一种利用天平反馈信号控制补料的装置的制作方法

本实用新型涉及微生物发酵技术领域，具体涉及一种发酵罐的补料装置。

背景技术：

补料一直是发酵的一个关键控制点，补料的精度直接关系到发酵的产量，小型发酵罐一般使用蠕动泵，通过控制蠕动泵的启停时间进行补料，后来改进成使用可调节速率的蠕动泵进行补料。

蠕动泵是通过挤压软管产生压力差将料液加入发酵罐，软管和料液可以一起灭菌，保证了无菌性，但是在连续运行之后，软管由于受到挤压产生变形使得补料流速的偏差越来越大，蠕动泵本身只是一个执行机构，不具备检测功能，便也无法修正这些偏差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，对现有补料装置进行改进，提供一种能够更精确控制补料的装置。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种利用天平反馈信号控制补料的装置，其特征在于包括可调速蠕动泵，补料瓶，电子天平和控制装置，所述可调速蠕动泵的软管一头连接发酵罐，一头连接补料瓶，所述补料瓶放置在电子天平上，所述控制装置分别连接电子天平和可调速蠕动泵。

优选地，所述控制装置包括plc，rs485通讯模块和模拟量输出模块，所述plc分别连接rs485通讯模块和模拟量输出模块，所述rs485通讯模块连接电子天平，所述模拟量输出模块连接可调速蠕动泵。

本实用新型引入天平和控制装置，利用天平提供反馈信号给控制装置，利用控制装置去控制蠕动泵，可以提高补料控制精度，有利于生产的稳定、产量的提高，结构组成简单，不影响无菌性，只需在现有结构(如图1所示)基础上增加很少的费用即可实现，可实施性高。

附图说明

图1是现有技术结构示意图；

图2是本实用新型结构示意图。

具体实施方式

如图2，一种使用天平计量反馈精确控制蠕动泵补料的装置，其主要构成为可调速蠕动泵，补料瓶，电子天平及控制装置。可调速蠕动泵的软管一头插入发酵罐，一头插入补料瓶。补料瓶放置在电子天平上。控制装置分别连接电子天平和可调速蠕动泵，采集电子天平的称重数据、对可调速蠕动泵进行控制。控制装置包含西门子s7-1200plc，rs485通讯模块cb1241，模拟量输出模块sm1232。plc分别连接rs485通讯模块和模拟量输出模块，为控制核心。rs485通讯模块连接电子天平采集电子天平的称重数据传给plc，模拟量输出模块连接可调速蠕动泵，输出控制蠕动泵的模拟量信号。控制系统软件包含modbus通讯功能模块，称重校正功能模块，逻辑运算控制功能模块，蠕动泵调速控制功能模块。

本实用新型补料原理如下：

将空的补料瓶放置在天平上，使用去皮功能，系统记录空瓶重量y。由于通过模拟量采样的分辨率无法满足天平测量的要求，系统使用rs485模块通过modbus协议采集含料液的补料瓶重量数据ga。天平在使用前在空载和标准砝码下进行2点校正，系统计算出砝码重量与测量值直线方程的原点x和斜率k，然后对ga进行校正，校正后的重量gb＝ga*k+x，瓶中料液的重量g＝gb-y。

系统可设定脉冲流加补料和连续流加补料。

当采用脉冲流加补料，设定每个脉冲周期的补料量gset，当蠕动泵打开时系统自动记录当前料液重量g1，流加过程系统以10ms的周期循环计算当前流加的总量g2＝g1-g，当g2等于设定的单个脉冲周期总量时，蠕动泵立刻停止补料，直到下个脉冲周期开始，由于不可避免的微量误差，下个周期补料设定总量gsex2＝2*gset-g2，保证大周期的补料精确，不会有累加的误差。

当采用连续流加补料，设定蠕动泵的速率fset，蠕动泵的最大流速为fmax，系统控制蠕动泵的调速输出百分比fout1＝fset/fmax，蠕动泵启动时系统记录当前重量g1’，1分钟后系统计算在1分钟内的累加量g2’＝g1’-g，下一个周期的蠕动泵调速控制输出百分比fout2＝fset/(g2’/fout1)。系统不断计算每个周期的速率并且在下周期进行补偿，保证当前补料速率的准确。

技术特征：

1.一种利用天平反馈信号控制补料的装置，其特征在于包括可调速蠕动泵，补料瓶，电子天平和控制装置，所述可调速蠕动泵的软管一头连接发酵罐，一头连接补料瓶，所述补料瓶放置在电子天平上，所述控制装置分别连接电子天平和可调速蠕动泵。

2.如权利要求1所述利用天平反馈信号控制补料的装置，其特征在于所述控制装置包括plc，rs485通讯模块和模拟量输出模块，所述plc分别连接rs485通讯模块和模拟量输出模块，所述rs485通讯模块连接电子天平，所述模拟量输出模块连接可调速蠕动泵。

技术总结
本实用新型公开了一种利用天平反馈信号控制补料的装置，所述装置包括可调速蠕动泵，补料瓶，电子天平和控制装置，所述可调速蠕动泵的软管一头连接发酵罐，一头连接补料瓶，所述补料瓶放置在电子天平上，所述控制装置分别连接电子天平和可调速蠕动泵。本实用新型利用天平提供反馈信号给控制装置，可以提高补料控制精度，有利于生产的稳定、产量的提高，结构组成简单，不影响无菌性，可实施性高。

技术研发人员：王泳胜;石磊;冯军;王守江
受保护的技术使用者：江苏丰泽生物工程设备制造有限公司
技术研发日：2019.06.26
技术公布日：2020.06.19