[發(fā)明專利]一種利用量測滯后信息的發(fā)酵過程智能測控方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710808603.8
• 申請日: 2017-09-09
• 公開（公告）號: CN107589669B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 趙利強;高川;王建林;于濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種利用量測滯后信息的發(fā)酵過程智能測控系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)工作站和基于PLC的發(fā)酵過程測控裝置，數(shù)據(jù)工作站和基于PLC的發(fā)酵過程測控裝置通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交互；

數(shù)據(jù)工作站包括數(shù)據(jù)處理端和發(fā)酵過程監(jiān)控端兩部分，數(shù)據(jù)處理端和發(fā)酵過程監(jiān)控端通過OPC進行交互連接；

數(shù)據(jù)處理端用于發(fā)酵過程離線生物參量的獲取與處理，并利用發(fā)酵過程軟測量模型和發(fā)酵過程離線以及實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)對發(fā)酵過程生物參量進行在線估計，為發(fā)酵過程監(jiān)控端提供關(guān)鍵生物參量的實時在線估計值；

數(shù)據(jù)處理端分為量測滯后信息模塊和軟測量模塊；

量測滯后信息模塊分為量測滯后信息獲取子模塊和量測滯后信息存儲子模塊，量測滯后信息獲取子模塊通過以太網(wǎng)獲取離線分析設備中發(fā)酵過程關(guān)鍵生物參量數(shù)據(jù)，并將發(fā)酵過程關(guān)鍵生物參量數(shù)據(jù)存儲至量測滯后信息存儲子模塊中，量測滯后信息模塊為軟測量模塊提供準確的離線分析數(shù)據(jù)；

軟測量模塊分為發(fā)酵過程數(shù)據(jù)處理子模塊、發(fā)酵過程軟測量建模模塊和發(fā)酵過程狀態(tài)在線估計模塊；發(fā)酵過程數(shù)據(jù)處理子模塊利用發(fā)酵過程離線數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳送至發(fā)酵過程軟測量建模模塊中，發(fā)酵過程軟測量建模模塊建立發(fā)酵軟測量模型；發(fā)酵過程狀態(tài)在線估計模塊對發(fā)酵過程軟測量建模模塊的發(fā)酵軟測量模型進行分析，并通過結(jié)合量測滯后下的生物參量與非線性濾波算法，對發(fā)酵過程狀態(tài)進行在線估計，實現(xiàn)對發(fā)酵過程生物參量實時估計值；所得到生物參量實時估計值通過OPC接口寫入發(fā)酵過程監(jiān)控端，用于發(fā)酵監(jiān)控模塊中進行發(fā)酵過程的實時優(yōu)化調(diào)控；通過軟測量模塊結(jié)合發(fā)酵模型、發(fā)酵過程離線與在線關(guān)鍵參量對發(fā)酵過程狀態(tài)進行在線估計；在軟測量模塊中使用SVM方法建立輔助變量與生物量參數(shù)之間的軟測量模型，通過對實時數(shù)據(jù)庫中發(fā)酵離線量與在線量的導入，系統(tǒng)自動結(jié)合發(fā)酵模型及離線生物量參數(shù)信息、在線參數(shù)信息、發(fā)酵時間，通過協(xié)方差融合容積卡爾曼濾波算法得到預估的發(fā)酵過程生物量參數(shù)的實時估計值；

發(fā)酵過程監(jiān)控端用于發(fā)酵過程狀態(tài)實時顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、過程控制參數(shù)配置、用戶信息和操作權(quán)限配置功能，屬于基于PLC的發(fā)酵過程測控裝置的上位機監(jiān)控程序；

所述發(fā)酵過程監(jiān)控端分為發(fā)酵過程監(jiān)控模塊、過程數(shù)據(jù)處理模塊和用戶管理模塊；發(fā)酵過程監(jiān)控模塊具體包括發(fā)酵過程實時監(jiān)測子模塊和過程控制參數(shù)配置子模塊，實現(xiàn)了對發(fā)酵過程在線參數(shù)的在線實時監(jiān)測及過程控制中控制算法參數(shù)的配置；過程數(shù)據(jù)處理模塊具體包括過程實時數(shù)據(jù)管理子模塊和過程歷史數(shù)據(jù)管理子模塊，通過OPC接口為數(shù)據(jù)處理端提供發(fā)酵過程參數(shù)實時值并得到數(shù)據(jù)處理端提供的發(fā)酵過程生物參量實時估計值，同時將實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)歸檔操作，用于用戶進行歷史數(shù)據(jù)的查看和管理；用戶管理模塊具體包括用戶信息配置子模塊和用戶權(quán)限配置子模塊，實現(xiàn)用戶登陸、用戶注冊、用戶身份權(quán)限識別、添加或刪除用戶和對于不同權(quán)限用戶設定不同的過程控制操作和控制參數(shù)修改權(quán)限。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用量測滯后信息的發(fā)酵過程智能測控系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)酵過程在線參數(shù)為pH值、溫度、溶氧濃度和乙醇濃度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用量測滯后信息的發(fā)酵過程智能測控系統(tǒng)，其特征在于：基于PLC的發(fā)酵過程測控裝置對發(fā)酵過程在線參數(shù)進行測量，同時進行實時反饋控制，確保微生物發(fā)酵過程反應的順利進行，并配合上位機組態(tài)軟件進行數(shù)據(jù)的界面顯示和實時監(jiān)控；PLC發(fā)酵過程測控裝置由CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出模塊組成；CPU模塊為PLC系統(tǒng)的主控制器，負責微生物發(fā)酵過程的數(shù)據(jù)采集和程序控制；模擬量輸入模塊負責檢測pH值、溫度、溶氧濃度傳感器的模擬量信號；模擬量輸出模塊進行模擬量輸出，負責控制調(diào)節(jié)閥開度、蠕動泵流量；數(shù)字量輸入模塊負責檢測電機、水泵的運動狀態(tài)以及外部輔助按鈕狀態(tài)；數(shù)字量輸出模塊負責對電機、冷卻水泵、進料閥門進行起停控制；通過對PLC的程序編寫，實現(xiàn)對發(fā)酵對象的溫度調(diào)節(jié)、pH值控制、補料策略控制及所需要的數(shù)據(jù)處理功能，完成對發(fā)酵過程的優(yōu)化調(diào)控。