專利名稱：發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開一種發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)，屬于過程檢測(cè)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究表明，發(fā)酵過程中采用合理的流加補(bǔ)料工藝，適時(shí)適量地補(bǔ)充營養(yǎng)物，可以控制菌體生長速率，有效解除抑止，提高供氧能力，獲得更高的細(xì)胞密度，從而獲得更大的產(chǎn) 率；同時(shí)也可強(qiáng)化下游分離提取，降低成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化，極大提高發(fā)酵產(chǎn)品在 市場上的競爭力。目前流加工藝已經(jīng)越來越多地被發(fā)酵行業(yè)采用。流加補(bǔ)料工藝的關(guān)鍵技 術(shù)是如何合理的流加營養(yǎng)物。這其中包括何時(shí)開始流加，在不同的發(fā)酵階段如何控制流加 營養(yǎng)物的速率和時(shí)間。流加的方式有兩類無反饋流加和反饋流加。無反饋流加包括指數(shù) 流加、線性流加和脈沖流加等。目前已有這類的專利及產(chǎn)品。由于微生物發(fā)酵是一個(gè)極其 復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程，僅僅通過某種固定模式的流加補(bǔ)料策略，雖比普通發(fā)酵 的收率有所提高，與預(yù)期相差仍較大。其關(guān)鍵問題是流加必須與發(fā)酵過程的實(shí)際狀態(tài)相關(guān) 聯(lián)，必須實(shí)現(xiàn)反饋流加。已有單獨(dú)采用PH反饋和單獨(dú)采用溶解氧反饋控制流加的報(bào)道，但 效果仍不甚理想。本實(shí)用新型針對(duì)上述問題，通過在線檢測(cè)發(fā)酵過程尾氣二氧化碳、尾氣氧氣和發(fā) 酵液PH值，結(jié)合每罐批報(bào)數(shù)據(jù)，依據(jù)發(fā)酵流加優(yōu)化控制平臺(tái)建立的流加發(fā)酵模型，對(duì)發(fā)酵 過程的流加補(bǔ)料實(shí)施自動(dòng)反饋控制，進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率。
發(fā)明內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)，它包括pH傳感器、通訊網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)，它還包括二氧 化碳傳感器、氧氣傳感器、尾氣處理檢測(cè)裝置、調(diào)節(jié)閥、三通管、智能流加控制裝置、蠕動(dòng)泵A 和蠕動(dòng)泵B，其中二氧化碳傳感器、氧氣傳感器置于尾氣處理檢測(cè)裝置中，尾氣處理檢測(cè)裝 置通過調(diào)節(jié)閥、三通管與發(fā)酵罐排氣管連接，二氧化碳傳感器、氧氣傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)尾 氣處理檢測(cè)裝置與智能流加控制裝置相連，PH傳感器插入發(fā)酵罐內(nèi)，其輸出信號(hào)直接與智 能流加控制裝置相連，蠕動(dòng)泵A和蠕動(dòng)泵B安裝于智能流加控制裝置上，智能流加控制裝置 還通過通訊網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)相連，智能流加控制器對(duì)接收的PH值、尾氣二氧化碳及氧氣信號(hào) 進(jìn)行處理，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將PH值、尾氣二氧化碳及氧氣信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)，安 裝于計(jì)算機(jī)上的發(fā)酵流加優(yōu)化控制平臺(tái)對(duì)在線檢測(cè)的PH值、尾氣二氧化碳及氧氣數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析處理，依據(jù)預(yù)先建立的發(fā)酵模型匹配相應(yīng)的流加模式，向智能流加控制裝置發(fā)送流 加控制命令，命令包括啟動(dòng)或停止蠕動(dòng)泵A或/和B，蠕動(dòng)泵A或/和B的流加模式，蠕動(dòng) 泵A或/和B的流加速率，流加模式包括指數(shù)流加、線性流加和脈沖流加，智能流加控制裝 置解析命令，向蠕動(dòng)泵A或/和B發(fā)出動(dòng)作指令，從而達(dá)到自動(dòng)反饋控制流加發(fā)酵。所述的智能流加控制裝置至少包括單片機(jī)、顯示器、鍵盤，還可以包括信號(hào)處理、 控制輸出、通訊接口，可同時(shí)對(duì)PH值、尾氣二氧化碳、尾氣氧氣進(jìn)行在線檢測(cè)、顯示，將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)送計(jì)算機(jī)，并接收計(jì)算機(jī)依據(jù)流加發(fā)酵模型發(fā)出的控制命令，對(duì)流加補(bǔ) 料進(jìn)行自動(dòng)反饋控制。所述的智能流加控制裝置的鍵盤至少包括自動(dòng)/手動(dòng)流加轉(zhuǎn)換鍵、流加模式/參 數(shù)設(shè)置鍵、流加控制啟動(dòng)/停止鍵。該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)在線檢測(cè)發(fā)酵過程尾氣二氧化碳、尾氣氧氣和發(fā)酵液pH值，將流 加操作與發(fā)酵過程的實(shí)際狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，依據(jù)發(fā)酵控制優(yōu)化平臺(tái)建立的流加模型，自動(dòng)匹配 相應(yīng)的流加模式，適時(shí)適量的添加營養(yǎng)物，使補(bǔ)充的營養(yǎng)物更加接近真實(shí)需求，從而達(dá)到提
高發(fā)酵產(chǎn)率。本實(shí)用新型的有益效果是1、通過在線檢測(cè)發(fā)酵液pH值、發(fā)酵尾氣二氧化碳和氧氣，將流加補(bǔ)料操作與發(fā)酵 過程的實(shí)際狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，使補(bǔ)充的營養(yǎng)物更加接近真實(shí)需求。2、通過計(jì)算機(jī)建立的發(fā)酵流加優(yōu)化控制平臺(tái)，不但以實(shí)時(shí)檢測(cè)的發(fā)酵液pH、發(fā)酵 尾氣二氧化碳和氧氣作為發(fā)酵模型的輸入?yún)?shù)，同時(shí)還將每批發(fā)酵的其他環(huán)境參數(shù)、初始 數(shù)據(jù)、發(fā)酵終止數(shù)據(jù)作為模型的輸入?yún)?shù)，跟蹤優(yōu)化模型，使模型趨于實(shí)際。3、通過發(fā)酵液pH值、發(fā)酵尾氣二氧化碳和氧氣的反饋，應(yīng)用發(fā)酵流加優(yōu)化控制平 臺(tái)建立的流加模型，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程流加自動(dòng)化。4、系統(tǒng)備有自動(dòng)/手動(dòng)流加轉(zhuǎn)換鍵，也可以手動(dòng)選擇進(jìn)行指數(shù)流加、線性流加或 脈沖流加，方便操作。

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型智能流加控制裝置電路原理框圖。圖中，1. 二氧化碳傳感器，2.氧氣傳感器，3，尾氣處理檢測(cè)裝置，4.調(diào)節(jié)閥，5.三 通管，6. pH傳感器，7.智能流加控制裝置，8.蠕動(dòng)泵A，9.蠕動(dòng)泵B，10.通訊網(wǎng)絡(luò)，11.計(jì)算 機(jī)，12.發(fā)酵罐，13.信號(hào)處理，14.單片機(jī)，15.控制輸出，16.顯示，17.鍵盤，18.通訊接口。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)，它包括 二氧化碳傳感器1，氧氣傳感器2，尾氣處理檢測(cè)裝置3，調(diào)節(jié)閥4，三通管5，pH傳感器6，智 能流加控制裝置7，.蠕動(dòng)泵A 8，蠕動(dòng)泵B 9，通訊網(wǎng)絡(luò)10，計(jì)算機(jī)11，其中，二氧化碳傳感 器1采用不分光紅外二氧化碳傳感器，氧氣傳感器2采用電化學(xué)氧氣傳感器，尾氣處理檢測(cè) 裝置3采用FWQ-I發(fā)酵尾氣在線檢測(cè)儀，調(diào)節(jié)閥4采用銅質(zhì)球閥，三通管5采用銅質(zhì)三通管， PH傳感器6采用InPro3300耐高溫pH電極，智能流加控制裝置7以ATMEL89S8252單片機(jī) 為核心，通過信號(hào)處理單元13，將pH值、尾氣二氧化碳及尾氣氧氣的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 送單片機(jī)14，單片機(jī)14將上述在線檢測(cè)的信號(hào)通過通訊接口 18和通訊網(wǎng)絡(luò)10，將信號(hào)傳 送至計(jì)算機(jī)11，通訊網(wǎng)絡(luò)10采用485工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)11上安裝有基于數(shù)據(jù)庫的發(fā)酵 流加優(yōu)化控制平臺(tái)軟件，該平臺(tái)建有流加優(yōu)化控制模型?？刂栖浖ㄟ^對(duì)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)數(shù) 據(jù)及發(fā)酵初始數(shù)據(jù)的相關(guān)運(yùn)算處理，按照模型自動(dòng)匹配相應(yīng)的流加模式，向智能流加控制 裝置7發(fā)送流加控制命令，智能流加控制裝置7解析命令后通過控制輸出15對(duì)蠕動(dòng)泵A 8或/和B9發(fā)出動(dòng)作指令。流加控制命令包括啟動(dòng)或關(guān)停蠕動(dòng)泵A 8或/和B 9，蠕動(dòng)泵A 8或/和B9的流加模式，蠕動(dòng)泵A 8或/和B 9的流加速率。流加模式包括指數(shù)流加、線 性流加和脈沖流加。智能流加控制裝置7上裝有LCD顯示器16及鍵盤17，可以實(shí)時(shí)顯示在 線檢測(cè)的PH值、尾氣二氧化碳及尾氣氧氣，也可以通過鍵盤上的自動(dòng)/手動(dòng)流加轉(zhuǎn)換鍵、流 加模式/參數(shù)設(shè)置鍵、流加控制啟動(dòng)/停止鍵，手動(dòng)設(shè)置流加模式和參數(shù)。發(fā)酵流加優(yōu)化控 制平臺(tái)軟件在每批發(fā)酵結(jié)束后，對(duì)本批采集的參數(shù)及發(fā)酵初始數(shù)據(jù)和發(fā)酵結(jié)束數(shù)據(jù)進(jìn)行多 元統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)模型進(jìn)行修正，使模型不斷完善。
權(quán)利要求一種發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)，它包括pH傳感器(6)、通訊網(wǎng)絡(luò)(10)、計(jì)算機(jī)(11)，其特征是它還包括二氧化碳傳感器(1)、氧氣傳感器(2)、尾氣處理檢測(cè)裝置(3)、調(diào)節(jié)閥(4)、三通管(5)、智能流加控制裝置(7)、蠕動(dòng)泵A(8)和蠕動(dòng)泵B(9)，其中二氧化碳傳感器(1)、氧氣傳感器(2)置于尾氣處理檢測(cè)裝置(3)中，尾氣處理檢測(cè)裝置(3)通過調(diào)節(jié)閥(4)、三通管(5)與發(fā)酵罐排氣管連接，二氧化碳傳感器(1)、氧氣傳感器(2)的輸出信號(hào)經(jīng)尾氣處理檢測(cè)裝置(3)與智能流加控制裝置(7)相連，pH傳感器(6)插入發(fā)酵罐內(nèi)，其輸出信號(hào)直接與智能流加控制裝置(7)相連，蠕動(dòng)泵A(8)和蠕動(dòng)泵B(9)安裝于智能流加控制裝置(7)上，智能流加控制裝置(7)還通過通訊網(wǎng)絡(luò)(10)與計(jì)算機(jī)(11)相連，智能流加控制器(7)對(duì)接收的pH值、尾氣二氧化碳及氧氣信號(hào)進(jìn)行處理，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)(10)將pH值、尾氣二氧化碳及氧氣信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)(11)，安裝于計(jì)算機(jī)(11)上的發(fā)酵流加優(yōu)化控制平臺(tái)對(duì)在線檢測(cè)的pH值、尾氣二氧化碳及氧氣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，依據(jù)預(yù)先建立的發(fā)酵模型匹配相應(yīng)的流加模式，向智能流加控制裝置(7)發(fā)送流加控制命令，命令包括啟動(dòng)或停止蠕動(dòng)泵A(8)或/和B(9)，蠕動(dòng)泵A(8)或/和B(9)的流加模式，蠕動(dòng)泵A(8)或/和B(9)的流加速率，流加模式包括指數(shù)流加、線性流加和脈沖流加，智能流加控制裝置(7)解析命令，向蠕動(dòng)泵A(8)或/和B(9)發(fā)出動(dòng)作指令，從而達(dá)到自動(dòng)反饋控制流加發(fā)酵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征是所述智能流加控制裝置 (7)至少包括單片機(jī)(14)、顯示器(16)、鍵盤(17)，還可以包括信號(hào)處理(13)、控制輸出 (15)、通訊接口(18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征是所述的鍵盤(17)至少包括自動(dòng)/手動(dòng)流加轉(zhuǎn)換鍵、流加模式/參數(shù)設(shè)置鍵、流加控制啟動(dòng)/停止鍵。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種發(fā)酵流加優(yōu)化控制系統(tǒng)。它是針對(duì)目前尚缺乏有效手段對(duì)發(fā)酵過程的流加操作進(jìn)行自動(dòng)反饋控制而提出的。該系統(tǒng)通過在線檢測(cè)發(fā)酵過程尾氣二氧化碳、尾氣氧氣及發(fā)酵液pH值，依據(jù)發(fā)酵流加優(yōu)化控制平臺(tái)建立的流加發(fā)酵模型，對(duì)發(fā)酵過程的流加補(bǔ)料實(shí)施自動(dòng)反饋控制，進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率。它包括pH傳感器、通訊網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)，它還包括二氧化碳傳感器、氧氣傳感器、尾氣處理檢測(cè)裝置、智能流加控制裝置、蠕動(dòng)泵A和蠕動(dòng)泵B。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201569914SQ20092029041
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者劉仲匯 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院生物研究所