本发明涉及生物发酵技术领域，具体为一种菌种发酵控制系统。
背景技术：
微生物发酵生产的水平主要取决于菌种本身的遗传性和培养条件。在一些发酵领域，如菌种发酵，为保证菌种的生长速度和品质，如何优化培养条件对发酵参数进行准确控制是一个研究的重点和热点。现在的自动化发酵控制系统多采用计算机或plc进行控制。当用计算机控制时，因为现有操作系统的稳定性存在一定的问题，经常会碰到计算机死机的情况，会影响发酵实验的进行，严重时直接导致发酵失败。当用plc控制时，其各个发酵参数的控制不够精确独立，对plc编程要求高，且系统复杂。
技术实现要素：
本发明目的在于解决上述诸多问题，本发明提供了一种菌种发酵控制系统；其应用时可以及时完成在线数据采集，根据所采集的数据进行在线实时控制。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
一种菌种发酵控制系统，包括发酵罐，还包括控制器和多个发酵参数监控模块，所述控制器用于控制多个所述发酵参数监控模块来调整发酵罐中的发酵参数。
进一步地，所述控制器通过rs485总线与发酵参数监控模块通讯来控制发酵罐中的发酵参数，所述发酵参数监控模块包括温度监控模块、ph监控模块、溶氧监控模块、搅拌速度监控模块、泡沫监控模块、补料控制模块、空气流量监控模块和罐压监控模块；
所述温度监控模块用于采集发酵罐中的温度数据并反馈给控制器，同时温度监控模块能够控制发酵罐中的温度；若温度数据符合发酵要求，则控制器不做指示；若温度数据不符合发酵要求，则控制器控制温度监控模块来改变发酵罐中的温度；
所述ph监控模块用于采集发酵罐中的ph值并反馈给控制器，同时ph监控模块能够控制发酵罐中的ph值；若ph值符合发酵要求，则控制器不做指示；若ph值不符合发酵要求，则控制器控制ph监控模块来改变发酵罐中的ph值；
所述溶氧监控模块用于采集发酵罐中的溶氧值并反馈给控制器，同时溶氧监控模块能够控制发酵罐中的溶氧值；若溶氧值符合发酵要求，则控制器不做指示；若溶氧值不符合发酵要求，则控制器控制溶氧监控模块来改变发酵罐中的溶氧值；
所述搅拌速度监控模块用于采集发酵罐中的搅拌速度数据并反馈给控制器，同时搅拌速度监控模块能够控制发酵罐中的搅拌速度；若搅拌速度数据符合发酵要求，则控制器不做指示；若搅拌速度数据不符合发酵要求，则控制器控制搅拌速度监控模块来改变发酵罐中的搅拌速度；
所述泡沫监控模块用于采集发酵罐中的泡沫量并反馈给控制器，同时泡沫监控模块能够控制发酵罐中的泡沫量；若泡沫量符合发酵要求，则控制器不做指示；若泡沫量不符合发酵要求，则控制器控制泡沫监控模块来改变发酵罐中的泡沫量；
所述补料控制模块用于为发酵罐中进行补料，控制器控制补料控制模块来向发酵罐内补料；
所述空气流量监控模块用于监控发酵过程中的空气流量并反馈给控制器，其能够控制发酵罐的溶氧量；
所述罐压监控模块用于采集发酵罐中的压强值并反馈给控制器，同时罐压监控模块能够控制发酵罐中的压强值；若压强值符合发酵要求，则控制器不做指示；若压强值不符合发酵要求，则控制器控制罐压监控模块来改变发酵罐中的压强值。
进一步地，所述温度监控模块包括温度探头、热水箱、冷水箱、电加热棒和两个温控水泵，电加热棒位于热水箱内，用于加热产生热水；一个温控水泵的两端分别与热水箱和发酵罐连接，另一个温控水泵的两端分别与冷水箱和发酵罐连接；所述温度探头伸入发酵罐内用于采集发酵罐内的温度数据，温度数据通过rs485总线通讯发送给控制器，所述控制器根据温度数据来控制两个温控水泵的启停从而控制发酵罐中的温度。
进一步地，所述ph监控模块包括ph探头、碱液罐、酸液罐、加酸蠕动泵和加碱蠕动泵，其中加碱蠕动泵的两端分别与碱液罐和发酵罐连接，加酸蠕动泵的两端分别与酸液罐和发酵罐连接，所述ph探头伸入发酵罐内用于采集发酵罐内的ph值，ph值通过rs485总线通讯发送给控制器，所述控制器根据接收到的ph值来控制加酸、加碱蠕动泵的启停从而控制发酵罐中的ph值。
进一步地，所述溶氧监控模块包括溶氧信号变送器和溶氧探头，所述溶氧探头将其检测到的信号发送给溶氧信号变送器，溶氧信号变送器将溶氧探头发送的信号转化为可读取的实际溶氧值，溶氧信号变送器通过rs485总线通讯将溶氧值发送给控制器，控制器根据溶氧值来给空气流量监控模块和搅拌速度监控模块发送控制指令从而控制发酵罐中的溶氧值。
进一步地，所述搅拌速度监控模块包括变频器和搅拌电机，搅拌电机的输出端上设有搅拌桨，所述搅拌电机的搅拌桨位于发酵罐内部，变频器与控制器通过rs485总线通讯，所述变频器与搅拌电机连接，所述控制器给变频器发送控制指令从而控制搅拌电机的搅拌速度。
进一步地，所述泡沫监控模块包括泡沫探头、消泡蠕动泵和消泡液罐，所述泡沫探头从发酵罐的顶部插入发酵罐内，所述消泡蠕动泵两端分别连接发酵罐和消泡液罐，消泡液罐内充有消泡剂，所述控制器根据泡沫探头检测的信号来控制消泡蠕动泵的启停；泡沫探头探测到发酵罐内有过量泡沫时控制器控制消泡蠕动泵启动，消泡蠕动泵将消泡液罐中的消泡剂泵入发酵罐从而进行消泡。
进一步地，所述补料控制模块包括补料罐和补料蠕动泵，补料蠕动泵的两端分别于补料罐和发酵罐连接，所述控制器根据发酵要求控制补料蠕动泵的启停来对发酵罐进行补料。
进一步地，所述空气流量监控模块包括空气流量计和进气阀门，进气阀门位于发酵罐外，所述空气流量计两端分别连接进气阀门和发酵罐，空气流量计与控制器通过rs485总线通讯，所述控制器根据溶氧值来控制进气阀门开启度从而控制通入空气流量的大小。
进一步地，所述罐压监控模块包括罐压测量传感器和排气阀门，所述罐压测量传感器的探测端伸入发酵罐，罐压测量传感器与控制器通过rs485总线通讯，罐压测量传感器将发酵罐内的压强值反馈给控制器，所述控制器根据压强值来控制排气阀门的开闭从而控制发酵罐内的压强值。
通过使用本发明，可以产生以下有益效果：本发明包括发酵罐、控制器和多个发酵参数监控模块，本发明在使用时，各个发酵参数监控模块将对发酵罐内的各个参数进行监控并反馈给控制器，控制器根据得到的测量值来向各个发酵参数监控模块发出控制指令从而实现对发酵罐中的各项参数的控制。本发明在应用时发酵参数可通过相应的发酵参数监控模块进行灵活的控制，并且各发酵参数还实时的反馈给控制器，从而实现控制器对整个发酵过程的监控，进而保证发酵过程准确、可靠的完成。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的系统结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种菌种发酵控制系统，包括发酵罐，还包括控制器和各种发酵参数监控模块，控制器用于控制发酵参数监控模块来调整发酵罐中的发酵参数；优选的，控制器通过rs485总线与各发酵参数监控模块连接来控制发酵罐中的发酵参数；通讯协议采用modbus-rtu；发酵参数监控模块包括温度监控模块、ph监控模块、溶氧监控模块、搅拌速度监控模块、泡沫监控模块、补料控制模块、空气流量监控模块和罐压监控模块。
具体的，控制器通过rs485总线与发酵参数监控模块通讯来控制发酵罐中的发酵参数；
温度监控模块用于采集发酵罐中的温度数据并反馈给控制器，同时温度监控模块能够控制发酵罐中的温度；若温度数据符合发酵要求，则控制器不做指示；若温度数据不符合发酵要求，则控制器控制温度监控模块来改变发酵罐中的温度；相应的，温度监控模块包括温度探头、热水箱、冷水箱、电加热棒和两个温控水泵，电加热棒位于热水箱内，用于加热产生热水；一个温控水泵的两端分别与热水箱和发酵罐连接，另一个温控水泵的两端分别与冷水箱和发酵罐连接；温度探头伸入发酵罐内用于采集发酵罐内的温度数据，温度数据通过rs485总线通讯发送给控制器，控制器根据温度数据来控制两个温控水泵的启停从而控制发酵罐中的温度。
ph监控模块用于采集发酵罐中的ph值并反馈给控制器，同时ph监控模块能够控制发酵罐中的ph值；若ph值符合发酵要求，则控制器不做指示；若ph值不符合发酵要求，则控制器控制ph监控模块来改变发酵罐中的ph值；其中，ph监控模块包括ph探头、碱液罐、酸液罐、加酸蠕动泵和加碱蠕动泵，其中加碱蠕动泵的两端分别与碱液罐和发酵罐连接，加酸蠕动泵的两端分别与酸液罐和发酵罐连接，ph探头伸入发酵罐内用于采集发酵罐内的ph值，ph探头采用inpro3030/120，ph探头再将ph值发送给ph信号变送器，ph信号变送器采用ph2050e变送器；ph信号变送器将ph值通过rs485总线通讯发送给控制器，控制器根据接收到的ph值来控制加酸、加碱蠕动泵的启停从而控制发酵罐中的ph值。
溶氧监控模块用于采集发酵罐中的溶氧值并反馈给控制器，同时溶氧监控模块能够控制发酵罐中的溶氧值；若溶氧值符合发酵要求，则控制器不做指示；若溶氧值不符合发酵要求，则控制器控制溶氧监控模块来改变发酵罐中的溶氧值；溶氧监控模块包括溶氧信号变送器和溶氧探头，溶氧探头将其检测到的信号发送给溶氧信号变送器，溶氧信号变送器将溶氧探头发送的信号转化为可读取的实际溶氧值，溶氧信号变送器通过rs485总线通讯将溶氧值发送给控制器，控制器根据溶氧值来给空气流量监控模块和搅拌速度监控模块发送控制指令从而控制发酵罐中的溶氧值；具体的，这里溶氧探头采用inpro6800/120，溶氧信号变送器采用do4050e变送器
搅拌速度监控模块用于采集发酵罐中的搅拌速度数据并反馈给控制器，同时搅拌速度监控模块能够控制发酵罐中的搅拌速度；若搅拌速度数据符合发酵要求，则控制器不做指示；若搅拌速度数据不符合发酵要求，则控制器控制搅拌速度监控模块来改变发酵罐中的搅拌速度；搅拌速度监控模块包括变频器和搅拌电机，这里变频器采用三环sh-hvfii10k/600型；搅拌电机的输出端上设有搅拌桨，搅拌电机的搅拌桨位于发酵罐内部，变频器与控制器通过rs485总线通讯，变频器与搅拌电机连接，控制器给变频器发送控制指令从而控制搅拌电机的搅拌速度。
泡沫监控模块用于采集发酵罐中的泡沫量并反馈给控制器，同时泡沫监控模块能够控制发酵罐中的泡沫量；若泡沫量符合发酵要求，则控制器不做指示；若泡沫量不符合发酵要求，则控制器控制泡沫监控模块来改变发酵罐中的泡沫量；泡沫监控模块包括泡沫探头、消泡蠕动泵和消泡液罐，泡沫探头从发酵罐的顶部插入发酵罐内，消泡蠕动泵两端分别连接发酵罐和消泡液罐，消泡液罐内充有消泡剂，控制器根据泡沫探头检测的信号来控制消泡蠕动泵的启停；泡沫探头探测到发酵罐内有过量泡沫时控制器控制消泡蠕动泵启动，消泡蠕动泵将消泡液罐中的消泡剂泵入发酵罐从而进行消泡。控制器一般通过电平信号来控制消泡蠕动泵的启停，泡沫探头所发出信号的一般状态若为高电平信号，当检测到泡沫时泡沫探头的电平信号转化为低电平，低电平信号发送给控制器后，控制器将启动消泡蠕动泵，上述工作原理及方式是泡沫探头内置的工作原理。
补料控制模块用于为发酵罐中进行补料，控制器控制补料控制模块来向发酵罐内补料；补料控制模块包括补料罐和补料蠕动泵，补料蠕动泵的两端分别于补料罐和发酵罐连接，控制器根据发酵要求控制补料蠕动泵的启停来对发酵罐进行补料。发酵前补料的控制参数需要在控制器中设定好，发酵开始后，控制器根据设定的参数在合适的时间段通过启动补料蠕动泵对发酵罐进行补料。
空气流量监控模块用于监控发酵过程中的空气流量并反馈给控制器，其能够控制发酵罐的溶氧量；空气流量监控模块包括空气流量计和进气阀门，这里空气流量控制器的型号是d07-7m/zm(0-6slm)；进气阀门位于发酵罐外，空气流量计两端分别连接进气阀门和发酵罐，空气流量计与控制器通过rs485总线通讯，控制器根据溶氧值来控制进气阀门开启度从而控制通入空气流量的大小；空气流量的大小影响发酵过程中的溶氧量，若溶氧的测量值小于设定值，空气流量监控模块将控制空气流量的增加从而使提高发酵液中的溶氧量。
罐压监控模块用于采集发酵罐中的压强值并反馈给控制器，同时罐压监控模块能够控制发酵罐中的压强值；若压强值符合发酵要求，则控制器不做指示；若压强值不符合发酵要求，则控制器控制罐压监控模块来改变发酵罐中的压强值；罐压监控模块包括罐压测量传感器和排气阀门，罐压测量传感器的探测端伸入发酵罐，罐压测量传感器与控制器通过rs485总线通讯，罐压测量传感器将发酵罐内的压强值反馈给控制器，这里罐压测量传感器的型号是pmc534-11ee2p6(t)，控制器根据压强值来控制排气阀门的开闭从而控制发酵罐内的压强值。
在一种优选实施例中：
还包括上位机，控制器的控制芯片采用stm32，上位机可以选用计算机来完成人机交互，上位机将控制器的各个参数采集显示，并将需要设定的参数通过上位机传给控制器。在温度监控模块中，温控水泵与电磁阀共同作用控制升、降温，热水箱里采用电加热的方式来对水体进行加热，罐温控制状态分自控或手控，罐温自控的控制方式为pid定值控制或pid时序控制，罐温手控时可直接手动进行升温或降温控制。可通过计算机上参数设定功能项进行设定罐温(升温)控制的设定值(控制降温控制的设定值自动跟随变化)、上限偏差报警值和上限报警值。需要罐温电加热升温控制时，设定罐温(升温)控制的设定值，将罐温升温控制状态置于自动的位置。当罐温测量值低于罐温设定值时，自动开启热水循环水泵进行罐温的升温控制。需要罐温降温控制时，将罐温降温控制状态置于自动的位置。当罐温测量值大于罐温设定值时，间隙式开启电磁阀和冷水循环水泵进行罐温降温控制。发酵需要使用恒温水升温时，恒温水水温的设定值应设为大于罐温设定值+2℃～+5℃左右。需要使用恒温水升温时，将恒温水温控制状态置于自动功能状态。当恒温水水温的测量值小于设定值时自动进行恒温水电加热升温控制动作。
在搅拌速度监控模块中，搅拌速度通过stm32从控制器输出控制信号到变频器，然后通过变频器控制搅拌电机。可通过计算机上参数设定功能项进行设定搅拌速度控制的设定值、上限偏差报警值和上限报警值。当需要搅拌速度控制时，设定搅拌速度控制的设定值，然后开启此功能。另外，注意搅拌电机不充许频繁起停，否则可能出现因电流超负荷而不能正常运转。
在溶氧监测模块中，溶氧控制通过stm32从控制器输出控制指令到变频器或进气阀门，采用调整搅拌速度或进气流量进行控制。将溶氧设定值设为需要的值，然后开启此功能，此时搅拌速度(或进气流量)自动根据溶氧的变化而调整。溶氧报警方式为上下限绝对值报警或不报警，可通过计算机上参数设定功能项进行设定溶氧控制的设定值、上限偏差报警值和下限偏差报警值设定。
在ph监控模块中，ph控制通过stm32从控制器输出控制信号到加酸、加碱蠕动泵进行加酸或加碱控制。可通过计算机上参数设定功能项进行ph控制的设定值、上限偏差报警值和下限偏差报警值设定。ph控制可以进行自控或手控，ph自控的控制方式为pid定值控制或pid时序控制。当ph测量值低于ph设定值时间隙加碱；当ph测量值高于ph设定值时间隙加酸。
补料控制通过stm32从控制器直接输出控制信号到补料蠕动泵完成。补料控制有自控或手控功能，补料自控时控制方式为开关量固定时间比例控制或开关量时序时间比例控制；补料手控时可直接手动开/关补料蠕动泵。
泡沫监控模块中，消泡动作通过stm32从控制器直接输出控制信号到消泡蠕动泵完成。消泡控制状态有自控或手控功能：消泡自控时控制方式为开关量固定时间比例控制或开关量时序时间比例控制；消泡手控时可直接手动开、关消泡蠕动泵。有过量泡沫时，系统也会给出泡沫报警提示信号。
在空气流量监控模块中，空气流量的控制通过stm32从控制器输出控制信号到进气阀门，从而调节进气阀的开启度来完成。空气流量自动的控制方式为模拟量pid定值控制或模拟量pid时序控制，报警方式为上下限偏差报警或不报警。参数设定可通过计算机上参数设定功能项进行设定流量控制的设定值、上限偏差报警值和下限偏差报警值。自动控制时：1)打开进气调节阀的截止阀，并关闭旁路阀；2)几分钟后空气流量可自动控制在设定值附近。
在罐压监控模块中，罐压自控的控制方式为模拟量pid定值控制或模拟量pid时序控制，报警方式为上下限偏差报警或不报警。参数设定：可通过计算机上参数设定功能项进行设定流量控制的设定值、上限偏差报警值和下限偏差报警值。自动控制时：1)打开排气调节阀的截止阀，并关闭旁路阀；2)几分钟后罐压可自动控制在设定值附近。
在本发明中，通过控制器对每个模块的实时监测控制，可随时独立调整各项发酵参数，使得发酵过程实现自动化。并且每个关键模块可在手动和自动模式下随时切换，使得发酵参数的调整更为灵活。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。