专利名称：一种微生物培养用反馈补料控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微生物培养用补料控制装置，尤其是涉及基于溶氧电极反馈
控制发酵罐内营养物质浓度的补料控制装置。
背景技术：
基因工程菌的高密度培养技术成为生物制药领域最重要的关键技术之一，并以其 研究的深入和进展推动生物技术产业的发展。 高密度培养的核心技术就是如何在控制代谢副产物的积累下，让菌体以最佳的比 生长速率增长。而避免代谢副产物积累的重要途径之一就是寻求最优的补料控制策略，设 计性能最佳的补料控制系统。因此，在基因工程菌高密度培养过程中营养物质的流加控制 策略及相应控制系统的研究就显得十分必要。流加培养操作比较简单，发酵周期短，目前已 经广泛应用于基因工程菌的高密度培养过程中。 在基因工程菌流加培养的研究与应用过程中，对发酵罐内营养物维持浓度及其流 加速率的精确控制成为影响发酵工艺优化的主要因素。目前全自动控制发酵罐的一些简单 的补料控制程序，无法满足基因工程菌对营养物质的非线性需求。 由于当发酵液中底物几乎耗尽时，氧消耗速率会因此下降，造成溶解氧会突然升 高，因此溶解氧的突然变化就可以成为底物开始补料的指示性特性。针对具体的发酵过程， 预先设定溶氧临界值，当溶氧高于设定值时，开始补料，从而控制底物浓度在设定的范围 内。 发酵过程的闭环控制远落后于其它工业过程，在基因工程菌发酵工艺的研究过程 中，一些较为先进的补料控制策略的研究大多采用手动干预的办法，使得发酵工艺的研究 受到了一定程度的限制。因而建立与培养设备相配套的硬件系统及相应的控制软件，实现 基于溶氧信号反馈控制补料速率过程的自动化，才能有效地为科研和生产服务。
发明内容本实用新型根据闭环控制原理，实现了基于溶氧信号反馈调节补料速率过程的自 动化。 本实用新型的技术方案是，一种微生物培养用反馈补料控制装置，包括发酵罐、反 馈补料控制系统、电子天平。 反馈补料控制系统，它包括溶氧电极、A/D转换模块、计算机及专用控制软件、电压 输出卡、电压电流转换模块、高精度蠕动泵、补料瓶。 所述的反馈补料控制系统中，溶氧电极所测得的溶氧值，通过A/D转换模块传输 给计算机，由专用的控制软件计算出蠕动泵6的数字控制量，经过电压输出卡转换为模拟 信号量，然后通过电压电流转换模块，得到一定范围的电流，驱动高精度蠕动泵工作，达到 调节补料速率的目的。 所述的反馈补料控制系统中，高精度蠕动泵和补料瓶的数量可根据需要增加，最多可增加至8个高精度蠕动泵和8补料瓶，每个蠕动泵连接一个补料瓶。高精度蠕动泵，通
过通讯接口可将该将高精度蠕动泵的补料速率信号实时地传输给计算机。 所述的反馈补料控制系统中，电压电流转换模块将电压模拟量转换为电流模拟
量，驱动高精度蠕动泵运转。 所述的电子天平，通过通信接口将所测重量信号实时地传输给计算机，实时地记 录发酵罐中补入的营养物质质量。 本实用新型适合于5、10、50L的发酵罐，可与已有的全自动发酵罐配套使用。
图1为微生物培养用反馈补料控制装置的系统原理图。 图2 图3为本实用新型计算机控制界面的示意图。
具体实施方式为了详细说明本实用新型的结构及特点所在，举以下实例并结合附图说明如下 —种微生物培养用反馈补料控制装置，如图1所示，它包括发酵罐1、反馈补料控 制系统、电子天平9、搅拌器转速控制系统。 所述的反馈补料控制系统，它包括溶氧电极2、A/D转换模块3、计算机及专用控制
软件4、电压输出卡5、电压电流转换模块6、高精度蠕动泵7、补料瓶8。 所述的反馈补料控制系统中，溶氧电极2所测得的溶氧值，通过A/D转换模块3传
输给计算机4，由控制软件计算出蠕动泵7的数字控制量，经过电压输出卡5转换为模拟信
号量，然后通过电压电流转换模块6，得到一定范围的电流，驱动高精度蠕动泵7工作，达到
调节补料速率的目的。 所述的反馈补料控制系统中，高精度蠕动泵7和补料瓶8的数量可根据需要增加， 最多可增加至8个高精度蠕动泵和8补料瓶，每个蠕动泵连接一个补料瓶。高精度蠕动泵 7，通过通讯接口可将该将高精度蠕动泵的补料速率信号实时地传输给计算机。 所述的反馈补料控制系统中，电压电流转换模块6将电压模拟量转换为电流模拟 量，驱动高精度蠕动泵运转。 所述的电子天平9，通过通信接口将所测重量信号实时地传输给计算机，实时地记 录发酵罐中补入的营养物质质量。 所述的计算机4，为普通的PC机，其中所包含的控制软件是基于Visual Basic6. 0 开发的。使用时，首先要设置一些控制参数，如图2所示，包括所要控制溶氧的最大值、补料 速率的更新步长。然后点击自动补料按钮，如图3所示，控制软件将实时地显示补料速率、 发酵罐l中的溶氧值。当发酵罐l中的溶氧值低于一定值时，控制软件会给出提示，这时需 要手动提高搅拌器的转速。 本实用新型适用的发酵罐1的容积为5、10、50L。为了获得较稳定可靠的控制效 果，本实用新型中计算机4可以更换为专用工控计算机。
权利要求一种微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，它包括发酵罐(1)、反馈补料控制系统、电子天平(9),发酵罐(1)为被控对象,反馈补料控制系统根据溶氧电极(2)所测得的溶氧值变化情况，控制高精度蠕动泵(7)的转速,电子天平(9)用于计量反馈补料控制系统所控制的高精度蠕动泵(7)的补料速率。
2. 根据权利要求1所述的微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，该装置中反 馈补料控制系统包括溶氧电极(2)、A/D转换模块(3)、计算机及专用控制软件(4)、电压输 出卡(5)、电压电流转换模块(6)、高精度蠕动泵(7)、补料瓶(8)。
3. 根据权利要求1所述的微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，该装置的反 馈补料控制系统中，溶氧电极(2)所测得的溶氧值，通过A/D转换模块(3)传输给计算机 (4)，由控制软件计算出蠕动泵(7)的数字控制量，经过电压输出卡(5)转换为模拟信号量， 然后通过电压电流转换模块(6)，得到一定范围的电流，驱动高精度蠕动泵(7)工作，达到 调节补料速率的目的。
4. 根据权利要求1所述的微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，该装置的反 馈补料控制系统中，高精度蠕动泵(7)和补料瓶(8)的数量可根据需要增加，最多可增加至 8个高精度蠕动泵和8补料瓶，每个蠕动泵连接一个补料瓶。
5. 根据权利要求2所述的微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，高精度蠕动 泵(7)通过通讯接口可将该将高精度蠕动泵(7)的补料速率信号实时地传输给计算机(4)。
6. 根据权利要求2所述的微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，电压电流转 换模块(6)，将电压模拟量转换为电流模拟量，驱动高精度蠕动泵(7)运转。
7. 根据权利要求l所述的微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，电子天平(9) 通过通信接口将所测重量信号实时地传输给计算机(4)。
8. 根据权利要求l所述的微生物培养用反馈补料控制装置，其特征在于，发酵罐(l)的 容积为5、10、50L。
专利摘要本实用新型公开了一种微生物培养用反馈补料控制装置，包括发酵罐、反馈补料控制系统、电子天平、搅拌器转速控制系统。所述的反馈补料控制系统，它包括溶氧电极、A/D转换模块、计算机及专用控制软件、电压输出卡、电压电流转换模块、高精度蠕动泵、补料瓶。所述的反馈补料控制系统中，溶氧电极所测得的溶氧值，通过A/D转换模块传输给计算机，由专用的控制软件计算出蠕动泵的数字控制量，经过电压输出卡转换为模拟信号量，然后通过电压电流转换模块，得到一定范围的电流，驱动高精度蠕动泵工作。本实用新型实现了基于溶氧信号反馈调节补料速率过程的自动化，适用于基因工程菌发酵工艺过程研究。
文档编号C12M1/36GK201506794SQ20092007508
公开日2010年6月16日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者吴子岳, 张艳乐, 欧杰, 田昌凤, 许哲, 诸逦莹 申请人:上海海洋大学