基于FPC2000 DCS的發(fā)酵過(guò)程智能控制系統

發(fā)酵過(guò)程的溶解氧的對易特性很難通過(guò)系統辨識方法獲得，引入人工智能的方法，采用變區域專(zhuān)家系統進(jìn)行流量和攪拌轉速相應的允許變化范圍。變化區域由知識庫給出，推理機運用知識庫中的知識進(jìn)行推理。在發(fā)酵過(guò)程中，專(zhuān)家系統不斷地對目前發(fā)酵階段（時(shí)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的溶解氧變化區域和控制規則，然后根據此規則計算出進(jìn)氣量和攪拌轉速設定值。如某條控制規則為：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(shí)間（h），ti1、ti2為發(fā)酵時(shí)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域（即控制的死區或不靈敏區），S為基質(zhì)濃度（g/100mL），Si1,Si2為基質(zhì)濃度變化區域，P為產(chǎn)物濃度（液項效價(jià)，萬(wàn)單位/L），Pi1，Pi2為產(chǎn)物濃度變化區域，FA為進(jìn)發(fā)酵罐空氣流量（m3/min），FAil，FAi2為空氣流量允許變化區域，△FA為采用PID控制算法計算得到的空氣流量變化量，RA為攪拌轉速（rpm），△RA為采用PID控制算法計算得到的攪拌轉速變化量，RAi1，RAi2攪拌轉速允許變化區域。

在某制藥廠(chǎng)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(gè)區域規定了進(jìn)氣流量、攪拌轉速的調整范圍，采用溶氧變區域專(zhuān)家控制使溶氧控制在設定值的±5%范圍內。采用常規控制溶氧一般會(huì )在±10%范圍內變化。

5、 工業(yè)應用

FPC2000發(fā)酵過(guò)程集散控制系統已在國內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(guò)程控制中取得成功應用，發(fā)酵罐何種從幾十升到幾百立方米。實(shí)踐表明，該系統運行可靠性高，可對發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行全面的測控，具有很強的數據采集和存貯、曲線(xiàn)優(yōu)化分析等功能，采用智能控制提高了系統控制精度（罐溫、PH、溶氧的控制精度提高50%，響應加快），使發(fā)酵生產(chǎn)平穩，不同發(fā)酵批次間重復性提高，發(fā)酵單位都有了不同程度的提高。