SU1019408A1 - Periodic process of fermentation automatic control system - Google Patents

Periodic process of fermentation automatic control system Download PDF

Info

Publication number
SU1019408A1
SU1019408A1 SU813349806A SU3349806A SU1019408A1 SU 1019408 A1 SU1019408 A1 SU 1019408A1 SU 813349806 A SU813349806 A SU 813349806A SU 3349806 A SU3349806 A SU 3349806A SU 1019408 A1 SU1019408 A1 SU 1019408A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
unit
dissolved oxygen
temperature
carbon dioxide
model
Prior art date
Application number
SU813349806A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Федорович Лубенцов
Надырбек Рустамбекович Юсупбеков
Юрий Григорьевич Колпиков
Original Assignee
Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" filed Critical Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority to SU813349806A priority Critical patent/SU1019408A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1019408A1 publication Critical patent/SU1019408A1/en

Links

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

Изобретение относитс  к автомати ческому управлению процессами биоси теза и может быт) использовано в пр изводствах микробиологической и хим ко-фармацевтической промышленности. Известна система управлени  пери одическим процессом биосинтеза, содержаща  контуры стабилизации темпе ратуры, аэрации и кислотности среды блок отработки управл ющих воздейст вий и блок реализации адаптивной мо дели, служащий дл  определени  разности расчетного и текущего значени концентрации микроорганизмов, при этом на вход блока реализации адап|тивной модели подключены датчики измер емых параметров, а выход блока подключен к задающим входам регул торов при помощи блока отработки управл ющих воздействий 1 Недостатком данной системы  вл етс  низкое качество управлени ,обуслов ленное тем, что реализаци  рассчитан ных управл ющих воздействий при помо щи регул торов, не учитывающих изменений динамических характеристик в ходе процесса, вызывает колебани  оптимальных условий культивировани  и тем самым приводит к снижению выхо да целевого продукта. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  система автоматического управлени  периодическим процессом ферментации содержаща  контуры регулировани  тем пературы, давлени  и аэрации, датчики растворенного кислорода и углекис лого газа, соединенные с регул тором контура аэрации, блок диффреренцировани , логический блок, переключаю щие реле и регулирующий блок адаптации , подключенный через соответствующие переключающие реле к датчикам растворенного кислорода и углекислого газа и к их задатчикам, а выход его подключен к задающему входу регул тора контура аэрации, при этом переключающие реле св заны посредством логического блока и блока дифференцировани  с датчиком растворенного кислорода . Однако в данной системе управл ющее воздействие регулирующего блока адаптации  вл етс  лишь функцией рассогласовани  текущего и заданного значений измер емого параметра. Отсутствует управл ющее воздействие в зависимости от измен ющихс  параметров каналов управлени , что снижает качество поддержани  на определенном уровне температуры, растворе ного кислорода, величины рН и, в конечном счете, не обеспечивает максимального выхода целевого продукта. Цель изобретени  - увеличение выхода целевого продукта за счет повышени  качества управлени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что система автоматического управлени  периодическим процессом фермента-ции , содержаща  контуры стабилизации давлени , температуры, концентрации растворенного кислорода и величины рН в аппарате, включающие соответственно датчик измер емого параметра, регул тор и исполнительный механизм, блок определени  количества выдел ющегос  углекислого газа, включающий датчик концентрации углекислого газа в отход щих газах, св занный с ним и с датчиком расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, блок умножени , блок реализаций адаптивной динамической модели, имеющий, блок формировани  модели канала управлени  процессом по величине рН, св занный с датчиком величины рН, дополнительно снабжена корректирующим блоком , последовательно соединенными интегратором , вычислительным блоком и функциональным преобразователем, выходы которого через дополнительные блоки умножени  подключены к выходу блока реализации адаптивной динамической модели, причем выходы дополнительных блоков умножени  подключены к регул торам растворенного кислорода , температуры и величины рН, при этом один из входов блока формировани  модели управлени  канала по температуре, величине растворенного кислорода и величине рН подключен соответственно к датчикам температуры, растворенного кислорода и величины рН, а другие входы через корректирующий блок - к вычислительному блоку. Кроме того, блок реализации адаптивной динамической модели содержит дополнительно блоки формировани  модели канала управлени  процессом по температуре и по величине растворенного кислорода в культуральной жидкости. На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управлени  нестационарным процессом ферментации . Система содержит контуры регулировани  температуры, концентрации растворенного кислорода, величины рН и стабилизации давлени  в ферментере 1, блок 2 реализации адаптивной динамической модели процесса, включающий блок 3 формировани  модели канала управлени  процессом по температуре, блок 4 формировани  модели канала управлени  процессом по величине растворенного кислорода в культураль ной жидкости и блок 5 формировани  модели канала управлени  процессом по величине рН, на первые входы которых подключены датчики 6-8 температуры , концентрации растворенного кислорода и величины рН, вычислительный блок 9, к выходам которого под-/ ключены корректирующий блок 10, служащий дл  подстройки параметров блоков 3-5, формирующих модели соот ветствующего канала управлени  в за висимости от .текущей информации о состо нии культуры, и функциональный преобразователь 11, предназначенный дл  формировани  сигналов, служащих дл  установки оптимальных коэффициентов обратной св зи каналов управлени  при помощи второго, TperbeiO и четвертого блоков 12-14 умножени  ;К пеовым входам КОТОРЫХ подключены соответственно выходы блоков 3-5 ;формиоовани  моделей каналов. Рыходы блоков 12-14 умножени  подключены к входам регул торов 15-17 температуры , растворенного кислорода,величины рН, осуществл   при этом перенастройку регул торов. Выходы регул торов 15 и 17 температуры и величи ны рН среды в ферменте 1 подключены к исполнительным механизмам 18 и 19 установленным соответственно на лини х подачи охлаждающей воды и титранта , регулирующего кислотность среды культуральной жидкости. Выход регул тора 16 растворенного кислорода подключе-н корегул тору 20 стабилизации расхода воздуха на аэрацию измер емого датчиком 21, а выход регул тора 20 подключен к исполнитель ному механизму 22, установленному на линии подачи воздуха на аэрацию. Блок определени  количества выдел ющегос  углекислого газа включает . датчик 23 концентрации углекислого газа в отход щих из ферментера i газа блок 24 умножени , на вход которого подключены датчик 21 расхода воздуха и датчик 23 концентрации углекислрго газа, интегратор 25, подключенный к выходу блока 24 умножени  и соединенный с вычислительным блоком 9. Контур стабилизации давлени  в ферментере 1 содержит датчик 26,под-,, ключенный к входу регул тора 27, св занного с исполнительным механизмом 28, установленным на линии отход щих из ферментера газов. Система автоматического управлени периодическим процессом ферментации работает следующим образом. Датчиками 23 и 21 измер ют соотве ственно изменение концентрации углекислого газа в отход щих из ферментера 1 газах и расход воздуха. Сигналы с датчиков 21 и 23 поступают в блок 24 умножени . Произведение этих величин  вл етс  оценкой количества углекислого газа, выдел емого микроо ганизмами в данный момент времени. Сигнал, пропорциональный количеству углекислого газа, с выхода блока 24 умножени  поступает на вход интегра тора 25, где формируетс  интегральное количество углекислого газа. выделенное микроорганизмами за текущее врем  процесса ферментации. Сигнал с выхода интегратора 25 через вычислительный блсК 9 и корректирующий блок 10 поступает на блоки3-5 формировани  моделей,- где формируютс  текущие значени  параметров моделей каналов управлени . Одновременно на вторые входы моделей соответствующих каналов управлени  поступают сигналы с датчиков 6-8 соот- . ветственно температуры, кислорода и рН, осуществл   компенсацию изменившихс  параметров. Сигнал с второго выхода вычислительного блока 9 поступает на вход функционального преобразовател  11, где формируетс  сигнал дл  установки коэффициентов блоков 12-14 умножени . Сигнал с выхода блоков 3-5 формировани  модели соответствующего канала управлени  блока 2 поступает на первые входы блоков 12-14 умножени , где .осуществл етс  его умножение на (Коэффициент обратной св зи, соответствующий текущему значению времени запаздывани . Результирующий сигнал с вы .хода блоков 12-14 умножени  подаетс  соответственно на вход регул торов 15-17, обеспечива  тем самым изменение общего коэффициента усилени  регул тора . В зависимости от величины сигнала рассогласовани  между текущим и заданным значенем измер емого параметра с учетом изменившегос  в зависимости от величины запаздывани  значени  коэффициента усилени  регул торы 15 и 17 формируют регулирующее воздействие, поступающее на исполнительные механизмы 18 и 19, измен ющие подачу охлаждаквдей всДы и титранта дл  приведени  температуры и величины рН в соответствие с заданием . При этом выходной сигнал регул тора 16 поступает на задающий вход регул тора 20, который формирует результирующее воздействие на исполнительный механизм 22, обеспечива  при помощи его подачу воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода. Стабилизаци  давлени  в ферментере 1 осуществ етс  с помощью регул тора 27 и исполнительного механизма 28, воздействукхцего на сброс отход щих газов. В результате -реализации системы автомг1тического управлени  периодическим процессом ферментации за счет повышени  качества управлени  увеличивают выход целевого продукта на 3,5%. Ожидаемый экономичесикй эффект составит 4,6 тыс.руб. в год.The invention relates to automatic control of biosynthesis processes and can be used in the production of the microbiological and chemical co-pharmaceutical industry. A known control system for the peri odic biosynthesis process, which contains contours of stabilization of temperature, aeration and acidity of the medium, a control action block and an adaptive model implementation unit, used to determine the difference between the calculated and current values of the concentration of microorganisms, while The sensors of the measured parameters are connected to the active model, and the output of the block is connected to the control inputs of the regulators using the control action test block 1 The disadvantage of this system Topics is a low quality control, obuslov fief that implementations calculated GOVERNMENTAL actuating impacts during Pomeau soup regulators do not take into account changes in the dynamic characteristics of the process, causes oscillation of optimal culture conditions and thereby reduces the vyho and the desired product. The closest to the proposed technical entity is a system for automatic control of a periodic fermentation process containing control loops for temperature, pressure and aeration, dissolved oxygen and carbon dioxide sensors connected to the aeration contour controller, diffraction unit, logic unit, switching relays and an adaptation control unit, connected through the corresponding switching relays to the dissolved oxygen and carbon dioxide sensors and to their controllers, and its output via It is connected to the driver input of the aeration circuit controller, and the switching relays are connected via a logic unit and a differentiation unit with a dissolved oxygen sensor. However, in this system, the control action of the adaptation control unit is only a function of the mismatch of the current and setpoint values of the measured parameter. There is no controlling effect depending on the changing parameters of the control channels, which reduces the quality of maintaining the temperature, dissolved oxygen, pH at a certain level and, ultimately, does not provide the maximum yield of the target product. The purpose of the invention is to increase the yield of the target product by improving the quality of control. The goal is achieved by the fact that a system for automatic control of a periodic fermentation process, containing contours of pressure stabilization, temperature, dissolved oxygen concentration and pH in the apparatus, comprising respectively a sensor of the measured parameter, a regulator and an actuator, a unit for determining the amount of carbon dioxide emitted gas, including a carbon dioxide concentration sensor in the exhaust gases, associated with it and with an air flow sensor supplied to the aeration, multiplication unit, an adaptive dynamic model implementation unit having a process control channel model forming unit by pH value associated with a pH value sensor is additionally equipped with a correction unit connected in series by an integrator, a computing unit and a functional converter, the outputs of which are connected to the output unit through additional multiplication units adaptive dynamic model, with the outputs of additional multiplication units being connected to dissolved oxygen regulators, At the same time, one of the inputs of the block forming the model for controlling the channel with respect to temperature, dissolved oxygen and pH is connected respectively to sensors of temperature, dissolved oxygen and pH, and the other inputs through a correction block to a computing unit. In addition, the implementation block of the adaptive dynamic model additionally contains blocks for forming a model of the process control channel in terms of temperature and the value of dissolved oxygen in the culture fluid. The drawing shows a block diagram of an automatic control system for a non-stationary fermentation process. The system contains temperature control circuits, dissolved oxygen concentration, pH value and pressure stabilization in the fermenter 1, unit 2 implements an adaptive dynamic process model, including unit 3 for forming a process control channel model by temperature, unit 4 for forming a process control channel model the culture fluid and the unit 5 for forming the model of the process control channel by the pH value, the first inputs of which are connected to the temperature sensors 6-8, dissolved oxygen and pH, computational unit 9, to the outputs of which corrective unit 10 is connected, which serves to adjust the parameters of units 3-5, which form models of the corresponding control channel depending on the current information on the state of the culture, and a functional converter 11 designed to form signals serving to set the optimal feedback factors of the control channels using the second, TperbeiO and fourth multiplication blocks 12-14; To the peaking inputs of the COMING connectors s 3-5 respectively outputs blocks; formioovani channel models. Leads of blocks 12–14 multiplication are connected to the inputs of temperature regulators 15–17, dissolved oxygen, pH value, thus reconfiguring the regulators. The outputs of temperature regulators 15 and 17 and the pH of the medium in enzyme 1 are connected to actuators 18 and 19 installed respectively on the cooling water and titrant supply lines, which regulate the acidity of the culture fluid. The output of the dissolved oxygen regulator 16 is connected to the coreconductor 20 to stabilize the air flow for aeration measured by sensor 21, and the output of the regulator 20 is connected to the actuator 22 installed on the air line for aeration. The unit for determining the amount of carbon dioxide emitted includes. The carbon dioxide concentration sensor 23 in the waste gas from the fermenter I gas multiplying unit 24, the air flow sensor 21 and the carbon dioxide concentration sensor 23, the integrator 25 connected to the output of the multiplication unit 24 and connected to the computing unit 9 are connected to the input. The fermenter 1 contains a sensor 26 connected to the input of the regulator 27 connected with an actuator 28 installed on the gases coming from the fermenter. The automatic control system for the batch fermentation process works as follows. The sensors 23 and 21 measure, respectively, the change in the concentration of carbon dioxide in the gases 1 leaving the fermenter and the air flow. The signals from sensors 21 and 23 go to multiplication unit 24. The product of these quantities is an estimate of the amount of carbon dioxide emitted by microorganisms at a given time. A signal proportional to the amount of carbon dioxide from the output of multiplication unit 24 is fed to the input of integrator 25, where the integral amount of carbon dioxide is formed. isolated by microorganisms for the current time of the fermentation process. The signal from the output of the integrator 25 through the computational block 9 and the correction block 10 is fed to blocks 3–5 of model formation, where the current values of the parameters of the control channel models are formed. At the same time, signals from sensors 6–8 respectively arrive at the second inputs of the models of the corresponding control channels. temperature, oxygen and pH, compensated for the changed parameters. The signal from the second output of the computing unit 9 is fed to the input of the functional converter 11, where a signal is generated to set the coefficients of the multiplication blocks 12-14. The signal from the output of the model forming blocks 3-5 of the corresponding control channel of the block 2 is fed to the first inputs of the multiplication blocks 12-14, where it is multiplied by (feedback coefficient corresponding to the current value of the delay time. The resulting signal from the output of the blocks 12-14 multiplication is applied to the input of the regulators 15-17, respectively, thus providing a change in the overall gain of the regulator. Depending on the magnitude of the error signal between the current and the specified value of the measured parameter Depending on the delay value of the gain factor, regulators 15 and 17 form a trap regulating effect on actuators 18 and 19, which change the flow rate of the cooling system and the titrant to bring the temperature and pH value in accordance with the task. the signal of the regulator 16 is fed to the driver input of the regulator 20, which forms the resultant effect on the actuator 22, providing with its air supply for aeration depending on ie the concentration of dissolved oxygen in the culture fluid. The pressure in the fermenter 1 is stabilized by means of a regulator 27 and an actuator 28, which influences the discharge of exhaust gases. As a result of the implementation of the automatic control system for the batch fermentation process, by improving the quality of control, the yield of the target product is increased by 3.5%. The expected economic effect will be 4.6 thousand rubles. in year.

Claims (2)

, 1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕНТАЦИИ, содержащая контуры стабилизации давления, температуры, концентрации растворенного кислорода и величины pH в аппарате, включающие соответственно датчики измеряемых параметров, регуляторы и исполнительные механизмы, блок определения количества выделяющегося углекислого газа, включающий датчик концентрации углекислого газа в отходя' щих газах, связанный с ним и с . датчиком расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, блок реализации адаптивной динамической модели, имеющий блок формирования модели канала управления процессом по величине рЧ_, связанный с датчиком величины pH, блок умножения, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта за счет повышения качества управления, она снабжена корректирующим блоком, последовательно соединенными интегратором, вычислительным блоком и функциональным преобразователем, выходы которого через дополнительные блоки умножения подключены к выходу блока реализации адаптивной динамической модели, причем выходы дополнительных блоков умножения подключены к регуляторам растворенного кислорода, тем- * пературы и величины pH, при этом один из входов блока формирования модели ! канала управления по температуре, величине растворенного кислорода и величине pH подключен соответственно к датчикам температуры, растворенного кислорода и величины pH, а Другие входы через корректирующий блок - к вычислительному блоку., 1. AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF THE PERIODIC FERMENTATION PROCESS, containing the contours of stabilization of pressure, temperature, concentration of dissolved oxygen and pH in the apparatus, including respectively sensors of measured parameters, regulators and actuators, a unit for determining the amount of carbon dioxide emitted in carbon dioxide, including a carbon dioxide concentration sensor in exhaust gases associated with it and with. a sensor of the flow rate of air supplied to aeration, an adaptive dynamic model implementation unit having a process control channel model generating unit by rf_ value associated with a pH value sensor, a multiplication unit, characterized in that, in order to increase the yield of the target product by improving the quality of control , it is equipped with a correcting unit connected in series by an integrator, a computing unit and a functional converter, the outputs of which are connected to the output through additional multiplication units there is an adaptive dynamic model implementation unit, and the outputs of additional multiplication units are connected to the regulators of dissolved oxygen, temperature and pH, and one of the inputs of the model formation unit is! the control channel in temperature, dissolved oxygen and pH is connected respectively to temperature sensors, dissolved oxygen and pH, and Other inputs through the correction unit to the computing unit. 2. Система по п.1, о т л и ч ающ а я с я тем, что блок реализации ι адаптивной динамической модели содержит дополнительно блоки формирования .модели канала управления процессом пс температуре и по величине растворенного кислорода в культуральной жид- ‘ кости.2. The system according to claim 1, with the fact that the implementation block of the ι adaptive dynamic model additionally contains blocks for the formation of a model of the process control channel at the temperature and the amount of dissolved oxygen in the culture fluid.
SU813349806A 1981-10-16 1981-10-16 Periodic process of fermentation automatic control system SU1019408A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813349806A SU1019408A1 (en) 1981-10-16 1981-10-16 Periodic process of fermentation automatic control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813349806A SU1019408A1 (en) 1981-10-16 1981-10-16 Periodic process of fermentation automatic control system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1019408A1 true SU1019408A1 (en) 1983-05-23

Family

ID=20981057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813349806A SU1019408A1 (en) 1981-10-16 1981-10-16 Periodic process of fermentation automatic control system

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1019408A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1019408A1 (en) Periodic process of fermentation automatic control system
SU909663A1 (en) Periodic fermentation process automatic control system
SU1399342A1 (en) System for automatic control of periodic fermentation process
SU1188205A1 (en) Method of automatic control for aerating liquid in growing microorganisms
SU968794A1 (en) Method of automatic control of microorganism continuous cultivation process
SU966673A1 (en) Method and apparatus for automatic control of continuous growing of microorganisms in bioreactor
SU981966A1 (en) Fermentation periodic process automatic control method
SU1007092A1 (en) System for automatic control of periodic fermentation process
SU1747492A1 (en) Method for automatic cultivation control of microorganisms
SU1353810A1 (en) Automatic control system for process of microorganism cultivation
SU1366530A1 (en) Automatic control system for process of growing microorganisms
SU1174909A1 (en) Device for controlling two connected parameters
SU1073283A1 (en) System for automatic control of the process of continuously growing microorganisms
SU819799A1 (en) Continuous aerobic microorganism growing process control method
SU1686412A1 (en) System for automatic control of product concentration at output of column type reactor for amino acid synthesis
SU507625A1 (en) Method for automatic control of microbial cultivation process
SU893865A1 (en) Method of ammonia synthesis automatic control
SU1648981A1 (en) Automated control system for continuous process of growing microorganisms
SU544669A1 (en) Method for automatic control of saccharification process
SU740714A1 (en) Method of ammonia column operation control
SU1194878A1 (en) Method of automatic control of process of continuous cultivation of microorganisms
SU1118619A2 (en) Device for automatic control of waste water neutralization process
SU965503A1 (en) Method of automatic control of low inertial reactor operation
SU253726A1 (en) METHOD OF AUTOMATIC CONTROL OF THE PROCESS OF CONTINUOUS CULTIVATION OF MICROORGANISMS
SU1590480A1 (en) System for automatic control of process of continuous cultivation of microorganisms