[發(fā)明專利]一種生物發(fā)酵過(guò)程控制裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810357539.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108681297A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯占軍;蔣鵬程;劉萍蘭;洪錕;黃宏彬;陸鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/05
• 分類號(hào): G05B19/05;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/02;C12M1/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種生物發(fā)酵過(guò)程控制裝置，屬于過(guò)程控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括觸摸屏、PLC控制器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；通過(guò)對(duì)生物發(fā)酵時(shí)培養(yǎng)罐中的溫度、PH值、罐內(nèi)壓力、融氧濃度、攪拌速率等參數(shù)的控制，來(lái)得到發(fā)酵不同階段的最優(yōu)發(fā)酵環(huán)境，達(dá)到發(fā)酵產(chǎn)物的最大化。本發(fā)明利用過(guò)程控制算法對(duì)發(fā)酵環(huán)境中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，克服傳統(tǒng)人工發(fā)酵控制的復(fù)雜且效率低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)發(fā)酵階段所需參數(shù)的最優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)，來(lái)達(dá)到發(fā)酵產(chǎn)物的最大化，同時(shí)在線監(jiān)測(cè)生物發(fā)酵過(guò)程的相關(guān)參數(shù)，將實(shí)時(shí)測(cè)量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)保存在電腦內(nèi)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行在線監(jiān)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物發(fā)酵過(guò)程控制裝置，具體涉及生物發(fā)酵培養(yǎng)罐中溫度等相關(guān)參數(shù)的控制、監(jiān)測(cè)及顯示，屬于過(guò)程控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)的反應(yīng)過(guò)程，為了使最終產(chǎn)物有較高的的獲得率，所以需要保證在整個(gè)發(fā)酵的過(guò)程中有一個(gè)適宜的微生物生存及代謝的環(huán)境，在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行控制和優(yōu)化。采用PLC與觸摸屏聯(lián)動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過(guò)程各個(gè)參數(shù)的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄、變化趨勢(shì)曲線的顯示、參數(shù)的自動(dòng)控制、歷史數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)，等等。

生物發(fā)酵系統(tǒng)的意義在于:生物發(fā)酵技術(shù)和發(fā)酵裝置作為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，已引起人們廣泛的關(guān)注。十分繁雜的機(jī)理和影響因素使得，生物發(fā)酵過(guò)程很難用確定的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，同時(shí)缺乏在線檢測(cè)發(fā)酵生物量參數(shù)的系統(tǒng)，給生物發(fā)酵的產(chǎn)率優(yōu)化帶來(lái)了困難，因此開(kāi)發(fā)一個(gè)能有效監(jiān)控的系統(tǒng)尤為必要。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的需求，越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)正在廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是集控制和管理于一身，形成順序生產(chǎn)過(guò)程的集成控制系統(tǒng)。此外，隨著可編程控制器(PLC)的發(fā)展和應(yīng)用，已逐步取代能耗高、體積龐大、可靠性差的其他控制系統(tǒng)。可編程控制器(PLC)在工控領(lǐng)域的應(yīng)用已變得越來(lái)越廣泛，以觸摸屏與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)的應(yīng)用最為突出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：本發(fā)明提供一種生物發(fā)酵過(guò)程控制裝置，用于克服傳統(tǒng)人工發(fā)酵控制的復(fù)雜且效率低的缺點(diǎn)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)生物發(fā)酵各個(gè)階段影響發(fā)酵的參數(shù)的最優(yōu)控制，來(lái)達(dá)到發(fā)酵產(chǎn)物的最大化。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種生物發(fā)酵過(guò)程控制裝置，包括觸摸屏13、PLC控制器12、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

所述傳感器連接于A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換模塊連接于PLC控制器12，PLC控制器12連接于觸摸屏13，PLC控制器12連接D/A轉(zhuǎn)換模塊用于控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)工作，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于對(duì)發(fā)酵時(shí)、壓力、氧濃度、PH參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；

所述傳感器用于檢測(cè)得到發(fā)酵時(shí)的溫度、壓力、氧濃度、PH參數(shù)的模擬信號(hào)，這些模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)后送入PLC控制器12中與設(shè)定值相比較，經(jīng)PLC控制器的控制算法后的控制信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊變成模擬信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，從而調(diào)節(jié)發(fā)酵時(shí)的溫度、壓力、氧濃度、PH參數(shù)，并同時(shí)通過(guò)觸摸屏顯示發(fā)酵時(shí)的上述相關(guān)參數(shù)。

所述傳感器包括溫度傳感器1、壓力傳感器2、氧濃度傳感器3、PH傳感器4；溫度傳感器1、壓力傳感器2、氧濃度傳感器3、PH傳感器4分別用于檢測(cè)培養(yǎng)罐14內(nèi)的溫度、壓力、溶氧濃度、PH參數(shù)；

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括排水口5、燃料閥6、加熱裝置、進(jìn)氣閥7、供氧閥8、PH調(diào)節(jié)液閥9、攪拌器10、排氣閥11、培養(yǎng)罐夾套15；用于生物發(fā)酵的培養(yǎng)罐14外面設(shè)有培養(yǎng)罐夾套15，培養(yǎng)罐夾套15上設(shè)有排水口5，培養(yǎng)罐夾套15的進(jìn)水管上設(shè)有加熱裝置，加熱裝置的進(jìn)料管上設(shè)有燃料閥6，培養(yǎng)罐14的進(jìn)氣管、排氣管、供氧管、PH調(diào)節(jié)液管上分別設(shè)有進(jìn)氣閥7、排氣閥11、供氧閥8、PH調(diào)節(jié)液閥9，培養(yǎng)罐14內(nèi)設(shè)有攪拌器10。