一种海洋溶菌酶发酵过程控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术是一种海洋溶菌酶发酵过程控制装置，该装置包括发酵罐（1）、参数测量装置、单片机（32）、PLC控制模块（33）、光耦驱动电路（35）、执行机构以及上位机（36）。所述单片机嵌入了海洋溶菌酶发酵关键参数软测量算法，能够预测发酵过程底物浓度、菌体浓度和相对酶活，并且通过算法进行解耦，计算出所需调节的环境参数的变化量，送入PLC控制模块中。所述PLC控制器采用模糊PID对温度和pH值进行控制，通过常规PID控制搅拌转速、罐内压力和补料速率。实现了对发酵过程环境参量的多点采集、关键参量的解耦控制，提高了系统的可靠性，使控制更加精确可靠。

A marine lysozyme fermentation process control device

【技术实现步骤摘要】
一种海洋溶菌酶发酵过程控制装置
本技术是一种用于解决海洋溶菌酶发酵过程中关键参量(基质浓度、菌体浓度以及相对酶活)难以实时测量及控制，属于海洋溶菌酶生产装置的

技术介绍
海洋溶菌酶具有抗氧化及溶菌谱广的特点，能专一性地作用于细菌细胞壁肽聚糖分子，使细菌细胞壁变得松驰而达到溶解细菌的效果，其产品应用在医学治疗、食品工业、畜禽养殖与生物工程等众多领域中。随着抗生素生产的迅速发展和广泛应用，在临床上引起了两个突出问题：一是细菌的耐药性逐年增加，致使一些抗生素的疗效降低，甚至无效；二是一些不致病的细菌成为条件致病菌。因此，对于溶菌酶的需求量越来越大，现存的溶菌酶数量很难解决市场供需矛盾。而对海洋溶菌酶发酵过程关键参数软测量及控制，可以掌控发酵过程进展程度，利于各种基质补料以及控制微生物的代谢，控制发酵产品质量，对于海洋溶菌酶的工业化生产具有重要的实际意义。在传统的控制方式中，常采用的是单一的单片机或者单一的PLC控制方法。单片机具有集成度高、体积小、控制功能强、易扩展、低功耗等优点，性价比较高，常用于数据采集系统；但用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，对环境依赖性强，开发周期长。而PLC是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强、故障率低、易于设备的扩展、便于维护、高可靠性和稳定性、开发周期短；但PLC的体系结构是封闭的，需要特定的控制规程，并且学习特定的编程语言。
技术实现思路
技术问题：本技术的目的是提供一种海洋溶菌酶发酵过程控制装置，采用PLC与单片机联动控制，传感器将采集到的数据经过处理后通过数据线传送给单片机，在单片机中嵌入智能算法，可以实现对发酵过程环境参量的多点采集、关键参量的解耦控制，可以较大范围对各类参数进行采集控制。PLC的应用越来越广泛，现如今已经逐步取代其它能耗高、体积庞大、可靠性差的控制系统，与单片机联动控制的优势在于避免了单片机控制的不稳定及抗干扰能力差，提高了系统的可靠性，使控制更加精确可靠。技术方案：本技术的一种海洋溶菌酶发酵过程控制装置，包括发酵罐、参数测量装置、模拟信号调整器、多路选择开关CD4051、可变增益放大器AD526、单片机、PLC控制模块、8255并口扩展口、光耦驱动电路、执行机构以及上位机；所述参数测量装置中的各类传感器通过模拟信号调整器、多路选择开关CD4051以及可变增益放大器AD526连接于A/D转换模块，A/D转换转换模块连接于单片机，单片机经由GPIO模块连接与PLC控制模块，PLC控制模块连接8255并口扩展口，将信号发送至光耦驱动电路用于控制执行机构工作，所述执行机构用于对发酵时的温度、压力、搅拌转速、溶解氧浓度、pH参数进行调节并显示在上位机中。其中：在所述发酵罐上安装有温度传感器T1(Pt100)、第一流量仪、DO传感器、pH传感器、压力仪、光电编码器、温度传感器T2(Pt100)、第二流量仪分别用于海洋溶菌酶发酵罐内温度、空气流量、溶解氧浓度、pH值、压力、电机转速等参数的检测。海洋溶菌酶发酵罐外层设有夹套，夹套顶部设有进水口，底部设有出水口，进水口与出水口连接在水槽中，水槽与冷却水出水口相连接，水槽里放置有加热器；所述执行机构包括与搅拌机构相连接的调速器，与发酵罐上部输入端管道相连接的第一进气口电动调节阀、第二进气口电动调节阀与第三进气口电动调节阀，与供水系统水槽相连接的冷却水电磁阀与加热器，与发酵搅拌装置相连接的第一补酸用蠕动泵、第二补碱用蠕动泵、补消泡液用蠕动泵3、第一补料用蠕动泵与第二补料用蠕动泵。所述PLC控制器采用PLC与单片机联动控制，预测发酵过程底物浓度、菌体浓度和相对酶活，并且计算出所需调节的环境参数的变化量，送入PLC控制模块中由该模块进行调节；由PLC控制模块发出信号：打开冷却水电磁阀控制冷却水的流入或控制加热器工作控制流入夹套中水的温度；第二控制蠕动泵进行补碱，第一控制蠕动泵补酸调节pH；通过控制控制搅拌电机的转速，第一进气口电动调节阀、第二进气口电动调节阀、第三进气口电动调节阀的开关调节罐内溶解氧浓度、罐内压力与空气流量；第三通过控制蠕动泵增加消泡液；第四控制蠕动泵、第五蠕动泵进行补料添加，同时通过调速器控制电机转速，使得补料更均匀的添加到发酵液中。有益效果：本技术对温度的调节是通过冷却水电磁阀以及加热器来完成的，当罐内温度较低时，调整加热器的开关以及加热功率，升高流入夹套内的水温，带动罐内温度的升高，需要降低罐内温度时，打开冷却水电磁阀，通讯循环冷却水，使温度降低，由于发酵罐内温度变化具有较强的时滞性，因此采用模糊理论整定PID参数。同样pH值的控制也具有时滞性和非线性，因此控制pH值的执行机构：第一补酸用蠕动泵、第二补碱用蠕动泵同样采用模糊PID来控制。附图说明以下结合附图和具体实施对本技术作具体的介绍。图1为本技术海洋溶菌酶发酵过程控制装置结构示意图；图2为本技术控制装置各模块连接关系示意图。发酵罐1、夹套2、进水口3、出水口4、水槽5、冷却水出水口6、第一温度传感器7、第一流量仪8、DO传感器9、pH传感器11、压力仪13、搅拌电机14、光电编码器15、第二温度传感器16、第二流量仪17、调速器18、第一进气口电动调节阀19、第二进气口电动调节阀20、第一进气口电动调节阀21、冷却水电磁阀22、加热器23、第一补酸用蠕动泵24、第二补碱用蠕动泵25、第三补消泡液用蠕动泵26、第一补料用蠕动泵27、第二补料用蠕动泵28、模拟信号调整器29、多路选择开关CD405130、可变增益放大器AD52631、单片机32、PLC控制模块33、8255并口扩展口34、光耦驱动电路35、执行机构以及上位机36。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明。图1为本技术海洋溶菌酶发酵过程控制装置结构示意图，包括发酵罐1、参数测量装置、模拟信号调整器29、多路选择开关CD4051、可变增益放大器AD526、单片机32、PLC控制器模块33、8255并口扩展口34、光耦驱动电路35、执行机构以及上位机36。所述参数测量装置中的各类传感器通过模拟信号调整器29、多路选择开关CD4051以及可变增益放大器AD526连接于A/D转换模块，A/D转换转换模块连接于单片机32，单片机32经由GPIO模块连接与PLC控制模块33，PLC控制模块33连接8255并口扩展口34，将信号发送至光耦驱动电路35用于控制执行机构工作，所述执行机构用于对发酵时的温度、压力、搅拌转速、溶解氧浓度、pH等参数进行调节；所述传感器用于检测海洋溶菌酶发酵时的温度、压力、搅拌转速、溶解氧浓度、pH值等参数通过模拟信号调整器29的模拟信号，这些模拟信号经A/D转换模块转换变成数字信号后送入单片机32中进行底物浓度、菌体浓度、相对酶活这三个状态量的软测量，再由解耦算法计算出对应的环境参数变化量，发送至PLC控制模块33中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋溶菌酶发酵过程控制装置，其特征在于：包括发酵罐（1）、参数测量装置、模拟信号调整器（29）、多路选择开关CD4051（30）、可变增益放大器AD526（31）、单片机（32）、PLC控制模块（33）、8255并口扩展口（34）、光耦驱动电路（35）、执行机构以及上位机（36）；/n所述参数测量装置中的各类传感器通过模拟信号调整器（29）、多路选择开关CD4051（30）以及可变增益放大器AD526（31）连接于A/D转换模块，A/D转换转换模块连接于单片机（32），单片机（32）经由GPIO模块连接与PLC控制模块（33），PLC控制模块（33）连接8255并口扩展口（34），将信号发送至光耦驱动电路（35）用于控制执行机构工作，所述执行机构用于对发酵时的温度、压力、搅拌转速、溶解氧浓度、pH参数进行调节并显示在上位机（36）中。/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋溶菌酶发酵过程控制装置，其特征在于：包括发酵罐（1）、参数测量装置、模拟信号调整器（29）、多路选择开关CD4051（30）、可变增益放大器AD526（31）、单片机（32）、PLC控制模块（33）、8255并口扩展口（34）、光耦驱动电路（35）、执行机构以及上位机（36）；
所述参数测量装置中的各类传感器通过模拟信号调整器（29）、多路选择开关CD4051（30）以及可变增益放大器AD526（31）连接于A/D转换模块，A/D转换转换模块连接于单片机（32），单片机（32）经由GPIO模块连接与PLC控制模块（33），PLC控制模块（33）连接8255并口扩展口（34），将信号发送至光耦驱动电路（35）用于控制执行机构工作，所述执行机构用于对发酵时的温度、压力、搅拌转速、溶解氧浓度、pH参数进行调节并显示在上位机（36）中。


2.根据权利要求1所述的海洋溶菌酶发酵过程控制装置，其特征在于：在所述发酵罐（1）上安装有第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永琪，诸紫燕，
申请(专利权)人：江苏科海生物工程设备有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32