生物检测课件第一章课件.ppt

生物反应过程检测与调控 卢庆华 要求： 1、掌握自动控制系统的基本概念； 2、掌握自动化仪表的工作原理和使用方法； 3、了解发酵工业生产过程中工艺过程的检测和控制原理。 为其适应现代化工厂中生产过程操作和管理奠定基础。 生物反应过程：是指生物技术的实验成果经工艺及工程开发成为可供公共生产的工艺过程。 实质上是利用微生物催化进行生物技术产品的生产过程。 第一章 导论 1、何为(过程)自动化？ 2 、生化过程需控制的参数 3、自动化技术、自动化仪表的简要发展过程 4、检测仪表 1.1自动化 1、概念 从工艺的角度看：在工艺设备上，配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的（部分）直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，也即：用自动化装置来管理设备（生产过程），使之正常运行。 从控制的角度： 所谓自动化是使工艺参数保持在需要的值或者状态上，或者使生产过程按照一定的程序或者步骤运行，保证生产过程运行在最佳状态(理解)。 所谓“自动控制”是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之有目的地修正被控对象的动力学行为，以达到预期的状态或满足预期的性能要求。 2、化工自动化的目的 1、加快生产速度，降低生产成本，提高产品的数量和质量。 2、降低劳动强度，改善劳动条件。 3、确保生产安全 4 、改善劳动方式，消灭体力脑力差别。 人工操作 自动控制 沈阳凌空污水处理厂自控系统操作室 梅兰集团热电公司第二热电厂中控室 总之炼油、化工、冶金、电力、生物、制药等工业过程的生产规模越来越向大型化、复杂化方向发展，各种类型的自动控制技术已经成了现代工业生产实现安全、高效、优质、低耗的基本条件和重要保证。 1.2生化过程参数测量 1、物理参数 反应器T，P，V，泡沫高度H，搅拌速率ω,搅拌电流I，空气流量FA，冷却水流量Fw和进出口温度 2、化学参数 pH，溶解氧浓度（DO) 3、生物参数 ①呼吸代谢参数； ②发酵热； ③生物质、基质和产物。 1.3自动化仪表及自动化技术的发展历程 20世纪40年代 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。 20世纪40年代末～50年代 自动控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统； 自动化仪表：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表； 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论。 20世纪60年代 自动控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。 自动化仪表：单元组合仪表成为主流产品。60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型出系统领域。 计算机，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。 控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制理论为基本特征的现代控制理论,传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出。 20世纪70～80年代 自动控制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、 模糊控制。 自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器 (PLC) 、工业PC机、和数字控制器等，已成为控制装置的主流。 控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。模糊控制、专家系统控制、模式识别技术 20世纪90年代至今：信息技术飞速发展 自动控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。 自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。 控制理论：人工智能、神经网络控制 对于经典控制理论、现代控制理论以及智能控制理论而言，并非意味着相互的否定和排斥，它们之间有着共同发展、互相渗透、相互结合的发展关系。 需要提出的是，在当今的过程控制领域中，几乎有90％以上的控制回路仍然沿用经典的PID控制算法或PID控制算法的变形，并能够获取比较满意的控制效果 。 1.4检测仪表 在工业生产中，为了正确地指导生产操作、保证生产安全、提高产品质量和实现生产过程自动化，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中的各个有关参数，用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表。 压力式温度计 薄膜型铂热电阻 玻璃棒温度计 温度检测仪表 双金属温度计 * * 进料口 H 出料口 测量仪表 设定值 控制器 压力检测仪表 电传远式转子流量计 SF14转子流量计 流量检测仪表 智能电磁式流量计 涡街流量计 在线式热式质量流量计 物位检测仪表 浮球式液位计 浮筒液位计 翻版式液位计 静压液位计 差压液位计 *