專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加方法及其所用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)酵過(guò)程的智能流加補(bǔ)料裝置，具體地說(shuō)是一種發(fā)酵過(guò)程 的智能自動(dòng)流加方法及其所用的裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)發(fā)酵過(guò)程理論，在微生物生長(zhǎng)的某些階段，需持續(xù)加入營(yíng)養(yǎng)料、酸、 堿等流加物，以提高轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量等，不同發(fā)酵過(guò)程的不同階段，流加物的補(bǔ) 充形式不同，現(xiàn)有的發(fā)酵過(guò)程自動(dòng)補(bǔ)料系統(tǒng)中， 一般采用蠕動(dòng)泵，其流加方法 基本上是恒速或線(xiàn)性。很多發(fā)酵過(guò)程需要一種按指數(shù)的自動(dòng)流加方法，但基于 蠕動(dòng)泵很難實(shí)現(xiàn)，工廠(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室中往往采用分階段手工操作的方式來(lái)近似實(shí)現(xiàn) 指數(shù)流加，這樣一則影響發(fā)酵過(guò)程的自動(dòng)化程度，二則會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。而 將恒速、線(xiàn)性和指數(shù)等方法集成于一個(gè)裝置中，根據(jù)需要切換，更可智能化自 動(dòng)流加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加 方法及其所用的裝置。該裝置可以選擇恒速、線(xiàn)性和指數(shù)三種流加方式?，F(xiàn)場(chǎng) 操作人員通過(guò)專(zhuān)用的鍵盤(pán)按鈕選擇流加方式，并輸入控制周期，然后按動(dòng)另外 兩組鍵盤(pán)按鈕設(shè)定參數(shù)，從而確定出流加速率的計(jì)算公式。最后，按照控制周 期和當(dāng)前時(shí)刻的補(bǔ)料速率，計(jì)算出蠕動(dòng)泵的開(kāi)關(guān)時(shí)間，并輸出開(kāi)關(guān)量去控制蠕 動(dòng)泵，從而實(shí)現(xiàn)智能流加。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加裝置包括單片 機(jī)和蠕動(dòng)泵，并利用單片機(jī)控制蠕動(dòng)泵的開(kāi)和關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流加，單片機(jī)同時(shí) 與鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)連接，在鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)上是指若干個(gè)按鈕以及用于顯示對(duì)應(yīng)的 參數(shù)的數(shù)碼顯示管，其特征是利用控制流加速率的按鈕來(lái)設(shè)置流加速率的參 數(shù)值，并由對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯示管顯示參數(shù)；利用控制流加的形式的按鈕來(lái)設(shè)定流 加的形式，并由對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示流加狀態(tài)；利用控制周期的按鈕輸入控制周 期值，并由對(duì)應(yīng)的一組數(shù)碼管顯示當(dāng)前控制周期值，另一組數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示流 加速率；
在以上各參數(shù)都已經(jīng)設(shè)定完成后，單片機(jī)根據(jù)控制周期值和流加速率的參 數(shù)值，計(jì)算出當(dāng)前控制周期內(nèi)蠕動(dòng)泵的開(kāi)關(guān)時(shí)間分布；設(shè)線(xiàn)性流加的補(bǔ)料速率 為At+B，指數(shù)補(bǔ)料速率為AXExp(Bt)，其中"X"表示乘法，Exp為指數(shù)函 數(shù)，t為時(shí)間，A和B為設(shè)定參數(shù)；設(shè)Cycle為一個(gè)控制周期單元，在(n-l)XCycle 到nXCyde補(bǔ)料周期內(nèi)的補(bǔ)料速度為
f 附 [ m
K=〗°^ 公式(l) 「 秘
式中Vr表示當(dāng)前控制周期內(nèi)的流加速率，M為補(bǔ)料蛇管中料液的流速，單位: 毫升/秒，n為控制周期數(shù)，dt為時(shí)間的微分，蠕動(dòng)泵在該周期內(nèi)開(kāi)的時(shí)間為
[ M f 敲
M rJf 公式(2)
「 秘 Qyc/e, ^"一 > c^/g M
式中Tr表示當(dāng)前控制周期內(nèi)的蠕動(dòng)泵開(kāi)的時(shí)間。
所述單片機(jī)數(shù)字量輸出口接蠕動(dòng)泵，同時(shí)，單片機(jī)通過(guò)fc總線(xiàn)連接鍵盤(pán)顯 示驅(qū)動(dòng)，鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)接按鈕和數(shù)碼顯示管，其中按鈕分別用來(lái)設(shè)定參數(shù)、控 制周期以及流加形式，數(shù)碼顯示管分別用來(lái)顯示參數(shù)、控制周期、流加速率和 流加方式。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明完全實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵過(guò)程流加自 動(dòng)化，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需要，在任意時(shí)刻選擇恒速、線(xiàn)性和指數(shù)等不同的流 加方式，只需要設(shè)定幾個(gè)參數(shù)，該系統(tǒng)便可以自動(dòng)流加補(bǔ)料，提高了整個(gè)發(fā)酵 過(guò)程的自動(dòng)化程度，為發(fā)酵過(guò)程真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供便利條件；每個(gè)控制周 期內(nèi)蠕動(dòng)泵的開(kāi)關(guān)時(shí)間都是根據(jù)流加曲線(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算得出，提高了流加的實(shí)時(shí)性 和準(zhǔn)確性；針對(duì)能進(jìn)行開(kāi)和關(guān)的操作，但是不能進(jìn)行速度調(diào)整的蠕動(dòng)泵，本發(fā) 明采用控制周期的方式實(shí)現(xiàn)恒速、線(xiàn)性和指數(shù)流加，增加了流加方式的適用性。


圖1為本發(fā)明電路方框原理圖。
具體實(shí)施例方式
所述發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加裝置包括單片機(jī)1和蠕動(dòng)泵12，并利用單片 機(jī)1控制蠕動(dòng)泵12的開(kāi)和關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流加，單片機(jī)1同時(shí)與鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)2 連接，在鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)2上是指若干個(gè)按鈕以及用于顯示對(duì)應(yīng)的參數(shù)的數(shù)碼顯 示管，其特征是利用控制流加速率的按鈕來(lái)設(shè)置流加速率的參數(shù)值，并由對(duì) 應(yīng)的數(shù)碼顯示管顯示參數(shù)；利用控制流加的形式的按鈕來(lái)設(shè)定流加的形式，并 由對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示流加狀態(tài)；利用控制周期的按鈕輸入控制周期值，并由對(duì) 應(yīng)的一組數(shù)碼管顯示當(dāng)前控制周期值，另一組數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示流加速率；
在以上各參數(shù)都已經(jīng)設(shè)定完成后，單片機(jī)1根據(jù)控制周期值和流加速率的 參數(shù)值，計(jì)算出當(dāng)前控制周期內(nèi)蠕動(dòng)泵12的開(kāi)關(guān)時(shí)間分布；設(shè)線(xiàn)性流加的補(bǔ)料 速率為At+B，指數(shù)補(bǔ)料速率為AXExp(Bt)，其中"X"表示乘法，Exp為指 數(shù)函數(shù)，t為時(shí)間，A和B為設(shè)定參數(shù)；設(shè)Cycle為一個(gè)控制周期單元，在(n-l) XCycle到nXCycle補(bǔ)料周期內(nèi)的補(bǔ)料速度為
<formula>formula see original document page 5</formula>公式(l)
式中Vr表示當(dāng)前控制周期內(nèi)的流加速率，M為補(bǔ)料蛇管中料液的流速，單位: 毫升/秒，n為控制周期數(shù)，dt為時(shí)間的微分，蠕動(dòng)泵在該周期內(nèi)開(kāi)的時(shí)間為
<formula>formula see original document page 5</formula>公式(2)
式中Tr表示當(dāng)前控制周期內(nèi)的蠕動(dòng)泵開(kāi)的時(shí)間。
所述裝置如圖l所示智能流加系統(tǒng)包括單片機(jī)l、鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)2、鍵盤(pán) 按鈕3、 4、 10、 11、數(shù)碼管5、、 6、 7、 8、 9和蠕動(dòng)泵12。單片機(jī)1數(shù)字量輸 出口接蠕動(dòng)泵12，同時(shí)，單片機(jī)1通過(guò)I2C總線(xiàn)連接鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)2，鍵盤(pán)顯示 驅(qū)動(dòng)2接按鈕3、 4、 10、 11和數(shù)碼顯示管5、 6、 7、 8、 9，其中按鈕3、 4、 10、 ll分別用來(lái)設(shè)定參數(shù)A、 B、控制周期以及流加形式，數(shù)碼顯示管5、 6、 7、 8、 9分別用來(lái)顯示參數(shù)A、 B、控制周期、流加速率和流加方式。
在發(fā)酵過(guò)程中，用戶(hù)首先通過(guò)按鈕ll設(shè)定線(xiàn)性或指數(shù)流加(恒速流加是線(xiàn) 性流加的一種特殊形式)，設(shè)定的值通過(guò)數(shù)碼管9顯示，其中0表示線(xiàn)性流加， l表示指數(shù)流加，然后按動(dòng)按鈕3、 4設(shè)定參數(shù)A和B的值，其中每個(gè)按鈕可以 設(shè)定參數(shù)值的一位，每按動(dòng)一次，該位值增加一個(gè)單位，其位值的變化不會(huì)影 響其它位，設(shè)定值實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼顯示管5、 6上，最后再采用和參數(shù)A—樣的 設(shè)定方法，設(shè)定控制周期。單片機(jī)2根據(jù)控制周期和參數(shù)A、 B，按照公式(l) 和(2)計(jì)算出每個(gè)控制周期的流加速率和蠕動(dòng)泵的開(kāi)關(guān)時(shí)間，數(shù)碼管8顯示出當(dāng) 前控制周期的流加速率，單片機(jī)2的數(shù)字輸出端口按照蠕動(dòng)泵開(kāi)的時(shí)間輸出信 號(hào)給蠕動(dòng)泵12，控制其開(kāi)關(guān)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的流加方式。
本發(fā)明既含有指數(shù)流加方法，還整合了現(xiàn)有的恒速和線(xiàn)性流加等流加方法， 并可以在恒速、線(xiàn)性和指數(shù)流加形式間進(jìn)行切換，適用于各種發(fā)酵過(guò)程，能夠 方便地實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程的補(bǔ)料自動(dòng)化。
權(quán)利要求
1、發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加方法，包括單片機(jī)(1)和蠕動(dòng)泵(12)，并利用單片機(jī)(1)控制蠕動(dòng)泵(12)的開(kāi)和關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流加，單片機(jī)(1)同時(shí)與鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)(2)連接，在鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)(2)上是指若干個(gè)按鈕以及用于顯示對(duì)應(yīng)的參數(shù)的數(shù)碼顯示管，其特征是利用控制流加速率的按鈕來(lái)設(shè)置流加速率的參數(shù)值，并由對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯示管顯示參數(shù)；利用控制流加的形式的按鈕來(lái)設(shè)定流加的形式，并由對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示流加狀態(tài)；利用控制周期的按鈕輸入控制周期值，并由對(duì)應(yīng)的一組數(shù)碼管顯示當(dāng)前控制周期值，另一組數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示流加速率；在以上各參數(shù)都已經(jīng)設(shè)定完成后，單片機(jī)(1)根據(jù)控制周期值和流加速率的參數(shù)值，計(jì)算出當(dāng)前控制周期內(nèi)蠕動(dòng)泵(12)的開(kāi)關(guān)時(shí)間分布；設(shè)線(xiàn)性流加的補(bǔ)料速率為At+B，指數(shù)補(bǔ)料速率為A×Exp(Bt)，其中“×”表示乘法，Exp為指數(shù)函數(shù)，t為時(shí)間，A和B為設(shè)定參數(shù)；設(shè)Cycle為一個(gè)控制周期單元，在(n-1)×Cycle到n×Cycle補(bǔ)料周期內(nèi)的補(bǔ)料速度為
2、如權(quán)利要求1所述發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加方法所用的裝置，其特征是: 單片機(jī)(1)的數(shù)字量輸出口接蠕動(dòng)泵(12)，同時(shí)，單片機(jī)(1)通過(guò)^C總線(xiàn) ，接鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)(2)，鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)(2)接按鈕(3、 4、 10、 11)和數(shù)碼顯 示管(5、 6、 7、 8、 9)，其中按鈕(3、 4、 10、 11)分別用來(lái)設(shè)定參數(shù)(A、 B)、 控制周期以及流加形式，數(shù)碼顯示管(5、 6、 7、 8、 9)分別用來(lái)顯示參數(shù)(A、 B)、控制周期、流加速率和流加方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)酵過(guò)程的智能流加補(bǔ)料裝置，具體地說(shuō)是一種發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加方法及其所用的裝置。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述發(fā)酵過(guò)程的智能自動(dòng)流加裝置包括單片機(jī)和蠕動(dòng)泵，并利用單片機(jī)控制蠕動(dòng)泵的開(kāi)和關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流加，單片機(jī)同時(shí)與鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)連接，在鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)上是指若干個(gè)按鈕以及用于顯示對(duì)應(yīng)的參數(shù)的數(shù)碼顯示管，其特征是利用控制流加速率的按鈕來(lái)設(shè)置流加速率的參數(shù)值；利用控制流加的形式的按鈕來(lái)設(shè)定流加的形式；利用控制周期的按鈕輸入控制周期值。本發(fā)明既含有指數(shù)流加方法，還整合了現(xiàn)有的恒速和線(xiàn)性流加等流加方法，并可以在恒速、線(xiàn)性和指數(shù)流加形式間進(jìn)行切換，適用于各種發(fā)酵過(guò)程，能夠方便地實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程的補(bǔ)料自動(dòng)化。
文檔編號(hào)C12M1/36GK101182463SQ20071019051
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者飛 劉, 趙忠蓋 申請(qǐng)人:江南大學(xué)