用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统的制作方法

文档序号:6268242阅读:432来源:国知局
专利名称:用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统的制作方法
技术领域
本实用新型涉及ー种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统。
背景技术
近几年国内不少抗生素生产企业虽采用了自动控制系统,但很少涉及立体化、多层次的智能模糊控制技木,极少涉及以节能减排为目标的多元化、多变量、多參数测量补偿最优控制。一般情况制药エ厂所谓的节能措施只是对电机进行简单的变频控制,难以处理信息量巨大、算法复杂的大容量、大滞后、非线性、多相的生物生命系统的过程參数的优化控制。 这种简单的变频调节方式是根据发酵过程的经验数据,进行简单的阶梯形调节搅拌电机的转速或调节风机的排风量。如果环境的温度、湿度、酸碱度、溶氧、搅拌效果、震动条件、系统传递误差等发生变化,很可能会导致药效下降或批次性生产报废,产生巨大的资源和能源的浪费。

实用新型内容本实用新型的目的是针对现有生物制药技术中的电能的利用效率较低的问题,提供一种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统。本实用新型提供的一种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统包括中央控制系统单元、整流逆变系统単元、驱动器、信号检测单元及传感器、误差数字仿真器和谐波抑制単元,所述中央控制系统单元分别连接整流逆变系统単元、误差数字仿真器和谐波抑制単元,所述信号检测单元及传感器连接所述误差数字仿真器。还可以包括驱动器,该驱动器分别与中央控制系统单元、谐波抑制単元和整流逆变连接成。所述中央控制系统单元可以包括能够实现实时计算特定发酵效价下最低电耗函数的微计算机、信号处理电路、监控系统和指令接收器。信号检测单元及传感器可以包括温度传感器、压カ传感器、溶氧仪、PH分析仪、震动传感器及电压电流传感器及处理电路。所述误差数字仿真器可以包括预置单元、译码单元、补偿控制、整形与伺服系统和信号优化电路。所述谐波抑制単元可以包括谐波采样单元、谐波补偿单元和滤波单元。利用本实用新型能够解决现有生物制药技术中的电能的利用效率较低的问题,能够在不影响生物发酵效果的前提下,最大能力提高电能的利用效率。

图I为用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统原理图;[0014]图2为用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统结构图;图3为用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统核心结构框图。
具体实施方式
本实用新型包括多方面新技术的应用,其中包括抗生素发酵过程代谢特性、动カ学理论、误差数字仿真技术、信息传感采集技术、新型电机矢量控制技术、谐波抑制能量转化技术、模糊控制技术、计算机仿真技术为基础,以实现生物发酵综合目标为前提,提高有功电能利用率和优化过程控制为手段,并且结合了国外先进的生物化工、自动控制、数字变频、能源转换、提高效率、减少误差等领域的技术,是ー种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统。如图I所示,该控制系统的工作主要涉及通过中央计算机(中央控制系统)接收传感器输入谐波抑制単元得到的信号反馈以及模拟量输入数据采集器得到的数据;中央计 算机与触摸显示器和驱动单元的交互;驱动单元与谐波抑制単元的交互;驱动器对电机进行驱动输出;电机通过传动机构对发酵罐进行搅拌。如图2所示,发酵罐上设置的各种传感器通过信号采集器向发酵用节电器(工作原理如图I所示)提供数据信号,驱动电机通过皮带轮变速传动机构对发酵罐进行搅拌。如图3所示,该控制系统的核心部分(相当于图2中的发酵用节电器)包括中央控制系统单元、整流逆变系统単元(本単元中采用了部分变频技术)、驱动器、信号检测单元及传感器、误差数字仿真器、谐波抑制単元。中央控制系统包括微计算机、信号处理电路、监控系统、指令接收器、;整流逆变系统包括整流、滤波、逆变、频率调节、自动保护用的切換装置;驱动器包括功率分析、能量叠加;信号检测单元及传感器包括温度传感器、压カ传感器、溶氧仪、PH分析仪、震动传感器及电压电流等传感器及处理电路;误差数字仿真器包括预置单元,译码单元,补偿控制,整形与伺服系统,信号优化电路;谐波抑制单元包括谐波采样单元,谐波补偿单元,滤波单元。研究发酵过程微生物呼吸代谢变化规律,确定细胞生长和产物合成阶段的酸碱度、温度、溶解氧特性。研究发酵过程中,电机搅拌引起的料液翻动方式与微生物呼吸代谢变化规律。研究发酵过程中不同发酵阶段通气速率、搅拌转速、温度、震动、溶氧、酸碱度等參数的变化对药效的影响。通过对发酵过程特性进行辨识、并对反应器容量效应进行研究,建立自适应、自学习、自诊断的数学模型,确定相关參数的影响权重,将发酵过程进行数学建摸,并且按照数学模型进行自动策略调整,从而实现动态实时调整,从而提高能量利用效率与发酵效果的最优化。在正常运行时,传感器将信号传输给信号检测单元,信号检测单元将进行处理后的信号传输给误差仿真器和中央控制系统,中央控制系统判读通气速率、搅拌转速温度、震动、溶氧、PH值等參数,确定相关參数对药效影响的权重系数,以不改变制药效价为前提,通过參数分析模块实时计算出总电耗最低的目标函数,从而通过程序分析函数上各项參数,确定最优的设备输出变量。传入误差仿真器的信号通过补偿后再次传输给中央控制系统,中央控制系统结合谐波情況、电机控制情况提供补偿策略,补偿策略反馈给误差仿真器,当中央控制器二次接收到经过补偿后的信号后,结合三电平矢量控制、谐波利用信号、功率因数、电压、电流波形信号对比一次处理中得出的最优设备输出变量,综合分析处理后,向整流逆变驱动单元发出指令,提供驱动信号。这样就能在保障药效的前提下能够最大限度地将制药系统的用电量降低;或者在现有用电量的基础上能够最大限度地将药效提高,提高电能的转换效率。另外系统中央控制器具有故障自切换功能,当温度、震动等指标超过警戒值时,中央控制系统可以直接控制芳路系统,将揽祥机和空压机接入市电运彳丁,冋时中央控制系统通过监控界面或信号灯给操作人员提示报警。利用本实用新型提供的用于大宗发酵产品的非线性高效节能控制系统,研究不同发酵阶段温度、震动、通气量、溶氧、酸碱平衡度对系统药效的影响,研究不同调节手段对药 效的影响权重,并根据药效变化和系统传感器參数变化判断出下一步控制的最优搅拌频率值。具体最优搅拌频率计算方法如下最优搅拌输出频率=温度目标频率*0. 1+震动目标频率*0. 05+通气量目标频率*0. 1+溶氧目标频率*0. 5+酸碱度目标频率*0. I温度目标频率当Al <温度< A2时,目标频率=当前频率,当温度< Al时,目标频率=当前频率+1,频率上限为50HZ。当温度> A2时,目标频率=当前频率+1,频率上限为50HZ。震动目标频率当震动振幅< B,目标频率=当前频率,当震动振幅> B,目标频率=当前频率-1,频率的下限时36HZ。通气量目标频率当通气量〉C时,目标频率=当前频率,当通气量く C时,目标频率=当前频率+1溶氧目标频率当Dl く溶氧值く D2吋,目标频率=当前频率,当溶氧值< Dl时,目标频率=当前频率+1,频率上限为50HZ时。当溶氧值> D2时,目标频率=当前频率-1,频率下限为36HZ时。酸碱度目标频率当El <酸碱度< E2吋,目标频率=当前频率,当酸碱度< El时,目标频率=当前频率+1,频率上限为50HZ。当酸碱度> E2时,目标频率=当前频率+1,频率上限为50HZ。其中Al、A2、B、C、DU D2、EU E2,这些函数需要需要药业エ艺实验时进行样品数据采集摸索。如,青霉素我们摸索的这个值如下Al = 40°C、A2 = 70°C、B = O. 24mm、C =
O.8MPa、Dl =最高溶氧峰值的40%、D2 =最高溶氧峰值的80%、El = 6. 95、E2 = 6. I。
权利要求1.一种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统,其特征在于,包括中央控制系统单元、整流逆变系统単元、驱动器、信号检测单元及传感器、误差数字仿真器和谐波抑制単元,所述中央控制系统单元分别连接整流逆变系统単元、误差数字仿真器和谐波抑制单元,所述信号检测单元及传感器连接所述误差数字仿真器。
2.根据权利要求I所述的ー种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统,其特征在于,所述驱动器分别与中央控制系统单元、谐波抑制単元和整流逆变系统单元连接。
3.根据权利要求I所述的ー种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统,其特征在于,所述中央控制系统单元包括能够实现实时计算特定发酵效价下最低电耗函数的微计算机、信号处理电路、监控系统和指令接收器。
4.根据权利要求I所述的ー种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统,其特征在于,信号检测单元及传感器包括温度传感器、压カ传感器、溶氧仪、PH分析仪、震动传感器及电压电流传感器及处理电路。
5.根据权利要求I所述的ー种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统,其特征在于,所述误差数字仿真器包括预置单元、译码单元、补偿控制、整形与伺服系统和信号优化电路。
6.根据权利要求I所述的ー种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统,其特征在于,所述谐波抑制单元包括谐波采样单元、谐波补偿单元和滤波单元。
专利摘要本实用新型针对现有生物制药技术中的电能的利用效率较低的问题,提供了一种用于大宗发酵产品的非线性综合节能控制系统。其包括中央控制系统单元、整流逆变系统单元、驱动器、信号检测单元及传感器、误差数字仿真器和谐波抑制单元,所述中央控制系统单元分别连接整流逆变系统单元、误差数字仿真器和谐波抑制单元,所述信号检测单元及传感器连接所述误差数字仿真器。利用本实用新型能够解决现有生物制药技术中的电能的利用效率较低的问题,能够在不影响生物发酵效果的前提下,最大能力提高电能的利用效率。
文档编号G05B13/02GK202649712SQ20122025256
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者李丽 申请人:李丽, 北京中鼎恒业科技有限公司
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