专利名称：工业发酵pH值温度智能控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型公开一种工业发酵pH值温度智能控制系统，属于工业过程自动控制技术领域。
背景技术：
对于不同的工业发酵过程，需要检测控制的参数多达十几个。但其中最关键的是pH值和 温度，直接影响发酵生产的水平。然而由于发酵过程是一个非线性、多变量、大滞后和随机 性的动态过程，发酵体系是一个非常复杂的被控对象，使得这一问题至今仍没有得到很好解 决。特别是工业发酵，与实验室小罐相比有许多特殊性，不但发酵罐的体积从几立方到几百 立方米，其环境也更加复杂。对于这样大型的发酵罐系统，若操作控制不当，将会造成极大的
经济损失。这对pH值控制系统的可靠性提出了很高要求。工业现场的强电磁干扰也是对控制 系统的严峻考验。此外，工业发酵要求设备的可操作性、可维护性也较高。
目前巿场上尚无针对工业发酵过程的专用pH值温度自动控制系统。国内发酵企业相当多 的仍采用人工控制。现在使用的主要有两类控制设备。 一类是包括现场总线在内的各种通用 型DCS控制系统。这类系统分层管理， 一般分为管理层(工程师站)、操作层(操作员站)、 控制层(控制站)，有些将工程师站与操作员站合并，层与层之间通过网络进行连接。控制站 一般采用与工控机配套的板卡、可编程控制器(PLC)或模拟控制器完成pH值的现场采集和 实时控制。这类系统庞大，管理功能强，检测控制参数多，其实用性、可靠性、可操作性、 可维护性均较差，设备成本高，难以在国内推广。还有一类带简单控制功能的pH检测仪表(也 有称为pH控制器)和温度控制仪表。这类仪表只能完成pll值或温度的单参数简单控制功能。 一般不具备复杂的控制算法，也无与计算机通讯、信息管理等功能，控制效果差，在发酵企 业很少使用。
本实用新型是针对上述问题，采用单片机及自动控制技术，结合信息技术，设计一种结 构简单、实用性强、针对工业发酵过程专用的pH值温度智能控制系统。 发明内容
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是
一种工业发酵pH值温度智能控制系统，它包括pH传感器、温度传感器、pH控制执行器、 温度控制执行器、通讯网络、计算机，它还包括pH温度智能控制仪，pH传感器、温度传感 器分别安装于发酵罐侧壁并深入发酵液中，pH传感器、温度传感器的输出信号分别与pH温 度智能控制仪的信号处理单元相连，将检测的信号送至pH温度智能控制仪，pH温度智能控 制仪的控制输出与pH控制执行器、温度控制执行器相连，pH温度智能控制仪对接收的信号 进行处理，并根据设定的pH及温度控制方式驱动pH控制执行器加酸或加碱，驱动温度控 制执行器制冷或加热，pH温度智能控制仪的通讯接口还通过通讯网络与计算机相连，将pH 值、温度值传送至计算机。计算机对pH值、温度值进行数据存储、表格显示、曲线浏览、 报表打印。
所述的pH温度智能控制仪至少包括单片机，还可以包括信号处理、A/D转换、控制输 出、显示、键盘、通讯接口，可同时对pH值及温度进行参数设置、在线检测和实时控制。 所述的计算机内装有报警控制装置。
该系统通过预先设置好控制模式、控制值、控制时间等参数，实现对工业发酵过程pH 值的自动控制——加酸或加碱，温度自动控制——制冷或加热，同时配有报警装置，通过通 讯网络，将pH值及温度检测数据传送到计算机，完成数据存储、表格显示、曲线浏览、报 表打印。该系统可完全替代人工调节阀门进行加酸/加碱及调节冷水阀门及蒸汽加热阀门，来 进行pH及温度控制，控制精度提高，控制效果平稳；针对工业发酵的特殊性而设计的报警 系统可确保意外情况下及时发现问题，避免造成损失；计算机的管理功能为企业进一步研究本实用新型的有益效果是
1、 针对发酵过程中最关键的两个参数pH值和温度，设计的工业专用的产品化pH值温 度智能控制系统，针对性强，既解决企业实际问题，系统又不过于复杂，性价比高，适合我 国发酵丄业现状，特别适合老发酵企业的升级改造。
2、 采用单片机设计的pH温度智能控制仪，可靠性高，操作简单，易于维护。
3、 针对工业发酵现场的特殊环境，借用计算机硬件设计的大功率报警控制装置为工业化 连续生产提供保障。
4、 计算机管理系统可实现pH值、温度数据的长期存储、随时查阅，为企业加强管理、 进一步研究工艺提供了先进手段。
图1是本实用新型系统结构示意图。
图2是本实用新型pH温度智能控制仪电路原理框图。
图中，1. pH传感器，2.温度传感器，3. pH温度智能控制仪，4. pH控制执行器，5. 温度控制执行器，6.通讯网络，7.计算机，8.发酵罐，9.信号处理，10. A/D转换，11.单 片机，12.控制输出，13.显示，14.键盘，15.通讯接口。
具体实施方式
现结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。工业发酵pH值温度智能控制系统，它包 括pH传感器l，温度传感器2， pH温度智能控制仪3， pH控制执行器4，温度控制执行 器5，通讯网络6，计算机7，其中pH值传感器1采用耐高温玻璃电极，温度传感器2采用 铂1000热电阻，pH控制执行器4采用耐腐蚀先导式电磁阀，温度控制执行器5采用不锈钢 先导式电磁阀，通讯网络6采用485工业总线，计算机7采用PIV工业控制计算机，pH温度 智能控制仪的单片机3采用ATMEL89S52。 pH传感器1将发酵罐中的pH值转换成4 20mA 的电信号送入pH温度智能控制仪3，同时温度传感器2将发酵罐中的温度信号变换成电阻 信号送入pH温度智能控制仪3。 pH温度智能控制仪3分别对pH及温度信号进行检测、处 理，并根据预先设置的控制方式驱动pH控制电磁阀4加酸或加碱，驱动温度电磁阀5制冷 或加热；pH温度智能控制仪3还将pH值及温度数据通过485总线6传送到计算机7进行 存储、表格显示、曲线浏览、报表打印。
权利要求1、一种工业发酵pH值温度智能控制系统，它包括pH传感器(1)、温度传感器(2)、pH控制执行器(4)、温度控制执行器(5)、通讯网络(6)、计算机(7)，其特征在于它还包括pH温度智能控制仪(3)，pH传感器(1)、温度传感器(2)分别安装于发酵罐(8)侧壁并深入发酵液中，pH传感器(1)、温度传感器(2)的输出信号分别与pH温度智能控制仪(3)的信号处理单元(9)相连，将检测的信号送至pH温度智能控制仪(3)，pH温度智能控制仪(3)的控制输出(12)与pH控制执行器(4)、温度控制执行器(5)相连，根据设定的pH及温度控制模式驱动pH控制执行器(4)加酸或加碱，驱动温度控制执行器(5)制冷或加热，pH温度智能控制仪(3)的通讯接口(15)还通过通讯网络(6)与计算机(7)相连，将pH值、温度值传送至计算机(7)。
2、 根据权利要求1所述的工业发酵pH值温度智能控制系统，其特征在于所述的pH 温度智能控制仪至少包括单片机(11)，还可以包括信号处理(9)、 A/D转换(10)、控制输 出(12)、显示(13)、键盘(14)、通讯接口 (15)。
3、 根据权利要求l所述的工业发酵pH值温度智能控制系统，其特征在于所述的计算 机内装有报警控制装置。
专利摘要本实用新型公开了一种工业发酵pH值温度智能控制系统，属于工业自动控制技术领域。它是针对工业发酵大罐pH值变化严重非线性及大滞后给过程控制带来的困难，目前又尚无专用控制系统而设计的产品化pH值温度智能控制系统。它包括pH传感器、温度传感器、执行器、通讯网络、计算机，其特征在于它还包括pH温度智能控制仪。该系统针对性强，可靠性高，操作简单，易于维护，适合我国发酵工业现状，特别适合老发酵企业的升级改造。
文档编号G05D27/02GK201402419SQ20092001990
公开日2010年2月10日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者东 冯, 刘仲汇, 周万里, 左随军, 朱思荣, 李大海, 毕春元, 王建平 申请人:山东省科学院生物研究所