго су(матора 8. Если величина рассогласования лреньппает величину (2) Выбирая Т(((Т, и Т <(Т, можно обеспечить на выходе корректирующего фильтра 18 значение сигнала (в частности при Т =0, Т =О)

h h h

Р(г)=U(t-i)+F(1-- ) (4) который содержит информацию о возмущении и регулирующем воздействии.

Чтобы разделить эту информацию выходной сигнал корректирующего фильтра 18 поступает на вход третьего сумматора

3, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал с ныхода блока

17 задержки. В результате на выходе третьего сумматора 19 значение сигнала определяется выражением зоны нечувствительности нелинейного блока 7, то на другой вход второго сумматора 8 с выхода блока 7 поступает величина дополнительного воздействия к регулирующему воздействию, формируемому релейным блоком 9, и суммарный сигнал с выхода второго

I сумматора 8 поступает на один из входов четвертого сумматора 21. Выходной сигнал датчика 2 те (пературы поступает также на вход корректирующего фильтра 18 с передаточной функцией вида (Т1н+1) (Tg n+1)

W (р) = — — —,"- — — ---"--- (1) (T, р+1) (T p+1) где k — коэффициент усиления объекта по каналу расход охлажпающей воды — температура в ферментаторе;

Т(,Т вЂ” постоянные времени объекта по этому же каналу;

1 (Т(, Т вЂ” настроечные параметры; р — оператор Лапласа .

Передаточная функция объекта по каналу расход охлаждающей воды — температура в Ьермен аторе имеет вид

k ° е

w (р)-о р . (т р+1) (т р+1)

1 2 л где ь — нр емя запа здыв ания .

С учетом формул((1) и (2) выражение для выходного сигнала корректир ующе r о фильтра 18 в опер а торной форме можно записать следующим образом: л е (U+F )

<е

Р=-W (p) W (р)(О+Р)- — — —— о K (Т р+1) (Т, рф1)

1 (3) регулирующее воздействие ре- ( лейного блока 9 и нелинейного блока 7 с зоной нечувствительности, 16716 л

F*(t) =F(t) — 0(- ) =(u(t- )+F(t-,Ц—

М

-0(i- )=Р(-< ) (5)

A если U(t-ь)=U(— ь). 5

Таким образом, иэ выражения (5) следует, что при равенстве параметров передаточной функции корректирующего фильтра 18 и передаточной функции объекта по рассматриваемому каналу и при постоянстве запаздывания ь выходной сигнал третьего сумматора 19 содержит информацию о внешнем неизмеряемом возмущении F Поскольку величина возму15 щения по изменению выходного сигнала датчика 2 температуры с помощью корректирующего фильтра 18, имеющего передаточную функцию (t), определяется л (I точно только при u - О, T) =Т =О и постоянных параметрах объекта (2), что не выполняется в периодическом процессе ферментации, то С учетом динамических свойств объекта (ферментатора) величина компенсирующего воздействия определяется с помощью сигналов U (-2) и F(t), поступающих с выхода третьего сумматора 19 на вход интегратора 20. Величина на выходе интегратора 20 определяется выражением

0„= F(t)-Q(t- ) dt, (6) где 0 — регулирующее воздействие, компенсирующее влияние воз" мущения F на качество регулирования температуры;

Т вЂ” настроечный коэффициент °

Выходной сигнал интегратора 20 по" ступает на вход четвертого сумматора 21, на другой вход которого поступает регулирующее воздействие (J с выхода второго сумматора 8, определяющее динамику системы при возмущении F=O.

Регулирующее воздействие

Система автоматического управления периодическим процессом ферментации по авт. св. Р 1413135, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цепью повьппения точности, система содержит блок задержки и последовательно соединенные корректирующий фильтр, третий сумматор, интегратор и четвертый сумматор, причем вход корректирующего фильтра соединен с выходом датчика температуры, второй вход третьего сумматора — с выходом блока задержки, входом соединенного с выходом второго сумматора, которьп соединен с исполнительным механизмом «а линии подачи охлаждающей воды через четвертый сумматор.

U*=u+ u, с выхода четвертого сумматора 21 поступает на вход исполнительного механизма 10, посредством которого обес- 50 печивается компенсация влияния возмущения F на отклонение температуры в ферментаторе 1.

При снижении величины отклонения до величины зоны нечувствительности нелинейного блока 7 с зоной нечувствительности воздействие на выходе блока 7 отсутствует и процесс регули94 рования температуры определяется только регулирующим воздействием J релейного блока 9, которое нройдя второй сумматор 8 и четвертый сумматор 21 поступает на вход исполнительного механизма 10. В результате работы интегратора 20 вырабатывается регулирующее воздействие, которое, пройдя четвертый сумматор 21, полностью компенсирует возмущение F. В этом случае на выходе корректирующего фильтра

18 отслеживается только величина регулирующего воздействия LJ, поступающая на вход исполнительного механизма 10 с выхода второго сумматора 8. При этом на выходе третьего сумматора сигнал обнуляется, так как выходные сиг— налы блока 17 задержки (3(t-ñ) и кор— и ректирующего фильтра 18 D (t-+g) равны. При нулевом входном сигнале интегратора 20 прекращает интегрирование и на вход четвертого сумматора 21 поступает с выхода интегратора 20 сигнал, компенсирующий влияние возмущения на процесс регулирования температуры. Вследствие этого при изменившемся возмущении нет необходимости делать перерасчет системы. При этом с помощью релейного блока 9 реализуются регулирующие воздействия, обеспечивающие в установившемся режиме минимальные отклонения температуры от on" тимальной при максимальных возмущающих воздействиях. Последние компенсируются регулирующим воздействием, формируемым с помощью корректирующего фильтра 18, третьего сумматора 19, блока задержки 17 и интегратора 20.

Формула изобретения

1671694

Составитель Л.Птенцова

Редактор А.Бер Текред M,äðäbtê Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Заказ 2803 Тираж 349 Подписное

ВНИИПИ Государстве«ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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