Характеристики параметров биологических реакций брожения разнообразны. Он меняется не только со временем, но и с метаболизмом флоры. В то же время меняется и закон, который представляет собой нелинейную систему. Первоначально лабораторный анализ выполнялся путем ручного отбора проб для получения информации о параметрической переменной систему ферментации, тем самым контролируя весь процесс ферментации. Хотя этот малоавтоматический метод работы экономит первоначальные инвестиции в оборудование, он также сталкивается с некоторыми проблемами при использовании: увеличение затрат на рабочую силу, большое потребление энергии сырья, низкая загрузка оборудования, задержка обратной связи с информацией о параметрах, ошибки или ошибки в работе персонала и нестабильный выход продукции.
Столкнувшись с все более жесткой конкуренцией на рынке, все больше и больше компаний стремятся улучшить производственный процесс, например, внедрить автоматические системы управления в процесс ферментации, использовать технологию испытаний, технологию датчиков, технологию управления с нечетким прогнозированием для цифрового контроля температуры, давление в резервуаре, pH, растворенный кислород, объем воздуха, подача, пена, скорость перемешивания и отображение неправильной работы двигателя. Это не только экономит много рабочей силы, но также повышает эффективность производства и качество продукции.
Внедрение системы автоматического управления ферментацией
Параметры брожения — это физиологические и биохимические характеристики процесса брожения и его штаммов, а также это основная основа для контроля человеком процесса брожения. В процессе ферментации ключом к автоматическому управлению являются датчики, которые измеряют различные параметры. Переменные изменения процесса ферментации, обнаруженные датчиками, преобразуются передатчиком в стандартный электрический сигнал из неэлектрического сигнала. Наконец, они отображаются, записываются или передаются на компьютер для обработки прибором.
Система управления автоматизацией ферментации включает в себя три части: элемент обнаружения, элемент управления и элемент действия.
1. Элемент обнаружения
Существуют различные методы классификации датчиков. Его можно классифицировать как автономный датчик и онлайн-датчик в зависимости от методов измерения; как датчики, изготовленные из чувствительного к силе элемента, чувствительного к теплу, светочувствительного элемента, магнитного чувствительного элемента, электрохимического элемента и биосенсора в соответствии с принципами измерения. Из-за легкой передачи электрических сигналов большинство датчиков выдают электрические сигналы, такие как напряжение, ток, сопротивление, индуктивность, емкость и частота.
2. Часть управления
Основная функция управляющей части состоит в том, чтобы сравнивать различные сигналы параметров, обнаруженные детектирующими элементами, с заданными значениями, и в то же время выдавать сигнальные команды на исполнительный механизм для управления регулировкой. Обычно используется переключательное управление и аналоговое управление. Управление переключателем относится к двум состояниям «включено» и «выключено» и представлено 0 и 1, что означает либо состояние «включено», либо состояние «выключено». Например, при управлении процессом ферментации переключатель управления может управлять только открытием и закрытием клапанов. Аналоговое управление относится к управлению, которое может не только управлять открытием и закрытием клапанов, но также может контролировать степень открытия и закрытия клапанов в управлении процессом ферментации, чтобы играть регулирующую роль.
3.Элемент действия
Элемент действия - это элемент, который непосредственно выполняет управляющее действие, например, электромагнитный клапан, пневматический регулирующий клапан, электрический регулирующий клапан, редуктор, перистальтический насос и т. д. Он отражает выходной сигнал контроллера или управляющую переменную, измененную руководством оператора. вмешательство. Привод может работать непрерывно или прерывисто.
Приводы можно разделить на пневматические приводы, электрические приводы и гидравлические приводы в зависимости от их различной мощности. Наиболее часто используемыми выводами являются пневматический регулирующий клапан с диафрагмой, пневматический шаровой клапан, пневматический угловой седельный клапан, электромагнитный клапан и т. Д.
1. Температура
В процессе ферментации обычно используется термометр сопротивления для определения температуры ферментации. Измерение температуры сопротивления основано на свойствах значения сопротивления металлических проводников или полупроводников, которое изменяется с температурой, и изменение значения сопротивления преобразуется в электрический сигнал. Электрический сигнал передает команды управления приводу через контрольно-измерительный прибор и различные переключатели или контуры управления. Таким образом, он может включать (закрывать) охлаждающее (нагревающее) устройство, чтобы поддерживать постоянную температуру бака и достигать цели автоматического контроля температуры.
Когда контроль температуры брожения заканчивается, всегда существует явление гистерии. Своевременный и разумный контроль часто требует опыта и навыков инженеров.
2. Давление в баке
Существует много типов датчиков давления, в том числе тензорезисторные, пьезорезистивные, индуктивные и емкостные. Среди них наиболее широко используется датчик давления пьезорезистивного типа, обладающий более высокой точностью и лучшими линейными характеристиками, а кроме того, средней ценой. Датчик давления преобразует давление бродильного резервуара в электрический сигнал для доступа к системе управления. Метод регулирования давления обычно заключается в регулировании скорости всасываемого потока или вытеснения воздуха для поддержания необходимого давления в процессе ферментации.
3. Скорость агитации
Скорость перемешивания можно измерить с помощью измерителя скорости магнитной индукции, измерителя скорости световой индукции или генератора тахометра.
4. Скорость воздушного потока и скорость распыления жидкости
Определение расхода обычно включает использование металлического поплавкового расходомера, электромагнитного расходомера, вихревого расходомера и т. д.
Металлический поплавковый расходомер должен быть установлен вертикально и ударом снизу вверх. При прохождении материала или воздуха с обеих сторон поплавка создается разность давлений, которая вызывает левитацию поплавка с восходящим импульсом. При изменении расхода изменяется и положение поплавкового ротора, вызывая изменение емкости или сопротивления, которое преобразуется в электрический сигнал. После усиления пусковой контроллер может реализовать автоматизацию управления расходом.
Электромагнитный расходомер использует принцип потока жидкости, отсекающего магнитное поле, для создания индуцированной электродвижущей силы для определения расхода и может использоваться для определения расхода проводящих жидкостей (таких как циркулирующая вода и т. д.).
Вихревой расходомер, основным принципом которого является вихревая дорожка Кармана, использует соотношение, согласно которому частота отрыва вихревого потока пропорциональна скорости потока, для определения скорости потока. Вихревой расходомер можно использовать для определения скорости потока проводящей или непроводящей жидкости, поэтому его применение очень широко. Его можно использовать для обнаружения пара, воздуха и чистой воды.
5. Объем, вес и пена
Для определения объема обычно используется метод дифференциального давления, что означает, что объем распыляемой жидкости и высота жидкости могут быть рассчитаны с использованием различных давлений между двумя или тремя верхними и нижними точками ферментационного резервуара. Преобразователь перепада давления обычно устанавливается на резервуаре для брожения для определения объема в резервуаре.
Кроме того, датчик взвешивания можно также использовать для определения веса материала в резервуаре. Датчик взвешивания часто используется в секции дозирования ферментации.
Для обнаружения пены обычно используется метод электродного зонда. Когда пена поднимается и достигает датчика, генерируется электрический сигнал, затем сигнал возвращается, подается сигнал тревоги и добавляется пеногаситель.
6.П Н
В тесте pH обычно используется композитный pH-электрод. Этот вид электродов имеет компактную структуру и может стерилизоваться паром. Принцип его работы заключается в том, что он обладает определенной электродвижущей силой при погружении в раствор со стеклянным электродом и электродом сравнения. Преобразователь pH подключается к блоку управления, а автоматический клапан или перистальтический насос управляется системой контура для регулировки значения pH.
7. Растворенный кислород
В настоящее время из-за своих особенностей ферментационная промышленность использует метод выражения процентного насыщения воздуха для представления растворенного кислорода. Перед инокуляцией имитируются условия нормальной культуры (перемешивание, температура, давление в резервуаре, аэрация) и выполняется полномасштабная калибровка. В это время растворенный кислород принимается за 100 %, и после регулировки он не будет корректироваться до тех пор, пока окончание брожения. Таким образом, данные чтения, отображаемые электродом растворенного кислорода во время процесса ферментации, на самом деле представляют собой процент содержания растворенного кислорода во время калибровки.
Как правило, в процессе глубинной ферментации концентрация растворенного кислорода зависит от скорости поступления кислорода в культуральную среду и скорости потребления кислорода биологическими клетками. Основными факторами, влияющими на скорость поступления кислорода в среду, являются скорость перемешивания, расход воздуха и давление в резервуаре. В зависимости от различных технологий ферментации способ регулирования содержания растворенного кислорода также различается. Скорость перемешивания можно отрегулировать в первую очередь перед регулировкой потока воздуха и давления в баке, или можно отрегулировать только одну из них.
Характеристики системы автоматического управления Shanghai Beyond Fermentation DCS
Распределенная система управления Shanghai Beyond fermentation DCS включает в себя механизм управления, который состоит из программируемого контроллера PLC, включая интегральную плату PLC и операционный компьютер (или человеко-машинный интерфейс). Он имеет характеристики централизованного управления и децентрализованного контроля. Управление вычислениями и сбор данных о ферментации выполняются контроллером ПЛК, а весь процесс ферментации контролируется в режиме реального времени через операционный компьютер (или человеко-машинный интерфейс) для организации записанных данных. Система управления ПЛК имеет высокое соотношение цены и качества и хорошую стабильность и стала первым выбором ядра автоматического управления для малых и средних систем управления.
Вся система состоит из хост-компьютера/полевого сенсорного экрана, человеко-машинного интерфейса, ПЛК, контроллера обнаружения поля, измерителя поля и т. д., и она обменивается данными с Ethernet через полевую шину.
Система ПЛК в основном выполняет сбор и контроль каждого количества обнаружения в системе и передает данные на главный компьютер по линии передачи данных. Программное обеспечение для настройки главного компьютера выполняет функции отображения данных системы в реальном времени, записи, настройки параметров и обработки исторических данных.
Главный компьютер может быть подключен через Интернет. При авторизации любой оператор, имеющий подключение к сети, может управлять системой.
Выше мы говорили сегодня о применении технологии автоматического управления в биоферментации. Если у вас есть какие-либо вопросы или пожелания, пожалуйста, свяжитесь с сервисным инженером Beyond.
