发酵过程中pH自动控制系统的设计

（)） !"#$%&’$( * +,&-,&. / ) 2%3 45 （)） 6($1789:7 / !"#$%&’$( *9 6($1789:7 / 6($1789:7 ! ;< （)） / 8’,7 8?7% 45 !"#$%&’$( =&>&7 " （)） （)） @ !"#$,%&7’ !"#$,%&7’ / !"#$,%&7’ 89:7 " （)） A !"#$%&’$( （)） 45 !"#$,%&7’ * 0 8?7% （)） !"#$%&’$( * +,&-,&. / < 2%3 45 （)） （)） 45 !"#$,%&7’ A !"#$%&’$( * 0 @ 6($1789:7 8?7% （)） !"#$,%&7’ / < 2%3 45 2%3 45 2%31,B 其中： :>9% * 1&>&9# （)） !"#$%&’$( * =. （)） !"#$%&’$( * D-. （)） !"#$%&’$( *! （)） !"#$%&’$( *0 （)） !"#$%&’$( *9 （)） !"#$%&’$( * +,&-,&. （)） !"#$,%&7’ !"#$,%&7’ 89:7 " 发酵状态 ) C 发酵罐 !" 的设定值 ) C 发酵罐 !" 的测量值 ) C 发酵罐 !" 值控制的上下限 控制电磁阀的开时间 控制电磁阀的延时时间 控制电磁阀的状态 记时器 采样时间
在一般发酵中， 发酵罐检测参数有： 搅拌速度、 罐内压力、 温度、 空气流量、 泡沫度， 此外还有 !" 值、 溶氧 值、 氧化还原电位等。其中 !" 值， 有的发酵罐只检测， 不做控制， 或检测并附加手动控制， 既加大了控制难 度， 控制精度也不高。因此， 我们在原有的 !" 检测的基础上， 设计了新的 !" 控制系统， 通过计算机分析采 集的数据， 控制电磁阀的开启和延时， 从而做到 !" 的定值自动控制。该控制系统采用时间比例定值控制。
’ 系统工作原理
!" 定值自动控制系统组成原理。图 ’
图’
系统组成原理
其中：)-).+%(% （ / 0 1） 为控制信号输入 0 输出模块；)-).+%’2 （ ) 0 -） 为检测信号 （+ 3 ,%4)） 输入模块。 该系统开机初始化后， 进入采样循环， 通过插入发酵罐中的 !" 电极采集到 !" 的实时数据， 经过信号调理后 送入工业控制计算机中， 计算机在与设定的控制参数比较后， 输出一个数字开关信号， 再经过转化和放大电 路， 根据设定的时间比例控制加碱电磁阀的开启和延时， 电磁阀开启时碱液在发酵罐与碱罐压差 （% 5 , 3 % 5 的作用下流入发酵罐， 使发酵罐的 !" 升高， 从而做到发酵罐 !" 的定值控制。 (4!6）
发酵过程中 !" 自动控制系统的设计
张慧涛 ， 侯新强
（新疆农科院微生物研究所， 新疆乌鲁木齐 #$%%%%）
摘
要： 介绍了一种在发酵过程中 !" 的自控设计， 它采用时间比例定值控制， 通过计算机控制电磁阀的开启
和延时， 将碱液加入发酵罐中， 从而使发酵罐中的 !" 保持定值。 关键词： 发酵； 时间比例； 自动控制； 定值 !"； 中图分类号： &#’( 文献标识码： ) 文章编号： （,%%$） ’%%’ * +$$% %, * %’,# * %$
6
系统工作流程
上位机通过过程总线和远程 " ) 7 模块通讯取得 发酵罐的实时数据， 通过分析定时存储， 并与计算机 中设定的 23 参数比较， 如满足控制条件， 则打开加 碱电磁阀 （ 8） ， 然后关闭电磁阀， 搅拌 （ ， 以使 " 59:） 碱液和发酵液均匀混合， 然后再检测和控制。 23 的 实时数据在显示器上显示。操作人员可在控制室监 控发酵生产， 并在上位机上修改被控量的设定值和 控制参数果
万方数据
;
结束语
发酵过程中 !" 自控的设计， 解决了发酵过程 中 !" 的控制问题， 它的实现简单， 而且不影响原有 的控制系统， 在实际发酵生产中， 既减低劳动强度， 又提高了设备的整体技术性能， 具有良好的应用前 景。
图F 参考文献：
［)］ 胡寿松 * 自动控制原理 ［D］ 国防工业出版社， * 北京： )HHI： JH; K F)L ［J］ 王树青， 元英进 * 生化过程自动化技术 〔D〕 ， 北京： 化学工业出版社， )HHH： )FI K )EL ［F］ 黎润钟 * 发酵工厂设备 ［D］ 轻工业出版社， * 北京： )HH)： FJM K F;< ［I］ 连国均 * 动力控制工程 ［D］ 西安交通大学出版社， * 西安： J<<)： )FE K )LL
/
系统的部分程序代码
该部分控制软件是在 ;"<=+ 下用 >"?@,A B,C 可以单独形成控制系统， 或在原有的 ?"$,& 1 ( 编写， 控制系统基础上作为扩展软件加入。部分程序代码 为： （以 ’ D 发酵罐为例） ’ D 发酵罐的 23 控制 （） #E9FGHI ?JK 23LM:HEMN -95 $NM8IO95I ,8 AM:P 1 1 1 （’） "Q 5G9: 1 8HGH9L R ’ ,:S 23LM:HEMN 1 .,< T U VGN8I OWI: （’） （’） （’） "Q 23LM:HEMN 1 .#> T 23LM:HEMN 1 ?> % 23LM:HEMN 1 # OWI: （’） R OEJI 23LM:HEMN ?HGHI ! XN8I （’） R VGN8I 23LM:HEMN ?HGHI ! （’） 23LMJ:HIE R( （’） 23LM:HEMN 1 7JH#JH> R ( X:S "Q XN8I （’） R VGN8I 23LM:HEMN ?HGHI ! X:S "Q 万方数据 （’） R OEJI ,:S 23LMJ:HIE （’） R ( OWI: "Q 23LM:HEMN ?HGHI ! ’ 数据比较 ’ 参数定义 图! 系统工作流程
收稿日期： ,%%, * ’’ * %’ 作者简介： 张慧涛 （’72’ * ） ， 男， 助理研究员 基金项目： 新疆威仕达生物工程股份有限公司
万方数据
!
系统主要组成
（研华 "#$ % &’( ) *+& ) ’&&） 是集散控制系统的中心， 运行参数的监视和控制、 优化分 ! " # 上位机 上位机 析、 曲线分析、 制表等。通过过程总线和各控制点通讯联络。 信号输入的转换器用 ,-,./(’0， 将采集到的 ! " ! 转换器 采用研华公司产品， ’& 位精度， + 个输入端口， 模拟量转化为数字量输入到计算机； 可以用 ,-,./(*( 为控制信号输入 ) 输出模块， 0 个数字量的输入端口， 于报警信号输入， 应用于控制回路。 + 个数字量的输出端口， 用于发酵罐的实时数据输入， 输入信号 / 4 !(5,。 ! 1 $ 23 变送器 采用梅特勒 !’((23 变送器， !1% 控制部分 控制部分包括， 固态继电器驱动模块、 电磁阀等。
’ 控制电磁阀开 0 （ 1）
’ 延时 （ 4 :9%）
E
控制结果
在精氨酸的 F <<< ( 中试发酵实验中， 此 !" 控制系统完全满足了精氨酸的发酵工艺中对 !" 的控制要求 （!" 要求 G < * )!"） ， 而在实际的发酵中， 如果调整恰当控制电磁阀的开时间和电磁阀两边阀门的开度， 则实 际的 !" 控制精度可以提高到 G < * <E!" 甚至更高。图 F