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固體發酵罐的十個優點以其更好的适用于各種抗性的菌種

作者:發酵罐 時間:2018-02-19 19:11
固體發酵罐适用于各種抗性的菌種好氧和厭氧固體發酵工藝。其特殊性能關鍵是通過采用立式罐體結構及其攪拌裝置、罐内頸部設置破碎複混裝置、外部設置夾套水浴恒溫、真空、蒸汽供給、空氣處理、電氣控制等裝置來實現的,可有效解決長期困擾固 信息摘要:
固體 發酵罐 的十個優點以其更好的适用于各種抗性的菌種好氧和厭氧固體 發酵 工藝 固體發酵罐适用于各種抗性的菌種好氧和厭氧固體發酵工藝。其特殊性能關鍵是通過采用立式罐體結構及其攪拌裝置、罐内頸部設置破碎複混裝

固體發酵罐的十個優點以其更好的适用于各種抗性的菌種

發酵罐溫控系統之PID控制器講解

常規的PID調節方法,即比例、積分、微分控制規律。是在工業生産中應用最廣泛、研究得最成熟的一種簡單的自适應控制方式,即使在歐、美、日等工業發達的國家,采用現代的高級控制算法的回路數也僅占很小的比例,90%以上的控制回路基本上還是采用PID控制算法。

發酵罐溫控系統采用PID控制算法的三個原因:

1. 錐形發酵罐溫度控制系統的PID控制不要求嚴格掌握被控對象的數學模型,而現代的控制算法是以精确的數學模型為基礎的。

2. 發酵罐溫度控制系統的PID控制算法結構簡單、穩定性好、物理概念清晰等,容易被現場工程師所接受。

3. 在近半個世紀的PID算法發展過程中,廣大工程技術人員已經積累了豐富的經驗,摸索出了一系列整定PID參數的方法。

對于發酵罐溫度控制系統的PID控制盡管取得了一系列的研究成果和應用經驗,但人們對發酵罐溫度控制系統的PID的認識和改進還遠沒有完成。到目前為止對PID的機理、适用範圍、魯棒性等問題還沒有徹底的全面的分析研究。事實上,PID并非萬能的控制器,在存在多變量禍合、時變、大時滞、強幹擾等複雜動态特性的系統中,PID很難獲得理想的控制效果,甚至産生不穩定。因此,有必要對發酵罐溫度控制系統的PID的控制機理進行全面的分析,并對在上述場合中的應用提出改進的辦法。

發酵罐溫度控制系統的PID控制中的一個關鍵問題是PID參數整定,傳統的整定方法是在獲得被控對象數學模型的基礎上按照某種整定原則來進行PID參數值的整定。而實際的工業生産過程往往具有非線性,時變不确定性,難以建立精确的數學模型,應常規的PID控制不能達到理想的控制效果。另外,在實際生産現場中,PID參數整定與自整定的方法很多,但往往難以實施或不太理想,常規PID控制器參數常常整定不良,性能欠佳,對運行工況的适應性差。因此,在發酵罐溫度控制系統的PID參數的整定及自整定方面還有待進一步深入研究。

從結構上看發酵罐溫度控制系統的PID控制器最簡單,但并非最優,在克服較大擾動影響,提高系統動态品質等方面,光靠調整參數難以獲得滿意的控制效果。因此,還有必要在全面分析的基礎上,對PID控制器進行結構上的改進。

PLC閉環控制系統中PID控制器的實現

本系統采用德國SIMENS公司的S7-300PLC為控制核心,可實現溫度的采集與自動調節。本系統要求實現12路溫度控制,每一回路均為設定固定值控制。根據實際要求選用相應的功能模塊。其中CPU模塊選用CPU-314IFM,其帶有一個MPI接口,集成有20個數字輸入端、16個數字輸出端、4個模拟輸入端、1個模拟輸出端,内部集成PID控制功能塊,可以方便的實現PID控制。

PID控制器是比例—積分—微分控制(Proportional-Integral-Derivative)的簡稱,之所以得到廣泛應用是因為它具有以下優點:

(1)不需要精确的控制系統數學模型。由于非線性和時變性,很多工業控制對象難以得到其準确的數學模型,因此不能使用控制理論中的設計方法。對于這一類系統,使用PID控制可以得到比較滿意的效果。

(2)有較強的靈活性和适應性。積分控制可以消除系統的靜差,微分控制可以改善系統得動态響應速度,比例、積分和微分控制三者有效的結合就可以滿足不同的控制要求。根據被控對象的具體情況,還可以采用各種PID控制的改進的控制方式,如PI、PD、帶死區的PID、積分分離PID、變速積分PID等。

(3)PID控制器的結構模型,程序設計簡單,工程上易于實現,參數調整方便。

3.3 PLC實現PID控制的方式

用PLC對模拟量進行PID控制時,可以采用以下幾種方法:

(1)使用PID過程控制模塊。這種模塊的PID控制程序是PLC生産廠家設計的,并存放在模塊中,用戶在使用時隻需設置一些參數,使用起來非常方便,一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環回路。但是這種模塊的價格較高,一般在大型控制系統中使用。

(2)使用PID功能指令。現在很多的PLC都有供PID控制用的功能指令,如S7-200的PID指令。他們實際上是用于PID控制的子程序,與模拟量輸入/輸出模塊一起使用,可以得到類似于使用PID過程控制模塊的效果,但是價格便宜。

(3)用自編的程序實現PID閉環控制。有的PLC沒有PID過程控制模塊和PID控制用的功能指令,有的雖然可以使用PID 控制指令,但是希望采用某種改進的PID控制算法。在上述情況下,都需要用戶自己編制PID控制程序。

3.4 PID控制參數的調整

1. 采樣周期TS的确定

根據采樣定理可知,采樣頻率應該大于或等于被采樣信号所含最高頻率的兩倍,才能還原出原信号,即fs≥2fmax,式中fs為采樣頻率, fmax為被采樣信号中最高頻率。

2. 參數Kp、Ki、Kd的确定

PID控制回路的參數整定是模拟量閉環控制中的一個難點,如果初始參數選擇不當,可能會出現很大的超調量,甚至使系統不穩定。西門子公司的新一代小型S7-200PLC具有PID參數自整定功能,V4.0版的編程軟件STEP7-Micro/WIN增加了PID整定控制面闆。這兩項功能相結合,使用戶能輕松地實現PID 的參數自整定。自整定能提供一組近似最優的整定參數。S7-200的V4.0 版編程軟件STEP7-Micro/WIN中的PID整定控制面闆用圖形方式監視PID回路。該面闆還可用來起動或取消自整定過程,設置自整定的參數,并将推薦的整定值或用戶設置的整定值應用到實際控制中。

固體發酵罐的十個優點以其更好的适用于各種抗性的菌種

固體發酵罐的十個優點以其更好的适用于各種抗性的菌種好氧和厭氧固體發酵工藝

固體發酵罐的十個優點以其更好的适用于各種抗性的菌種

固體發酵罐适用于各種抗性的菌種好氧和厭氧固體發酵工藝。其特殊性能關鍵是通過采用立式罐體結構及其攪拌裝置、罐内頸部設置破碎複混裝置、外部設置夾套水浴恒溫、真空、蒸汽供給、空氣處理、電氣控制等裝置來實現的,可有效解決長期困擾固體發酵工藝的某些難題。具體優點如下:

1、傳統發酵罐作業往往是設備簡陋、工藝粗放,很難做到精準控制,而該設備則可以像液體發酵罐一樣實現固體發酵作業全過程無菌精确控制。

2、固體物料在罐體内部先抽真空而後通入蒸汽進行滅菌,無論物料含水分多少,均可真正達到濕熱滅菌效果,此方法穿透力強,滅菌徹底,快速經濟。

3、設置真空系統裝置可使設備具有快速降溫的優良特性,降溫時,常溫無菌空氣可由罐底分配器均勻進入,強制性的充分與物料接觸并帶走其内部高溫熱量,然後由罐頂部快速抽走并排出罐外,冷卻速度非常快,由125℃降低到60℃隻需要25分鐘左右即可。

4、物料滅菌後降溫、接種、發酵、加濕、控溫等工序過程仍然在罐體内部的密閉無菌狀态進行,操作嚴謹,其染菌率可降至為與液體發酵罐相當。

5、物料内部溫度常因發酵過程放熱而升高,超過特定工藝溫度後往往造成燒料現象而無法達到既定發酵半成品質量指标。而該設備可全過程自動控制發酵罐内上封頭、下封頭、夾套内的溫度(即罐内環境溫度),并可檢測和控制發酵半成品物料的内部溫度,可較為理想的解決上述問題。

6、真菌、黴菌類生物制劑産品釀酒發酵罐内部需增設二層或多層 環形供氣管道,可充分改善發酵效果。

7、由于特定的立式罐體結構及其攪拌、破碎複混裝置,使得該設備實現了攪拌均勻無死角,主攪拌螺帶及推料槳分别自動清理罐壁和罐底物料,很好地解決了物料挂壁的難題。

8、立式罐體結構決定了物料堆積厚度的一緻性,其真空吸入法供氧、加濕、控溫方式,穿透效果好,均一性能好,從而該發酵罐設備可以較好地解決固體發酵的不均勻性問題。

9、小型釀酒發酵罐(如200L以下)還可以設置相應設施,采用亞低溫(40℃—60℃)無菌幹熱空氣幹燥法,對微生物活體制劑進行幹燥作業,幹燥過程可完全實現無污染、無傷害,以保證産品質量。

10、發酵罐據說可以有效提高生産效率及産品質量。該設備植入相關操作程序即可進行任何頻次的正壓或負壓脈動固體發酵作業。

該發酵罐多用于生物飼料、生物農藥、生物肥料等行業的固體發酵工程。該設備規格主要有:30L、50L 、100L、200L、500L、1000L、2000L、3000L、4000L、5000L 等,如果固體發酵培養基物料(亦稱載體)堆積密度小于0.3g/ml,時,其最大公稱容積還可以加大到6000L。200L以下者多為大專院校和科研院所搞科研之用,500L、1000L多用于中試生産,2000L以上者可用于規模化生産。

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