洁霉素发酵过程控制系统的设计

论文摘要

洁霉素发酵过程通常呈现严重非线性和强烈的时变性、大多数生物状态变量难以在线测量、过程响应速率慢、在线测量带有大幅时间滞后等特点,给洁霉素发酵过程参数控制带来极大的不确定性,严重影响洁霉素的发酵单位。因此,成功解决洁霉素发酵过程参数控制问题以满足发酵工艺要求具有重要的现实意义。本文首先介绍了我国抗生素发酵参数控制的现状、发展趋势及存在的问题,着重介绍了洁霉素发酵pH值控制所面临的问题。其次针对洁霉素发酵pH过程的严重非线性和大滞后,本文采用模糊控制与常规PID控制相结合的方法,并且为了更好的克服发酵过程中的时变性,在模糊控制器的基础上加入了参数的在线调整,形成了参数自调整模糊控制。仿真表明,该算法与常规PID控制相比,较好的克服了洁霉素发酵pH过程的非线性、时变性等问题,取得了较为理想的控制效果。根据洁霉素发酵过程的工艺要求,本文完成了基于现场总线技术,集检测、控制和管理等功能于一体的洁霉素发酵控制系统的开发。整个系统采用二级计算机控制方式,基础自动化级采用西门子公司S7-300系列PLC,实现对温度,pH,溶氧,泡沫和补料等关键参数的检测和控制。监控级为台湾研华生产的工业控制机,完成对系统的组态、监控、报警、制表等功能。系统操作简便,画面动感直观,并具有高适应性、高可靠性和高稳定性等特点。本文主要研究成果是:通过对洁霉素发酵过程自动控制系统的研制,对利用先进控制技术解决洁霉素发酵过程中的关键技术问题,做了有益的尝试,填补了我省洁霉素发酵自动控制的空白,经济效益显著,其成熟技术和设备运行的可靠性经验,也为抗生素发酵提供了成功的经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题简介
• 1.3 本文的主要研究内容和方法
• 第二章 课题背景及发展趋势
• 2.1 课题背景
• 2.1.1 发酵过程控制概论
• 2.1.2 发酵反应及其参数描述
• 2.1.3 洁霉素发酵过程简介
• 2.2 发酵过程pH控制现状及发展趋势
• 第三章 发酵过程可测量数据检测
• 3.1 洁霉素生产特点
• 3.2 洁霉素发酵过程检测参数
• 3.2.1 物理参数
• 3.2.2 化学参数
• 3.2.3 参数的检测类型
• 第四章 基于模糊PID的洁霉素pH值控制策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 模糊PID控制产生的背景
• 4.2.1 PID控制概述
• 4.2.2 模糊控制概述
• 4.2.3 模糊PID控制概述
• 4.3 模糊控制算法
• 4.3.1 模糊控制器的组成
• 4.3.2 模糊控制器结构
• 4.4 基于模糊PID的发酵过程pH值控制器设计
• 4.4.1 参数校正部分设计
• 4.4.2 PID部分设计
• 4.5 仿真实验
• 第五章 洁霉素发酵过程控制系统硬件设计
• 5.1 控制系统主要技术性能指标
• 5.2 控制系统的可靠性设计
• 5.3 控制系统的总体结构
• 5.3.1 发酵过程控制系统主要控制回路
• 5.3.2 系统硬件组成
• 5.3.3 控制系统的硬件配置
• 第六章 发酵过程控制系统软件设计
• 6.1 WinCC V6.0简介
• 6.1.1 WinCC V6.0的特点
• 6.1.2 WinCC程序组成介绍
• 6.2 监控系统上位机程序设计及其实现
• 6.3 监控系统下位机程序设计
• 6.3.1 PLC软件编程环境
• 6.3.2 PLC软件设计
• 6.4 洁霉素控制软件的描述
• 6.4.1 洁霉素控制软件的特点
• 6.4.2 监视与控制画面设计
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.1.1 系统运行情况
• 7.1.2 本课题的主要工作
• 7.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果