发酵过程的现代自动化控制技术.pptx

发酵过程的现代自动化控制技术;专长：微生物工程、生物催化 联系方式： 0571E-mail: yuanshan@zjut.edu.cn 欢迎指正！;什么是发酵过程自动化控制？ 所谓发酵过程自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使发酵过程过程自动地按照预定的规律运行。;参考教材;内容;一、绪论;1. 生物过程控制的重要性;2. 传统过程和生物过程控制和优化理论的区别;2. 传统过程和生物过程控制和优化理论的区别;3. 生物过程控制与优化的目的及研究内容;3. 生物过程控制与优化的目的及研究内容;过程控制和优化的目标函数是？ 有没有能够描述过程动力特征的数学模型可以利用？如何建立？ 为实现优化目标，需要掌握什么样的情报?需要计测哪些状态变量？ 用来实现优化与控制的操作变量是？ 可以在线计量的状态变量是？据此推定的不可测状态变量、过程特性或模型参数和环境条件？ ;;4. 发酵过程控制概论;反馈控制器根据测量值与被测量值的偏差自动对操作变量进行调整与修改，将测量值迅速和稳定的控制在设定值附近。 反馈控制器的建立与调整离不开有效的数学模型。 ;控制系统按数学模型分类;5. 发酵过程的状态变量、操作变量和可测量变量;6. 用于发酵过程控制和优化的各类数学模型;包含代谢网络模型在内，考虑到细胞内构成成分变化。最真实可靠，难建模，不能直接应用； ;2. 黑箱性质模型：;3. 非构造式数学模型;二、发酵过程的参数检测技术;;测参数的测量形式分为： 就地信号系统，在线测量系统和离线测量。 特点：需要检测的参数种类多 测量难度： 传感器须耐高温； 固形物附着传感器； 气泡干扰； 产生灭菌死角； 成分分析难以转化为电信号。 ;;需要测定的微生物反应工程参数;参数;1、物理参数检测;1、物理参数检测;1、物理参数检测;1、物理参数检测;1、物理参数检测;1、物理参数检测;1、物理参数检测;;2、化学参数检测;2、化学参数检测;采用耐高温消毒的带金属护套的玻璃极谱电极 用复合膜使电极与被测溶液分开 原理：氧分子在阴极上还原，而产生电流，电流和被还原的???量成正比，测出此电流值就可以确定发酵液的溶氧浓度。 ;;瑞士 HAMILTON 溶氧电极;2、化学参数检测;3．溶解CO2浓度的检测 CO2通过特殊选择特性的微孔膜进入饱和碳酸氢钠缓冲溶液中，平衡后显示的pH与溶解的CO2浓度成正比。 测定范围是1.5~150g/m3 ;2、化学参数检测;5）细胞浓度的测定;3、间接参数检测;在线分析仪器设备;4．高压液相分析系统（HPLC）;;实质是将样品送至检测装置的一种手段，可以直接将样品送至检测装置，也可与载气、反应剂混合送至检测系统 ;;4．映像在线监控系统;生物传感器在发酵过程检测中的应用;;（二）在线发酵仪器的研究进展 ;间接测量：软测量技术;二、发酵过程的自动控制;过程控制系统的发展状况及特点;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 过程控制系统：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（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论;20世纪60年代： 过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。;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;控制理论：人工智能、神经网络控制;过程控制系统特点;过程控制的主要内容 ;自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统：根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作 自动开停车系统：按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入运行或自动停车 自动控制系统： 利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时，能自动的回到规定范围。;过程控制系统的组成;过程控制系统的两种表示形式;绘制方框图注意事项;过程控制系统的两种表示形式;过程控制系统的主要类型;过程控制系统的主要类型;过程控制系统的主要类型;过程控制系统的主要类型;过程控制系统的性能指标及要求;在阶跃信号作用下，被控变量随时间的变化有以下几种形式;自动化技术的应用范畴 ;1.计算机控制系统及其组成 图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。 偏差 控制量;2 计算机控制系统的工作原理 （1）实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值