海洋生物酶發(fā)酵過程自動控制研究.pdf

1、海洋生物酶發(fā)酵自動控制系統(tǒng)，是中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所承擔的國家“九五”863計劃項目(海洋生物酶示范工程)的配套電氣控制系統(tǒng)。海洋生物酶是采用我國海洋產(chǎn)酶微生物的代謝產(chǎn)物，運用現(xiàn)代生物工程手段開發(fā)出的一種新型酶制劑產(chǎn)品，與傳統(tǒng)酶制劑相比具有更為廣闊的應用領域和市場前景。海洋生物酶發(fā)酵自動控制系統(tǒng)是海洋生物酶產(chǎn)業(yè)化進程的重要載體，它將現(xiàn)代工業(yè)自動化技術與傳統(tǒng)生物發(fā)酵技術相結合以實現(xiàn)海洋生物酶發(fā)酵過程的自動優(yōu)化控制。 海洋

2、生物酶發(fā)酵自動控制系統(tǒng)以PLC(可編程序控制器)為控制核心，將現(xiàn)場總線、變頻調速、人機界面、模糊控制和PID控制等先進工控技術應用于海洋生物酶發(fā)酵的過程控制。其中，發(fā)酵工藝參數(shù)的采集、歸檔、優(yōu)化和控制是該系統(tǒng)需要解決的核心問題。 本課題以海洋生物酶發(fā)酵硬件系統(tǒng)為基礎，重點研究海洋生物酶發(fā)酵各生產(chǎn)工藝參數(shù)的歸檔、優(yōu)化和控制。根據(jù)車間既有發(fā)酵設備、配套系統(tǒng)及海洋生物酶發(fā)酵自身的特點，以發(fā)酵過程中的溫度、PH值和溶解氧濃度為研究對象，

3、分別探討其基于PLC的最優(yōu)自動控制方式。其中，發(fā)酵溫度和PH值的控制均采用具有脈寬調制功能的PID控制技術，而發(fā)酵溶解氧濃度的控制則采用了模糊PID控制技術，將模糊控制和傳統(tǒng)的數(shù)字PID控制相結合以優(yōu)化溶解氧濃度的自動控制。另外，本文對發(fā)酵優(yōu)化控制策略基于西門子PLC程序的實現(xiàn)作了詳細探討。 為實現(xiàn)現(xiàn)場發(fā)酵生產(chǎn)工藝參數(shù)的實時、歷史數(shù)據(jù)的顯示、歸檔和優(yōu)化，系統(tǒng)采用西門子公司的WinCC軟件構建上位機監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)工藝的需要

4、進行組態(tài)和優(yōu)化，將發(fā)酵生產(chǎn)的整個過程實時顯示在上位機中，并實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動歸檔和配方管理，從而進一步提高了海洋生物酶發(fā)酵生產(chǎn)的自動化水平。因此，上位機WinCC發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)的構建也是本文重點探討的問題。 海洋生物酶發(fā)酵各生產(chǎn)工藝參數(shù)的歸檔、優(yōu)化和控制等功能的實現(xiàn)，以西門子PLC程序的編寫和人機界面的組態(tài)為基礎。系統(tǒng)在采用優(yōu)化控制方式前提下，控制現(xiàn)場相關執(zhí)行機構，以使各工藝參數(shù)達到發(fā)酵所需的最優(yōu)值。 另外，本文對海

5、洋生物酶發(fā)酵的工藝流程及自動控制系統(tǒng)的硬件結構、網(wǎng)絡組態(tài)等進行了簡耍介紹。 截至目前，海洋生物酶示范工程項目已進入試運行階段，該自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，發(fā)酵相關工藝參數(shù)的控制達到了生產(chǎn)工藝要求，上位機監(jiān)控軟件的應用有效的提高了該系統(tǒng)的自動化水平和酶制劑產(chǎn)品的品質。與傳統(tǒng)的人工控制發(fā)酵過程相比，該系統(tǒng)具備巨大的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢，具有產(chǎn)量高、品質好和成本低的特點，并初步顯現(xiàn)出良好的經(jīng)濟效益和社會效益，也是國內酶制劑生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化進程的一次