專利名稱：用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年國內(nèi)不少抗生素生產(chǎn)企業(yè)雖采用了自動控制系統(tǒng)，但很少涉及立體化、多層次的智能模糊控制技木，極少涉及以節(jié)能減排為目標(biāo)的多元化、多變量、多參數(shù)測量補(bǔ)償最優(yōu)控制。一般情況制藥エ廠所謂的節(jié)能措施只是對電機(jī)進(jìn)行簡單的變頻控制，難以處理信息量巨大、算法復(fù)雜的大容量、大滯后、非線性、多相的生物生命系統(tǒng)的過程參數(shù)的優(yōu)化控制。 這種簡單的變頻調(diào)節(jié)方式是根據(jù)發(fā)酵過程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡單的階梯形調(diào)節(jié)攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量。如果環(huán)境的溫度、濕度、酸堿度、溶氧、攪拌效果、震動條件、系統(tǒng)傳遞誤差等發(fā)生變化，很可能會導(dǎo)致藥效下降或批次性生產(chǎn)報(bào)廢，產(chǎn)生巨大的資源和能源的浪費(fèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有生物制藥技術(shù)中的電能的利用效率較低的問題，提供一種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供的一種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)包括中央控制系統(tǒng)單元、整流逆變系統(tǒng)単元、驅(qū)動器、信號檢測單元及傳感器、誤差數(shù)字仿真器和諧波抑制単元，所述中央控制系統(tǒng)單元分別連接整流逆變系統(tǒng)単元、誤差數(shù)字仿真器和諧波抑制単元，所述信號檢測單元及傳感器連接所述誤差數(shù)字仿真器。還可以包括驅(qū)動器，該驅(qū)動器分別與中央控制系統(tǒng)單元、諧波抑制単元和整流逆變連接成。所述中央控制系統(tǒng)單元可以包括能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時計(jì)算特定發(fā)酵效價(jià)下最低電耗函數(shù)的微計(jì)算機(jī)、信號處理電路、監(jiān)控系統(tǒng)和指令接收器。信號檢測單元及傳感器可以包括溫度傳感器、壓カ傳感器、溶氧儀、PH分析儀、震動傳感器及電壓電流傳感器及處理電路。所述誤差數(shù)字仿真器可以包括預(yù)置單元、譯碼單元、補(bǔ)償控制、整形與伺服系統(tǒng)和信號優(yōu)化電路。所述諧波抑制単元可以包括諧波采樣單元、諧波補(bǔ)償單元和濾波單元。利用本實(shí)用新型能夠解決現(xiàn)有生物制藥技術(shù)中的電能的利用效率較低的問題，能夠在不影響生物發(fā)酵效果的前提下，最大能力提高電能的利用效率。

圖I為用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)原理圖；[0014]圖2為用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型包括多方面新技術(shù)的應(yīng)用，其中包括抗生素發(fā)酵過程代謝特性、動カ學(xué)理論、誤差數(shù)字仿真技術(shù)、信息傳感采集技術(shù)、新型電機(jī)矢量控制技術(shù)、諧波抑制能量轉(zhuǎn)化技術(shù)、模糊控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)生物發(fā)酵綜合目標(biāo)為前提，提高有功電能利用率和優(yōu)化過程控制為手段，并且結(jié)合了國外先進(jìn)的生物化工、自動控制、數(shù)字變頻、能源轉(zhuǎn)換、提高效率、減少誤差等領(lǐng)域的技術(shù)，是ー種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)。如圖I所示，該控制系統(tǒng)的工作主要涉及通過中央計(jì)算機(jī)(中央控制系統(tǒng))接收傳感器輸入諧波抑制単元得到的信號反饋以及模擬量輸入數(shù)據(jù)采集器得到的數(shù)據(jù)；中央計(jì) 算機(jī)與觸摸顯示器和驅(qū)動單元的交互；驅(qū)動單元與諧波抑制単元的交互；驅(qū)動器對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動輸出；電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)對發(fā)酵罐進(jìn)行攪拌。如圖2所示，發(fā)酵罐上設(shè)置的各種傳感器通過信號采集器向發(fā)酵用節(jié)電器(工作原理如圖I所示)提供數(shù)據(jù)信號，驅(qū)動電機(jī)通過皮帶輪變速傳動機(jī)構(gòu)對發(fā)酵罐進(jìn)行攪拌。如圖3所示，該控制系統(tǒng)的核心部分(相當(dāng)于圖2中的發(fā)酵用節(jié)電器)包括中央控制系統(tǒng)單元、整流逆變系統(tǒng)単元(本単元中采用了部分變頻技術(shù))、驅(qū)動器、信號檢測單元及傳感器、誤差數(shù)字仿真器、諧波抑制単元。中央控制系統(tǒng)包括微計(jì)算機(jī)、信號處理電路、監(jiān)控系統(tǒng)、指令接收器、；整流逆變系統(tǒng)包括整流、濾波、逆變、頻率調(diào)節(jié)、自動保護(hù)用的切換裝置；驅(qū)動器包括功率分析、能量疊加；信號檢測單元及傳感器包括溫度傳感器、壓カ傳感器、溶氧儀、PH分析儀、震動傳感器及電壓電流等傳感器及處理電路；誤差數(shù)字仿真器包括預(yù)置單元，譯碼單元，補(bǔ)償控制，整形與伺服系統(tǒng)，信號優(yōu)化電路；諧波抑制單元包括諧波采樣單元，諧波補(bǔ)償單元，濾波單元。研究發(fā)酵過程微生物呼吸代謝變化規(guī)律，確定細(xì)胞生長和產(chǎn)物合成階段的酸堿度、溫度、溶解氧特性。研究發(fā)酵過程中，電機(jī)攪拌引起的料液翻動方式與微生物呼吸代謝變化規(guī)律。研究發(fā)酵過程中不同發(fā)酵階段通氣速率、攪拌轉(zhuǎn)速、溫度、震動、溶氧、酸堿度等參數(shù)的變化對藥效的影響。通過對發(fā)酵過程特性進(jìn)行辨識、并對反應(yīng)器容量效應(yīng)進(jìn)行研究，建立自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自診斷的數(shù)學(xué)模型，確定相關(guān)參數(shù)的影響權(quán)重，將發(fā)酵過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建摸，并且按照數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自動策略調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)實(shí)時調(diào)整，從而提高能量利用效率與發(fā)酵效果的最優(yōu)化。在正常運(yùn)行時，傳感器將信號傳輸給信號檢測單元，信號檢測單元將進(jìn)行處理后的信號傳輸給誤差仿真器和中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)判讀通氣速率、攪拌轉(zhuǎn)速溫度、震動、溶氧、PH值等參數(shù)，確定相關(guān)參數(shù)對藥效影響的權(quán)重系數(shù)，以不改變制藥效價(jià)為前提，通過參數(shù)分析模塊實(shí)時計(jì)算出總電耗最低的目標(biāo)函數(shù)，從而通過程序分析函數(shù)上各項(xiàng)參數(shù)，確定最優(yōu)的設(shè)備輸出變量。傳入誤差仿真器的信號通過補(bǔ)償后再次傳輸給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)結(jié)合諧波情況、電機(jī)控制情況提供補(bǔ)償策略，補(bǔ)償策略反饋給誤差仿真器，當(dāng)中央控制器二次接收到經(jīng)過補(bǔ)償后的信號后，結(jié)合三電平矢量控制、諧波利用信號、功率因數(shù)、電壓、電流波形信號對比一次處理中得出的最優(yōu)設(shè)備輸出變量，綜合分析處理后，向整流逆變驅(qū)動單元發(fā)出指令，提供驅(qū)動信號。這樣就能在保障藥效的前提下能夠最大限度地將制藥系統(tǒng)的用電量降低；或者在現(xiàn)有用電量的基礎(chǔ)上能夠最大限度地將藥效提高，提高電能的轉(zhuǎn)換效率。另外系統(tǒng)中央控制器具有故障自切換功能，當(dāng)溫度、震動等指標(biāo)超過警戒值時，中央控制系統(tǒng)可以直接控制芳路系統(tǒng)，將攬祥機(jī)和空壓機(jī)接入市電運(yùn)彳丁，冋時中央控制系統(tǒng)通過監(jiān)控界面或信號燈給操作人員提示報(bào)警。利用本實(shí)用新型提供的用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性高效節(jié)能控制系統(tǒng)，研究不同發(fā)酵階段溫度、震動、通氣量、溶氧、酸堿平衡度對系統(tǒng)藥效的影響，研究不同調(diào)節(jié)手段對藥 效的影響權(quán)重，并根據(jù)藥效變化和系統(tǒng)傳感器參數(shù)變化判斷出下一步控制的最優(yōu)攪拌頻率值。具體最優(yōu)攪拌頻率計(jì)算方法如下最優(yōu)攪拌輸出頻率=溫度目標(biāo)頻率*0. 1+震動目標(biāo)頻率*0. 05+通氣量目標(biāo)頻率*0. 1+溶氧目標(biāo)頻率*0. 5+酸堿度目標(biāo)頻率*0. I溫度目標(biāo)頻率當(dāng)Al <溫度< A2時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率，當(dāng)溫度< Al時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率+1，頻率上限為50HZ。當(dāng)溫度> A2時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率+1，頻率上限為50HZ。震動目標(biāo)頻率當(dāng)震動振幅< B,目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率，當(dāng)震動振幅> B，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率-1，頻率的下限時36HZ。通氣量目標(biāo)頻率當(dāng)通氣量〉C時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率，當(dāng)通氣量く C時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率+1溶氧目標(biāo)頻率當(dāng)Dl く溶氧值く D2吋，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率，當(dāng)溶氧值< Dl時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率+1，頻率上限為50HZ時。當(dāng)溶氧值> D2時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率-1，頻率下限為36HZ時。酸堿度目標(biāo)頻率當(dāng)El <酸堿度< E2吋，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率，當(dāng)酸堿度< El時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率+1，頻率上限為50HZ。當(dāng)酸堿度> E2時，目標(biāo)頻率=當(dāng)前頻率+1，頻率上限為50HZ。其中Al、A2、B、C、DU D2、EU E2，這些函數(shù)需要需要藥業(yè)エ藝實(shí)驗(yàn)時進(jìn)行樣品數(shù)據(jù)采集摸索。如，青霉素我們摸索的這個值如下Al = 40°C、A2 = 70°C、B = O. 24mm、C =
O.8MPa、Dl =最高溶氧峰值的40%、D2 =最高溶氧峰值的80%、El = 6. 95、E2 = 6. I。
權(quán)利要求1.一種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括中央控制系統(tǒng)單元、整流逆變系統(tǒng)単元、驅(qū)動器、信號檢測單元及傳感器、誤差數(shù)字仿真器和諧波抑制単元，所述中央控制系統(tǒng)單元分別連接整流逆變系統(tǒng)単元、誤差數(shù)字仿真器和諧波抑制單元，所述信號檢測單元及傳感器連接所述誤差數(shù)字仿真器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動器分別與中央控制系統(tǒng)單元、諧波抑制単元和整流逆變系統(tǒng)單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制系統(tǒng)單元包括能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時計(jì)算特定發(fā)酵效價(jià)下最低電耗函數(shù)的微計(jì)算機(jī)、信號處理電路、監(jiān)控系統(tǒng)和指令接收器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，信號檢測單元及傳感器包括溫度傳感器、壓カ傳感器、溶氧儀、PH分析儀、震動傳感器及電壓電流傳感器及處理電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差數(shù)字仿真器包括預(yù)置單元、譯碼單元、補(bǔ)償控制、整形與伺服系統(tǒng)和信號優(yōu)化電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波抑制單元包括諧波采樣單元、諧波補(bǔ)償單元和濾波單元。
專利摘要本實(shí)用新型針對現(xiàn)有生物制藥技術(shù)中的電能的利用效率較低的問題，提供了一種用于大宗發(fā)酵產(chǎn)品的非線性綜合節(jié)能控制系統(tǒng)。其包括中央控制系統(tǒng)單元、整流逆變系統(tǒng)單元、驅(qū)動器、信號檢測單元及傳感器、誤差數(shù)字仿真器和諧波抑制單元，所述中央控制系統(tǒng)單元分別連接整流逆變系統(tǒng)單元、誤差數(shù)字仿真器和諧波抑制單元，所述信號檢測單元及傳感器連接所述誤差數(shù)字仿真器。利用本實(shí)用新型能夠解決現(xiàn)有生物制藥技術(shù)中的電能的利用效率較低的問題，能夠在不影響生物發(fā)酵效果的前提下，最大能力提高電能的利用效率。
文檔編號G05B13/02GK202649712SQ20122025256
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者李麗 申請人:李麗, 北京中鼎恒業(yè)科技有限公司