基于FPC2000 DCS的發(fā)酵過程智能控制系統(tǒng)

發(fā)酵過程的溶解氧的對易特性很難通過系統(tǒng)辨識方法獲得，引入人工智能的方法，采用變區(qū)域?qū)＜蚁到y(tǒng)進(jìn)行流量和攪拌轉(zhuǎn)速相應(yīng)的允許變化范圍。變化區(qū)域由知識庫給出，推理機(jī)運(yùn)用知識庫中的知識進(jìn)行推理。在發(fā)酵過程中，專家系統(tǒng)不斷地對目前發(fā)酵階段（時間）和情況（如PH、基質(zhì)濃度、菌體濃度、產(chǎn)物濃度等）進(jìn)行判斷，從知識庫中找到相應(yīng)的溶解氧變化區(qū)域和控制規(guī)則，然后根據(jù)此規(guī)則計(jì)算出進(jìn)氣量和攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)定值。如某條控制規(guī)則為：if（ti1 Then DO=DOi,FAil FA FAi2, RAil RA RAi2

If （DO If （DO>DOi+△DOi）∧（FA> FAi1） then FA= FA-△FA

If （DO If （DO>DOi+△DOi）∧（FA≤ FAi1）∧（RA>RAi1） then RA= RA-△RA

上式中：t為發(fā)酵時間（h），ti1、ti2為發(fā)酵時間變值，DO為發(fā)酵液溶解氧濃度（%），DOi為溶解氧控制值，△DOi為溶解氧控制允許變化區(qū)域（即控制的死區(qū)或不靈敏區(qū)），S為基質(zhì)濃度（g/100mL），Si1,Si2為基質(zhì)濃度變化區(qū)域，P為產(chǎn)物濃度（液項(xiàng)效價(jià)，萬單位/L），Pi1，Pi2為產(chǎn)物濃度變化區(qū)域，F(xiàn)A為進(jìn)發(fā)酵罐空氣流量（m3/min），F(xiàn)Ail，F(xiàn)Ai2為空氣流量允許變化區(qū)域，△FA為采用PID控制算法計(jì)算得到的空氣流量變化量，RA為攪拌轉(zhuǎn)速（rpm），△RA為采用PID控制算法計(jì)算得到的攪拌轉(zhuǎn)速變化量，RAi1，RAi2攪拌轉(zhuǎn)速允許變化區(qū)域。

在某制藥廠50m3發(fā)酵罐生產(chǎn)多粘菌素的發(fā)酵中，在不同的發(fā)酵階段對溶氧有不同的要求。在每個區(qū)域規(guī)定了進(jìn)氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍，采用溶氧變區(qū)域?qū)＜铱刂剖谷苎蹩刂圃谠O(shè)定值的±5%范圍內(nèi)。采用常規(guī)控制溶氧一般會在±10%范圍內(nèi)變化。

5、 工業(yè)應(yīng)用

FPC2000發(fā)酵過程集散控制系統(tǒng)已在國內(nèi)10多家研究院、學(xué)校、企業(yè)使用。在L-谷氨酰胺、L-蛋氨酸、多粘菌素、檸檬酸等發(fā)酵生產(chǎn)過程控制中取得成功應(yīng)用，發(fā)酵罐何種從幾十升到幾百立方米。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，可對發(fā)酵過程進(jìn)行全面的測控，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集和存貯、曲線優(yōu)化分析等功能，采用智能控制提高了系統(tǒng)控制精度（罐溫、PH、溶氧的控制精度提高50%，響應(yīng)加快），使發(fā)酵生產(chǎn)平穩(wěn)，不同發(fā)酵批次間重復(fù)性提高，發(fā)酵單位都有了不同程度的提高。