海洋生物酶發(fā)酵過程自動(dòng)控制研究.pdf

1、海洋生物酶發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)，是中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所承擔(dān)的國(guó)家“九五”863計(jì)劃項(xiàng)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(guó)海洋產(chǎn)酶微生物的代謝產(chǎn)物，運(yùn)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(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景。海洋生物酶發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)是海洋生物酶產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的重要載體，它將現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)生物發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)海洋生物酶發(fā)酵過程的自動(dòng)優(yōu)化控制。 海洋

2、生物酶發(fā)酵自動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC(可編程序控制器)為控制核心，將現(xiàn)場(chǎng)總線、變頻調(diào)速、人機(jī)界面、模糊控制和PID控制等先進(jìn)工控技術(shù)應(yīng)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(chǔ)，重點(diǎn)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(shè)備、配套系統(tǒng)及海洋生物酶發(fā)酵自身的特點(diǎn)，以發(fā)酵過程中的溫度、PH值和溶解氧濃度為研究對(duì)象，

3、分別探討其基于PLC的最優(yōu)自動(dòng)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(diào)制功能的PID控制技術(shù)，而發(fā)酵溶解氧濃度的控制則采用了模糊PID控制技術(shù)，將模糊控制和傳統(tǒng)的數(shù)字PID控制相結(jié)合以優(yōu)化溶解氧濃度的自動(dòng)控制。另外，本文對(duì)發(fā)酵優(yōu)化控制策略基于西門子PLC程序的實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)探討。 為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)酵生產(chǎn)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)、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(gòu)建上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)工藝的需要

4、進(jìn)行組態(tài)和優(yōu)化，將發(fā)酵生產(chǎn)的整個(gè)過程實(shí)時(shí)顯示在上位機(jī)中，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動(dòng)歸檔和配方管理，從而進(jìn)一步提高了海洋生物酶發(fā)酵生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。因此，上位機(jī)WinCC發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建也是本文重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)，以西門子PLC程序的編寫和人機(jī)界面的組態(tài)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)在采用優(yōu)化控制方式前提下，控制現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以使各工藝參數(shù)達(dá)到發(fā)酵所需的最優(yōu)值。 另外，本文對(duì)海

5、洋生物酶發(fā)酵的工藝流程及自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等進(jìn)行了簡(jiǎn)耍介紹。 截至目前，海洋生物酶示范工程項(xiàng)目已進(jìn)入試運(yùn)行階段，該自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，發(fā)酵相關(guān)工藝參數(shù)的控制達(dá)到了生產(chǎn)工藝要求，上位機(jī)監(jiān)控軟件的應(yīng)用有效的提高了該系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和酶制劑產(chǎn)品的品質(zhì)。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(shì)，具有產(chǎn)量高、品質(zhì)好和成本低的特點(diǎn)，并初步顯現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也是國(guó)內(nèi)酶制劑生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的一次