Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ,содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объему, кислотности и температуры культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, регулятор соотношений, выход которого соединен с регуляторами контуров регулирования подачи воздуха, воды минеральных солей и гидроли li&iljii: ;, J зата, блок определения, коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого связан с датчиками., концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, и блок времени, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности и эффективности использования питательного, субстрата, она снабжена блоком определения градиента среднеинтегрального. значения коэффициента технологических затрат, питательного субстрата и ми неральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которопо соединен с блоком времени и с блоком определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы , а выход - с регулятором ,соотношений . VI СО to 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„! 073283

3(Я) С 12 9 3/00

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ t

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ "

Н АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” „,1 (21) 3350479/28-13 (22) 30.07.81 (46) 15.02.84. Бюл. Р б (72) Ю.Ю.Базявичус и Ю.К.Ю.Станишкис (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 663.15(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 527472, кл. С 12 Q 3/00, 1976.

" 2. Авторское свидетельство СССР9 968794, . G 05 D 27/00(, 1980. (54)(57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО

ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ,содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объема, кислотности и температуры культуральной среды, датчики концентра 4Ии дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей

I регулятор соотношений, выход кото. рого соединен с регуляторами контуров регулирования подачи воздуха, .воды минеральных солей и гидролиэата, блок определения. коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого связан с датчиками..концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, и блок времени, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности и эффективности использования питательного субстрата, она снабжена блоком определения градиента среднеинтегрального.значения коэффициента технологических затрат. питательного субстрата и ми- I неральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которопо соединен с блоком времени и с блоком определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, при- Я веденных на единицу полученной биомассы, а выход — с регулятором,соотношений.

1073283

Изо6ретение относится к системам управления процессами непрерывного выращивания микроорганизмов, например кормовых дрожжей, на субстратах гидролизного производства и может быть использовано в микробиологической промышленности.

Известна система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, питательных солей, гидролизата, температуры дрожжевой суспензии в аппарате„ рН дрожжевой суспензии и объема биомассы в аппарате, датчик концентрации 15 редуцирующих веществ в поступающем субстр те и отбираемой культуральной жидкости, блок определения экономического коэффициента, блок сравнения предшествующего значения эко- 20 номического коэффициента с последующим и блок времени, при этом вход блока определения экономического коэффициента соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии 25 и редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, а выход — посред. ством регулятора соотношения с регуляторами контуров регулирования 30 подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата 113.

Недостатком данной системы является высокая себестоимость биомассы, так как экономический коэффициент не оценивает количества неутилизированного субстрата, чТо снижает эффективность его исполь-. зования. Кроме того, система не оценивает, эФФективности использова- 40 ния минеральных солей, так как экономический коэффициент не оценивает величину их расхода.

Наиболее близкой к изобретению является система автоматического управления процессом непрерывного 45 выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объема, кислотности..и температуры 50 культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, рас-. хода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, регулятор соотношений, вы- 55 ход которого соединен с регуляторами контуров регулирования подачи возду:ха, воды, минеральных солей и гидролизата, блок определения коэффициента технологических затрат пи- 60 тательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии,расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, и блок времени (2).

Недостатком этой системы является низкая точность управления, а тем самым и интенсивность процесса выращивания микроорганизмов, так как управление ведется по моментам, а не среднеинтегральным значениям коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, что снижает. качество работы системы. Кроме того, величина поискового шага не зависит от величины изменения коэффициента технологических затрат, вызванного единичным изменением управляющего воздействия, что увеличивает время переходных процессов, а это снижает эффективность исполь- зования питательного субстрата.

Эффективность использования питательного субстрата увеличивает снижение коэффициента технологических затрат питательного субстрата, приведенного на единицу полученной биомассы.

Целью изобретения является увеличение производительности и эффективности использования питательного субстрата.

Поставленная цель достигается тем, что система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды. минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объема, кислотности и температуры культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, регулятор соотношений, выход которого соединен с регуляторами контуров регулирования подачи воздуха, воды,.минеральных солей и гидролизата, блок определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого связан с датчиками концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата, и расхода минеральных солей, и блок времени, снабжена блоком определения градиента среднеинтегрального значения коэФФициента тех-. нологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого соединен с блоком времени и с блоком определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и ми1073283

10 неральных солей, приведенных на еди- ницу полученной биомассы, а выходс регулятором соотношений °

На чертеже изображена система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроор ганизмов.

Система содержит контуры регулирования подачи воздуха, воды, минеральных -солей и гидролиэата и для обеспечения устойчивости характеристик процесса контура стабилизации объема, кислотности и температуры культуральной среды в ферментере 1, датчики 2-5 соответственно концентрации дрожжевой суспензии, 15 расхода и концентрации поступающего в ферментер субстрата и расхода минеральных солей.

Контур подачи.воздуха включает датчик 6 расхода, регулятор 7 и .20 исполнительный механизм 8.

Контур регулирования подачи воды включает датчик 9 расхода, регулятор 10 и исполнительный механизм 11.

Контур регулирования подачи ми-, 25 неральных солей содержит датчик 5 расхода минеральных солей, регулятор 12 и исполнительный механизм 13.

Контур регулирования подачи гидролизата включает датчик 14 расхода, регулятор 15, исполнительный механизм 16.

Контур стабилизации объема дрож" жевой суспенэии в ферментере состоит иэ датчика 17, регулятора 18 . и .исполнительного механизма 19, установленного на линии отбора дрожжевой суспензии. Контур стабилизации кислотности дрожжевой суспензии включает датчик 20 кислотности, регулятор 21 и исполнительный ме- 40 ханиэм 22 на линии подачи раствора аммиака в ферментер.

Контур стабилизации температуры дрожжевой суспензии в ферментере включает датчик 23 температуры, ре- 45 гулятор 24 и исполнительный механизм 25 на линии подачи охлаждающей воды.

Кроме того, система содержит регулятор 26 соотношений, выход 50 которого соединен с регуляторами 7, 10., 12 и. 15 контуров подачи soapyxa, воды, минеральных солей и гидролизата и блок 27 времени.

Система также снабжена блоками 28. 55 и 29 определения коэффицчента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, и определения градиента сред- бО неинтегрального значения (коэффи-, циента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы), при этом вход блока 29 соединен с блоком 27 времени, а выход - с регулятором 26 соотношений, вход блока 28 связан с датчиками 2-5 концентрации дрожжевой суспенэии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, а выход— с блоком 29 определения градиента среднеинтегрального значения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы.

Система работает следующим образом.

Датчики 2-5 измеряют концентрацию дрожжевой суспензии, расход и концентрацию поступающего субстрата и расход минеральных солей. Сигналы измерения величин поступают в блок 28 определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученк. и биомассы, где осуществляется автоматическое вычисление себестоимости биомассы. Полученный результат подают на вход блока 29 определения градиента среднеинтегрального зна чения коэффициента технологических затрат в и-м интервале времени С, P (п) с его среднеинтегральной величи-. .ной s предшествующем интервале

CCp (n-1), от изменения управляющего воздействия в и-1. интервале д0(п-1) (концентрации подавляемого субстрата и расхода минеральных солей) и в зависимости от результатов сравнения на вход регулятора

26 соотношений поступает сигнал об изменении редуцирующих веществ (PB) субстрата и соответствующих им подач воды, гидролиэ ата, воздуха и минеральных солей. Величину управлякщего сиг нала можно выразить выражением (n) — С (n-1) ср ср U(n)=U(n-

3V(nn-И =

=U (n-1) -U (n-2) — величина измерения управляющего воздействия в и-1 интервале времени;

К - коэффициент. усиления ат величины которого зависят динамические свойства системы.

1073283

Блок времени 27 служит для задания промежутков времени, через которые осуществляется определение градиента среднеинтегрального значения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенные на единицу полученной биомассы. С выходов регулятора 26 соотношений на входы Задание регуляторов 7, 10, 12 и 15 поступают сигналы, изменяющие величину Задание, что приводит к рассогласованию текущих значений измеряемой величины, поступающей с датчиков 6, 9, 5 и 14, соответственно и заданием. Определенные этим рассогласованием команды с регуляторов 7, 10,12 и 15 поступают на исполнительные механизмы 8, 11, 13 и 16 контуров регулирования подачи воз- духа, минеральных солей, воды и гидролиэата.

В случае превышения заданного объема культуральной жидкости в ферментере 1 возникает рассогласование в регуляторе 18 между заданным и текущим .значениями объема дрожжевой суспензии, измеряемым по. средством датчика 1.7. В результате этого исполнительный механизм 19 на линии отбора дрожжевой суспенэии восстанавливает заданный объем дрожжевой суспенэии.

Регулирование кислотности культуральной жидкости осуществляется регулятором 21 посредством исполнительного механизма 22 на линии подачи аммиачной воды в ферментере.

Сигналом регулирования служит рассо. гласования между заданным и текущим ,значениями кислотности, измеряемыми датчиком 20.

Термостатирование процесса культивирования осуществляется регулято ром 24 посредством воздействия на исполнительный механизм 25, уста10 новленный на линии подачи охлаждающей воды в змеевик, или на наружную поверхность феоментера при наличии рассогласования между заданием и текущим значением темпера35 туры, измеряемой датчиком 23.

Предлагаемая система управления дает снижение себестоимости биомассы по сравнению с прототипом 6%.

Также уменьшается отклонение концентрации биомассы и субстрата от .оптимальной величины на 5-7%, что повышает точность управления системы. Это достигается эа счет под 5. держания себестоимости биомассы в области оптимума и управления по среднеинтегральному значению целевой функции. Данная система управления может быть использована в первую очередь на предприятиях, где на от" ходах основного производства могут выращиваться кормовые дрожжи. Реализация системы управления может быть осуществлена на серийно выпускаемой аппаратуре, а также с использованием ЭВМ.

1073283

Составитель Р.Богачева

Редактор Н.Швыдкая Техред И.дсталош Корректор А.ильин

Заказ 272/23 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП: Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4