[发明专利]一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置和方法

说明书

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置和方法，补料装置包括质量流量计、气动调节阀、PLC控制器和上位机，质量流量计测量管道中营养液的瞬时流速，质量流量计将测得的瞬时流速PV传送至PLC控制器，上位机根据发酵罐内的微生物数量随时间的增长方式设置设定流速SV，上位机将设定流速SV传输给PLC控制器，PLC控制器调节气动调节阀的打开比例，使得瞬时流速PV接近设定流速SV。本发明按照发酵罐内的微生物数量随时间增长方式进行科学合理的补料，有效的促进了微生物的生长。

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置和方法。

背景技术

发酵罐生产过程是微生物不断生长和分裂的过程。微生物的数量跟随时间呈现为线性、指数、对数增长方式，不同的微生物或者相同微生物在不同的生产工艺下数量的增长方式是不同的，可能为一种增长方式，也可能为多种增长方式的组合。伴随着设备中微生物数量的变化，对补料的需求量也是对应变化的。

补料是指通过某些方法向发酵罐中加入营养物质保证微生物的生长和分裂，如果加入量不够则微生物会因为缺乏养分而导致生长迟缓，如果加入量过多也会因为物料浓度变化等原因起到反作用抑制微生物的生长。

如图4所示，现有的为发酵罐内的微生物补料的装置主要是通过流量计7测量流速，人工调节手动阀6来改变流速值为发酵罐内的微生物补料，无法按照微生物的增长方式进行补料，极有可能造成抑制微生物的生长或导致微生物的生长迟缓的不利后果。

发明内容

本发明提供了一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置和方法，使得发酵罐内的微生物数量随时间呈现线性、指数、对数中的一种或几种组合增长方式时，营养液根据微生物数量的增长方式自动向发酵罐中的微生物补料。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置，包括质量流量计、气动调节阀、PLC控制器和上位机，发酵罐内的微生物数量随时间呈现线性、指数、对数中的一种或几种组合增长方式，营养液通过管道向发酵罐中的微生物补料，质量流量计测量管道中营养液的瞬时流速，质量流量计将测得的瞬时流速PV传送至PLC控制器，上位机根据发酵罐内的微生物数量随时间的增长方式设置设定流速SV，上位机将设定流速SV传输给PLC控制器，PLC控制器调节气动调节阀的打开比例，使得瞬时流速PV接近设定流速SV。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置的补料方法，补料方法包括如下步骤：

S1、上位机根据微生物数量随时间的增长方式获取设定流速SV；

S2、PLC控制器获取设定流速SV和瞬时流速PV，PLC控制器通过PID算法得到气动调节阀的打开比例，使得营养液通过管道向发酵罐中的微生物补料。

作为本发明的优化方案，PLC控制器通过PID算法得到气动调节阀的打开比例为：

公式1

公式1中：u(t)为气动调节阀的打开比例；K_p为比例增益，是调适参数；K_i为积分增益，是调适参数；K_d为微分增益，是调适参数；t为目前时间；e(t) = 设定流速SV-瞬时流速PV。

作为本发明的优化方案，微生物数量随时间呈线性增长方式时，设定流速SV为：

公式2