一種利用天平反饋信號控制補料的裝置和方法與流程

文檔序號:18799139發布日期:2019-09-29 20:24
一種利用天平反饋信號控制補料的裝置和方法與流程

本發明涉及微生物發酵技術領域,具體涉及一種發酵罐的補料裝置和方法。



背景技術:

補料一直是發酵的一個關鍵控制點,補料的精度直接關系到發酵的產量,小型發酵罐一般使用蠕動泵,通過控制蠕動泵的啟停時間進行補料,后來改進成使用可調節速率的蠕動泵進行補料。

蠕動泵是通過擠壓軟管產生壓力差將料液加入發酵罐,軟管和料液可以一起滅菌,保證了無菌性,但是在連續運行之后,軟管由于受到擠壓產生變形使得補料流速的偏差越來越大,蠕動泵本身只是一個執行機構,不具備檢測功能,便也無法修正這些偏差。



技術實現要素:

本發明所要解決的技術問題是,克服現有技術的缺點,提供一種精確控制補料的裝置和方法

為了解決以上技術問題,本發明采用的技術方案如下:

一種利用天平反饋信號控制補料的裝置,其特征在于包括可調速蠕動泵,補料瓶,電子天平和控制裝置,所述可調速蠕動泵的軟管一頭連接發酵罐,一頭連接補料瓶,所述補料瓶放置在電子天平上,所述控制裝置分別連接電子天平和可調速蠕動泵。

優選地,所述控制裝置包括PLC,RS485通訊模塊和模擬量輸出模塊,所述PLC分別連接RS485通訊模塊和模擬量輸出模塊,所述RS485通訊模塊連接電子天平,所述模擬量輸出模塊連接可調速蠕動泵。

一種利用天平反饋信號控制補料的方法,其特征在于包括如下步驟:

利用天平采集空的補料瓶重量數據y和含料液的補料瓶重量數據Ga;

對重量數據Ga進行校正Gb=Ga*k+x,其中,x、k分別是天平砝碼重量與測量值直線方程的原點和斜率;

計算料液重量G=Gb-y;

當采用脈沖流加補料時,設定每個脈沖周期的補料量Gset,當蠕動泵打開時,記錄當前料液重量G1,流加過程以10ms的周期循環計算當前流加的總量G2=G1-G,當G2等于設定的單個脈沖周期總量時,蠕動泵立刻停止補料,直到下個脈沖周期開始;當采用連續流加補料時,設定蠕動泵的速率Fset,蠕動泵的最大流速為Fmax,控制蠕動泵的調速輸出百分比Fout1=Fset/Fmax。

本發明解決了小型發酵罐使用蠕動泵補料誤差大的問題,補料控制精度高,有利于生產的穩定、產量的提高和工藝研發,結構組成簡單,不影響無菌性,只需在現有結構(如圖1所示)基礎上增加很少的費用即可實現,可實施性高。

附圖說明

圖1是現有技術結構示意圖;

圖2是本發明結構示意圖。

具體實施方式

如圖2,一種使用天平計量反饋精確控制蠕動泵補料的裝置,其主要構成為可調速蠕動泵,補料瓶,電子天平及控制裝置。可調速蠕動泵的軟管一頭插入發酵罐,一頭插入補料瓶。補料瓶放置在電子天平上。控制裝置分別連接電子天平和可調速蠕動泵,采集電子天平的稱重數據、對可調速蠕動泵進行控制。控制裝置包含西門子S7-1200PLC,RS485通訊模塊CB 1241,模擬量輸出模塊SM1232。PLC分別連接RS485通訊模塊和模擬量輸出模塊,為控制核心。RS485通訊模塊連接電子天平采集電子天平的稱重數據傳給PLC,模擬量輸出模塊連接可調速蠕動泵,輸出控制蠕動泵的模擬量信號。控制系統軟件包含modbus通訊功能模塊,稱重校正功能模塊,邏輯運算控制功能模塊,蠕動泵調速控制功能模塊。

本發明補料方法如下:

將空的補料瓶放置在天平上,使用去皮功能,系統記錄空瓶重量y。由于通過模擬量采樣的分辨率無法滿足天平測量的要求,系統使用RS485模塊通過modbus協議采集含料液的補料瓶重量數據Ga。天平在使用前在空載和標準砝碼下進行2點校正,系統計算出砝碼重量與測量值直線方程的原點x和斜率k,然后對Ga進行校正,校正后的重量Gb=Ga*k+x,瓶中料液的重量G=Gb-y。

系統可設定脈沖流加補料和連續流加補料。

當采用脈沖流加補料,設定每個脈沖周期的補料量Gset,當蠕動泵打開時系統自動記錄當前料液重量G1,流加過程系統以10ms的周期循環計算當前流加的總量G2=G1-G,當G2等于設定的單個脈沖周期總量時,蠕動泵立刻停止補料,直到下個脈沖周期開始,由于不可避免的微量誤差,下個周期補料設定總量Gsex2=2*Gset-G2,保證大周期的補料精確,不會有累加的誤差。

當采用連續流加補料,設定蠕動泵的速率Fset,蠕動泵的最大流速為Fmax,系統控制蠕動泵的調速輸出百分比Fout1=Fset/Fmax,蠕動泵啟動時系統記錄當前重量G1’,1分鐘后系統計算在1分鐘內的累加量G2’=G1’-G,下一個周期的蠕動泵調速控制輸出百分比Fout2=Fset/(G2’/Fout1)。系統不斷計算每個周期的速率并且在下周期進行補償,保證當前補料速率的準確。

再多了解一些
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