[发明专利]一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法

权利要求书

1.一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法，其特征是，所述生物反应器全参数检测系统，如图1所示，由生物反应器、搅拌器电、电子称重仪、液位变送器、pH值测量仪、溶解氧测量仪、温度变送器、控制系统、O2浓度仪、CO2浓度仪、压力传感器、空气阀、空气流量计、冷却水阀、冷却水流量计、称重仪、进料阀与放料阀组成。

2.如权利要求1所述的一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法，其特征是，所述控制系统，如图2所示，主要由嵌入式微控制器和现场可编程门阵列(FPGA)器件、温度测控模块、压力测控模块、流量测控模块、浓度测控模块、pH值测控模块、重量测控模块、GSM模块、本地和网络PC、LCD控制、各种传感器、打印机及检测控制模块组成；实现生物反应器的参数检测、现场显示、现场控制等功能，同时实现生物反应器温度、压力、流量、浓度与液位的自动化控制；所述可编程门阵列(FPGA)器件，提供大量RAM空间来保存中间参数和查表计算，提供大量的通用I/O接口，用于输入输出模块以及快速响应精确的PWM调制功能；所述检测测量模块，主要由传感器、信号调整及采集等组成，实现生物反应器温度、压力、流量、浓度与液位以及各主要部件的状态的测量；所述控制模块主要由驱动及执行机构组成，实现气阀、水阀、电动机、变频器等的驱动与控制；所述LCD触摸屏、IDE硬盘、打印机协调工作以实现生物反应器全参数的实时采集、显示、输出与数据存储，以及生物反应器温度、压力、流量、浓度与液位参数的设置与控制等功能；所述GSM模块，实现工业现场的无线监测，本地PC可用于远程控制，网络PC可扩展为正在兴起的网络控制；所述嵌入式微处理器，需要提供较强的控制能力、USART接口、ADC转换功能、LCD触摸屏与USB口等，对该生物反应器全参数要进行大量的数据运算和处理。

3.如权利要求1与权利要求2所述的一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法，其特征是，所述生物反应器的温度测量和控制采用模糊控制，自动控制流程如图3所示，设定特定的反应器温度，经温度传感器测定的反应器温度经过模糊划分后，送入模糊控制网络，生成控制子集，通过转化器产生PWM脉宽调制用的频率值与占空比，然后生成PWM驱动信号，驱动电力电子器件，电源输出给冷却水阀，通过冷却水流量计及调整电路，形成相应流量值和流量变化率，根据流量值和流量变化率控制器对输出频率和占空比进行调整，通过对冷却水阀的开关调节设置和控制冷却水流量计的流量，实现生物反应器温度的检测与控制。

4.如权利要求1与权利要求2所述的一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法，其特征是，所述生物反应器的压力测量和控制采用模糊控制，自动控制流程如图3所示，设定特定的反应器压力，经压力传感器测定的反应器压力经过模糊划分后，送入模糊控制网络，生成控制子集，通过转化器产生PWM脉宽调制用的频率值与占空比，然后生成PWM驱动信号，驱动电力电子器件，调节空气阀，通过调节空气流量计的流量及调整电路，形成相应空气流量计流量值和流量变化率，根据流量值和流量变化率控制器对输出频率和占空比进行调整，通过对空气阀的开关调节设置和控制，空气流量计流量实现生物反应器压力的检测与控制。

5.如权利要求1与权利要求2所述的一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法，其特征是，所述生物反应器的流量测量和控制，冷却水流量计的流量由控制系统调节冷却水阀的开度来实现；空气流量计的流量由控制系统调节空气阀的开度来实现，实现生物反应器流量的检测与控制。

6.如权利要求1与权利要求2所述的一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法，其特征是，所述生物反应器的液位测量和控制，由液位变送器测量生物反应器内的夜位，由控制系统调节进料阀和出料阀的开度来实现生物反应器液位的检测与控制。

7.如权利要求1与权利要求2所述的一种生物反应器全参数检测系统及其测量控制方法，其特征是，所述生物反应器的pH值测量和控制，通过pH值测量仪测量反应器内物料pH值；所述生物反应器的氧浓度测量和控制，通过溶解氧测量仪测量反应器内物料溶解氧浓度，通过O2浓度仪测量反应器内气相氧浓度；所述生物反应器的CO2浓度测量和控制，通过CO2浓度仪测量反应器内CO2浓度；所述生物反应器的重量测量和控制，通过电子称重仪测量反应器内物料重量；上述测量数据并通过传感器变送传到控制系统，控制系统进行数据计算和处理，根据反应工艺和控制要求进行相应的调节和控制，来实现生物反应器全参数检测与控制。