一种利用天平反馈信号控制补料的装置和方法与流程

文档序号:18799139发布日期:2019-09-29 20:24
一种利用天平反馈信号控制补料的装置和方法与流程

本发明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和方法。



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:

本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术的缺点,提供一种精确控制补料的装置和方法

为了解决以上技术问题,本发明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。

一种利用天平反馈信号控制补料的方法,其特征在于包括如下步骤:

利用天平采集空的补料瓶重量数据y和含料液的补料瓶重量数据Ga;

对重量数据Ga进行校正Gb=Ga*k+x,其中,x、k分别是天平砝码重量与测量值直线方程的原点和斜率;

计算料液重量G=Gb-y;

当采用脉冲流加补料时,设定每个脉冲周期的补料量Gset,当蠕动泵打开时,记录当前料液重量G1,流加过程以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;当采用连续流加补料时,设定蠕动泵的速率Fset,蠕动泵的最大流速为Fmax,控制蠕动泵的调速输出百分比Fout1=Fset/Fmax。

本发明解决了小型发酵罐使用蠕动泵补料误差大的问题,补料控制精度高,有利于生产的稳定、产量的提高和工艺研发,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是本发明结构示意图。

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CB 1241,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。

本发明补料方法如下:

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。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1