發(fā)酵過程現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)-資料下載頁
2025-05-13 01:26本頁面
【正文】 辯識(shí)，使模型逐漸完善；同時(shí)自動(dòng)修改控制器的動(dòng)作，適應(yīng)實(shí)際過程。 —— 自適應(yīng)控制系統(tǒng)。 發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件組成 傳感器 變送器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電磁閥、氣動(dòng)控制閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變速電機(jī)、 正位移泵、蠕動(dòng)泵。 轉(zhuǎn)換器 過程接口 監(jiān)控計(jì)算機(jī) 一、生物過程的控制 能自我調(diào)節(jié)，時(shí)間常數(shù)長 （一）溫度的控制 微生物生長和代謝需要合適的溫度。 影響生化反應(yīng)溫度的主要因素有微生物發(fā)酵熱、電極攪拌熱、冷卻水本身的溫度以及周圍環(huán)境溫度的改變等 2TC53冷卻水M4空氣11溫度傳感變送器 2溫度控制器 3調(diào)節(jié)閥 4生化反應(yīng)器 5夾套圖59 發(fā)酵過程溫度控制降溫：用冷卻水帶走生化反應(yīng)熱。方式有兩種，小型的采用夾套冷卻形式，而大型的生化反應(yīng)器通常采用在反應(yīng)器內(nèi)裝盤管冷卻器的形式 （二） pH的控制 pH是發(fā)酵過程中代謝平衡的反映 pH上升主要是碳代謝不足，應(yīng)增加培養(yǎng)基中糖濃度； pH下降主要是由于碳源過量或氮源不足，應(yīng)降低培養(yǎng)基中的糖濃度 或增加容易利用的氮源的濃度 pH的控制：基礎(chǔ)培養(yǎng)基中生理酸、堿物質(zhì)的平衡；維持生理酸、堿性物質(zhì)在補(bǔ)料中的平衡 pH波動(dòng)大時(shí)，加入酸堿調(diào)節(jié) ? pH控制系統(tǒng)由 pH測(cè)量電極和變送器、 pH控制器、空氣開關(guān)和氣動(dòng)開關(guān)閥組成。 冷卻水1AC243空氣M空氣氨氣1 測(cè)量電極和變送器 2 控 制器 3 空 氣開關(guān) 4 氣動(dòng)開關(guān)閥門圖5 10 pH 控制系統(tǒng)（三）溶氧控制 ? 耗氧方面：在以糖為生長限制基質(zhì)的情況下，當(dāng)溶氧濃度偏低時(shí)，可減少補(bǔ)糖率以降低菌體生長速率；反之，增加補(bǔ)糖率來提高菌體生長速率。 ? 傳氧方面：一般通過加大攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量或罐頂壓力的方法，提高氧傳遞速率。 ? 溶解氧的控制系統(tǒng)由溶解氧電極和變送器、溶解氧多路控制器、壓力控制系統(tǒng)和空氣流量控制系統(tǒng)組成。通過調(diào)節(jié)發(fā)酵罐壓力和空氣流量的方法進(jìn)行控制。 452M3Gc21Gc187空氣6圖51 1 溶解氧控制系統(tǒng)溶解氧控制器G CDO1溶解氧電極和變送器 2溶解氧控制器 3壓力傳感變送器 4壓力控制器 5壓力調(diào) 節(jié)閥 6空 氣流量變送器 7流量控 制器 8流 量調(diào)節(jié)閥（四）補(bǔ)料控制 ? 可分為連續(xù)流加和變速流加； ? 每次流加又可分為快速流加、恒速流加、指數(shù)速率流加 ? 按補(bǔ)加的培養(yǎng)基成分分為單一組分補(bǔ)料和多組分補(bǔ)料等等。 ? 補(bǔ)料必須充分了解微生物在發(fā)酵過程中的代謝規(guī)律及對(duì)環(huán)境條件的要求。 ? 補(bǔ)料控制實(shí)際上是流量控制，整個(gè)控制系統(tǒng)由流量測(cè)量環(huán)節(jié)、流量控制器和調(diào)節(jié)閥組成。其中流量測(cè)量環(huán)節(jié)可用電磁流量計(jì)或帶遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)來測(cè)量。 G2c2R O 2CO 2補(bǔ)料冷卻水pHDO 空氣圖51 2 補(bǔ) 料控制原理圖1流 量測(cè)量及變送 2 流量控制器 3 調(diào)節(jié)閥排氣M 3 1二、先進(jìn)控制理論在反應(yīng)器控制中的應(yīng)用 ? 先進(jìn)控制理論 ? 模糊邏輯控制 ? 生化過程知識(shí)庫系統(tǒng) ? 基于專家系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 上海聯(lián)環(huán)生物工程設(shè)備有限公司 SHLH－2022發(fā)酵控制系統(tǒng) 英國 MI公司 TANDAMGAS ANALYZER 尾氣分析儀 (左 ) 和美國 YSI 葡萄糖生化分析儀 （右） 瑞士 HAMILTON公司電極 英國 ABER公司原位活細(xì)胞在線檢測(cè)儀，原理為雙電極檢測(cè)極化細(xì)胞電容法 德國 OPTEK發(fā)酵 (BIOMASS)生物量密度分析儀 美國 Nova Basic,100+,300,400生化分析儀 上海國強(qiáng)生化工程裝備有限公司發(fā)酵罐自動(dòng)控制系統(tǒng) ：可直接檢測(cè)控制溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、通氣流量、罐壓、消泡、 pH 、溶解氧濃度（ DO ）、發(fā)酵液真實(shí)體積（或重量）、補(bǔ)料量、排氣 CO 2 和 O 2 等十多個(gè)在線參數(shù)，并在線精確計(jì)算得到反映細(xì)胞代謝流變化的 OUR 、 CER 、 RQ 、 K L α等重要間接參數(shù) BioStat ? BioStat B發(fā)酵罐控制程序，主程序用來收集發(fā)酵工藝數(shù)據(jù)、并采用模糊控制原理控制工藝參數(shù)。客戶端程序可以使遠(yuǎn)程操作成為可能。甚至原理上可以從世界上任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)對(duì)發(fā)酵進(jìn)行控制。 PenSim 青霉素發(fā)酵模擬軟件 改動(dòng)初始條件和控制參數(shù)，模擬出不同的發(fā)酵結(jié)果。 BioProsim 發(fā)酵模擬軟件 Data Collection Automatic data archiving at userspecified intervals OffLine data entry Displays ? Trend Graphs ? Graph historic versus current process data ? Summary Display (table of process values) ? Synoptic Displays with Live Data Alarms and Warnings ? OutofLimits Alarms ? Approaching Limits Warnings UserProgrammability for Custom Control Strategies ? Control Diagrams for graphic processprogramming ? TimeProfiles for automatic timebased setpoint changes ? BASIC programming for advanced process automation ? Assignable userauthorization levels for process security Communications Supports up to 20 process loops per controller Maximum number of Controllers / Workstation 8 1 MultiController Adapter supports 8 controller addresses on one puter Supports Multiple workstations on a LAN Additional fermentor cables Supports up to four BioFlo 110 vessels sharing one controller
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