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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710808603.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107589669B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙利強(qiáng);高川;王建林;于濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用量測(cè)滯后信息的發(fā)酵過(guò)程智能測(cè)控方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)工作站和基于PLC的發(fā)酵過(guò)程測(cè)控裝置，數(shù)據(jù)工作站和基于PLC的發(fā)酵過(guò)程測(cè)控裝置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明在發(fā)酵過(guò)程智能測(cè)控方法及裝置上提出，通過(guò)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、OPC技術(shù)并引入基于協(xié)方差融合算法的發(fā)酵過(guò)程軟策略方法，實(shí)現(xiàn)了量測(cè)滯后生物量信息的獲取與利用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)酵過(guò)程關(guān)鍵生物參量的在線估計(jì)，在此基礎(chǔ)上利用基于PLC的發(fā)酵測(cè)控系統(tǒng)可以根據(jù)關(guān)鍵生物參量的實(shí)時(shí)情況對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，提高發(fā)酵過(guò)程的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)酵過(guò)程智能測(cè)控方法及系統(tǒng)，屬于信息數(shù)據(jù)處理及智能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用量測(cè)滯后信息實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過(guò)程關(guān)鍵生物參量的在線估計(jì)，進(jìn)而對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控的智能測(cè)控方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

生物發(fā)酵過(guò)程是生物工程和現(xiàn)代生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，該過(guò)程是一個(gè)時(shí)變、非線性、大滯后、不確定的多變量輸入輸出關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，十分復(fù)雜，因此對(duì)發(fā)酵過(guò)程實(shí)施生物參量在線檢測(cè)和優(yōu)化調(diào)控十分困難。基于硬件傳感器的在線生物參量檢測(cè)的儀器成本和維護(hù)費(fèi)用較高，并且擁有特定的使用環(huán)境，導(dǎo)致發(fā)酵過(guò)程生物參量的在線檢測(cè)較難實(shí)現(xiàn)。而發(fā)酵過(guò)程的離線檢測(cè)方法具有成本低、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但存在較大時(shí)間滯后，這些滯后信息屬于量測(cè)滯后，造成這些量測(cè)滯后的離線信息利用價(jià)值低。軟測(cè)量技術(shù)是解決發(fā)酵過(guò)程生物參量在線檢測(cè)的一種非常實(shí)用的方法，利用系統(tǒng)辨識(shí)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)等方法建立發(fā)酵過(guò)程模型，進(jìn)而通過(guò)可在線檢測(cè)的過(guò)程參量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物量參數(shù)值進(jìn)行在線估計(jì)。但由于發(fā)酵過(guò)程的復(fù)雜性和模型不確定性，導(dǎo)致軟測(cè)量的精度較低，基于軟測(cè)量方法的發(fā)酵過(guò)程生物參量在線檢測(cè)精度有待進(jìn)一步提高。因此通過(guò)將離線滯后生物量信息引入發(fā)酵過(guò)程生物參量在線估計(jì)中，能夠提高軟測(cè)量模型精度，從而提高發(fā)酵過(guò)程生物參量在線檢測(cè)精度，為發(fā)酵過(guò)程在線監(jiān)測(cè)與優(yōu)化調(diào)控提供支持。

以太網(wǎng)通信協(xié)議是一種通用的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，以太網(wǎng)是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的最常見(jiàn)方式；OPC技術(shù)是一種以O(shè)LE、COM為機(jī)制的通信標(biāo)準(zhǔn)，OPC技術(shù)規(guī)范了接口函數(shù)，具備較強(qiáng)的設(shè)備兼容性與數(shù)據(jù)共享能力，是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接應(yīng)用程序的理想方法。采用以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)離線生物量信息的采集，使用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)與基于PLC的發(fā)酵測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互。西門(mén)子公司的可編程邏輯控制器(PLC)具有邏輯控制功能強(qiáng)，人機(jī)交互界面友好，抗干擾能力強(qiáng)，可拓展性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于發(fā)酵過(guò)程測(cè)控系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于利用離線分析獲取的關(guān)鍵生物參量等量測(cè)滯后信息實(shí)現(xiàn)提高發(fā)酵過(guò)程智能測(cè)控系統(tǒng)中發(fā)酵過(guò)程生物參量的在線檢測(cè)精度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。在離線分析儀獲得生物參量信息后，通過(guò)以太網(wǎng)通信設(shè)備將生物參量量測(cè)滯后信息寫(xiě)入遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理端，數(shù)據(jù)處理端的軟測(cè)量模塊利用所建立的發(fā)酵過(guò)程軟測(cè)量模型，以及通過(guò)OPC接口獲取到的發(fā)酵過(guò)程控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(如pH值、溫度、溶解氧濃度等)和通過(guò)以太網(wǎng)接口獲取到的發(fā)酵過(guò)程生物參量離線數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)酵過(guò)程中關(guān)鍵生物參量進(jìn)行在線實(shí)時(shí)估計(jì)。然后通過(guò)OPC接口將估計(jì)的生物參量結(jié)果發(fā)送到發(fā)酵過(guò)程監(jiān)控端，基于PLC的發(fā)酵測(cè)控系統(tǒng)可以根據(jù)關(guān)鍵生物參量的實(shí)時(shí)情況對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，提高發(fā)酵過(guò)程的效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種利用量測(cè)滯后信息的發(fā)酵過(guò)程智能測(cè)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)工作站和基于PLC的發(fā)酵過(guò)程測(cè)控裝置，數(shù)據(jù)工作站和基于PLC的發(fā)酵過(guò)程測(cè)控裝置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(guò)程監(jiān)控端兩部分，數(shù)據(jù)處理端和發(fā)酵過(guò)程監(jiān)控端通過(guò)OPC進(jìn)行交互連接。

數(shù)據(jù)處理端用于發(fā)酵過(guò)程離線生物參量的獲取與處理，并利用發(fā)酵過(guò)程軟測(cè)量模型和發(fā)酵過(guò)程離線以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過(guò)程生物參量進(jìn)行在線估計(jì)，為發(fā)酵過(guò)程監(jiān)控端提供關(guān)鍵生物參量的實(shí)時(shí)在線估計(jì)值。

數(shù)據(jù)處理端分為量測(cè)滯后信息模塊和軟測(cè)量模塊。