Система для автоматического управления группами аппаратов циклического действия

 

(<»822661

ИСАЙ ИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.06.79 (21) 2783172/28-13 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.07.82. Бюллетень № 26 (51) N. Кл

G 05D 27/00

Государственный комитет (53) УДК 663.14(088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 15.0 82 (72) Авторы изобретения Я. А. Ханукаев, С. М. Чернер, В. В. Алешеч тану А; А;-. Он пи сц, К. И. Диденко, А. В. Бабаянц и В.. Рабинович, .! ....Р..

Грозненское научно-производственно объе 1мйение:

«Промавтоматика» (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ГРУППАМИ АППАРАТОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к микробиологической и медицинской промышленности и применяется в системах для автоматического управления группами аппаратов циклического действия ферментационных 5 строений, например ферментеров, инокуляторов, коллекторов.

Известна система для автоматического управления группами аппаратов циклического действия, включающими ферментеры, 10 инокуляторы и коллекторы, содержащие датчики расхода воздуха, температуры, давления, уровня жидкости и пены, исполнительные механизмы и взаимосвязанные блоки преобразования входных сигналов, )5 регулирования, дистанционного управления исполнительными механизмами, сравнения, формирования аварийных сигналов, индикации измеряемых параметров и выполняемых операций, автономного обмена инфор- 2» мацией, управления загрузкой, посевом и разгрузкой аппаратов, автономного и централизованного управления (1).

Однако эта система не обеспечивает автономного управления термозащитой транспортных коллекторов, проверкой герметичности и стерилизации аппаратов и коллекторов, процессом выращивания, аварийной разгрузкой и подготовкой. Кроме того, данная система не обеспечивает централизованный обмен информацией с эмиттерно-вычислительной машиной и децентрализованными устройствами пневматического управления аппаратами и транспортными коллекторами, что приводит к значительным потерям времени и нестерильным операциям, снижению производительности ферментационного строения.

Целью изобретения является повышение производительности за счет сокращения длительности подготовительных и предотвращение нестерильных операций.

Цель достигается тем, что система для автоматического управления группами аппаратов циклического действия снабжена датчиками расхода реагентов, температуры стерилизации аппаратов, уровня, соединенными с входами блоков преобразования, выходы которых подключены к блокам автономного обмена информацией и дистанционного управления исполнительными механизмами; задатчиками регуляторов и временных программ, подключенными к блоку регулирования, взаимосвязанными между собой по количеству аппаратов блоками управления проверкой герметичности, стерилизации, процесса выращивания, аварийной разгрузкой и подготовкой аппарата, выходы этих блоков соединены с блоками регулирования, автономного обмена

822681 информацией, индикации выполняемых операций, формирования аварийных сигналов, дистанционного управления исполнительными механизмами управления термозащитой коллекторов, а входы их — с блоками сравнения и автономного управления, и взаимосвязанными между собой по числу коллекторов блоками управления проверкой герметичности, стерилизации .и координации, выходы которых связаны с блоками автономного обмена информацией, индикации выполняемых операций, регулирования, формирования аварийных сигналов, дистанционного управления исполнительными механизмами коллекторов, а входы — с блоками сравнения и автономного управления коллекторами и блоком обмена информацией, а последний соединен с блоками автономного обмена информацией.

На чертеже изображена блок-схема системы для автоматического управления группами аппаратов - циклического действия.

Система включает аппараты 1 циклического действия — ферментеры, инокуляторы с установленными на них датчиками

2 — 9 расхода реагентов и воздуха, давления, температуры, стерилизации и ферментации уровней в аппарате, пены и в системе охлаждения, коллекторы 10 с установленными на них датчиками 11 — 12 давления и температуры стерилизации, блоки 13 преобразования входных сигналов, соединенные своими входами соответственно с датчиками 2 — 9 и 12, блоки 14 регулирования, связанные с блоками 15 задания установок регуляторам и временных программ и блоками 13 преобразования входных сигналов. Кроме того, система также снабжена блоками 16 — 17 дистанционного управления, исполнительными механизмами 18 — 22, установленными на соответствующих трубопроводах подачи реагентов, воздуха, отходящего воздуха, пара, воды в систему охлаждения аппарата 1, исполнительными механизмами 23 — 24 сброса и подачи пара в коллекторы 10 и позиционными исполнительными механизмами 25 — 26, установленными в аппарате 1 и коллекторах 10, блоками 27 — 30 индикации технологических параметров, автономного обмена информацией, сравнения и формирования аварийных сигналов, взаимосвязанные блоки 31 — 38 управления, проверкой герметичности, стерилизации, загрузкой, посевом, выращиванием, разгрузкой, аварийной разгрузкой и подготовкой аппарата 1, блокам 35 — 41 автономного управления, индикации выполняемых операций и управления термозащитой коллекторов; блоками

42 — 43 управления проверкой герметичности, стерилизации, блоком 44 координации коллекторов, блоком 45 обмена информацией и блоками 46 и 47 централизованно5

25 зо

65 го управления и информации. При этом блоки 31 — 38 управления подключены своими входами к блокам 29 и 39 сравнения сигналов и автономного управления, а выходами к блокам 14, 17, 28, 30, а также к блоку 41 управления термозащитой коллекторов, блоки 42 — 44 управления соединены с блоками 14, 17 и 28 — 40, а блок 45 обмена информацией с ЭВМ, связанный с децентрализованными блоками 28 обмена информацией и блоками 46 — 47 централизованного управления и информации.

На чертеже показаны блоки 2 — 9, 13 — 22, 25, 27 — 41 управления одним из аппаратов, блоки 42 — 44 управления одним из коллекторов, для управления соответственно остальными аппаратами и коллекторами система снабжена аналогичными блоками.

Система работает следующим образом.

Сигналы от датчиков 2 — 7 аппарата поступают в блок 13 преобразования входных сигналов, где осуществляется их фильтрация, линеаризация и масштабирование. С выхода блока 13 эти сигналы поступают в блоки 14, 27 — 29 регулирования, индикации технологических параметров, автономного обмена информацией и сравнения сигналов; Сигналы, соответствующие расходу реагентов через 14 и 16, поступают к исполнительным механизмам 18. Блок 15 задания уставок регуляторам и временных программ обеспечивает возможность изменения значения регулируемого параметра от оператора, также ввода программы изменения параметра во времени, которые поступают в блок 14 в качестве задания.

Сигналы от датчиков 3 — 6 через блоки 14 и 16 поступают к исго.-, птелы|ым механизмам 19 — 22 установленным соответственно на трубопроводах подачи воздуха, отходящего воздуха, пара и воды. Включение, отключение и изменение задания регулятором осуществляют в зависимости от выполненной операции, информация о которой поступает от блоков 31 — 38. Посредством блока 27 осуществляется автономная избирательная индикация технологических параметров. Информация о значении измеряемых параметров также поступает в блок

28, где они сравниваются с фиксированными значениями и результирующий сигнал, представленный логическими «О» и «1», поступает в блок 30 формирования аварийных сигналов, куда также поступает информация от датчиков 8 — 9 уровня пены и уровня в системе охлаждения, информация о выполненной операции требует положения исполнительных механизмов от блоков 31 — 38, а также информация об истинном положении исполнительных механизмов 18 — 22 и 25.

Блоки 30 формируют сигналы отклонения параметров путем передачи на выход информации от блоков 29 в зависимости от выполняемой операции, а также сигна822661 .

60 лы несрабатывания исполнительных механизмов путем логического сравнения информации о требуемом и истинном их положении. Аварийная информация с выхода блоков 30 поступает на вход блоков 28 автономного обмена информацией, куда также поступает информация о значении технологических параметров от блоков 13 о выполняемой операции, соответственно от блоков 31 — 38, 42 — 44, 18 — 26, а также о выполнении программы и режима упоавления агрегатом или коллектором. При помощи блока 28 указанная информация передается блоку 45 центрального обмена информацией и через него в ЭВМ, а также в блоки 46 и 47 централизованного управления и информации.

Блок 31 управления проверкой герметичности обеспечивает выполнение требуемой последовательности операций наполнения аппарата сжатым воздухом, выдержки, контроля падения давления и т. д. При этом осуществляется формирование командной информации управления исполнительными механизмами и регуляторами, причем каждой операции соответствует определенная комбинация положения исполнительных механизмов, определяемая программой управления. Включение блока

31 осуществляется по информации об окончании выполнения цикла от блока 38, переход от текущей операции к последующим — по информации о достижении давлением регламентных границ от блока 29 и информации от блока автономного управления 39.

Блок 32 управления стерилизацией обеспечивает выполнение заданной последовательности операций нагрева аппарата, выдержки, степилизации трубопооводов и охлаждения. При этом осуществляется управление исполнительными механизмами, включение регулирования температуры и давление стерилизации. Включение блока

32 осуществляется по информации об окончании проверки герметичности от блока 31 и информации пуска агрегата от блока 44 координации, передающейся посоедством блоков 28 и 45, переход от текущей операции к последующим — по инфопмации о достижен и давлением, температурой стерилизации и уровнем в систел,у охлаждения регламентных границ от блока 29 н датчика 9.

Блок 33 управления загрузкс и апп"ðàòà обеспечивает выполнение операций загрузки, заполнения системы охлаждения и охлаждения питательной спеды. Включение блока 33 осуществляется по информации о завершении стерилизации от блока

32 и инфопмации разрешения загрузки, поступающей чевез блоки 28 и 45 от блока

44 координации загрузки, смена выполняемых операций по информации о достижении регламентных границ уровнем в аппа5

45 рате, температурой ферментации от блока

29 и информации о заполнении системы охлаждения от датчика 9.

Блок 34 управления посевом обеспечивает выполнение операций нагрузки посевного материала из посевного коллектора, а также при необходимости ручного засева.

Включение блока осуществляется по информации о завершении загрузки от блока 33 и блока 44 координации посева, смена операций — по информации от указанного блока и блока 39.

Блок 35 управления выращиванием обеспечивает выполнение операций ферментации, пеногашения и аварийных блокировок при превышении уровнем пены регламентных границ, а также при прекращении снабжения аппарата воздухом. Включение блока осуществляется по информации от блока 34, смена операций — по информации от датчика 8. По информации, поступающей от блока 35 в блок 14, осуществляется включение регулирования подачи реагентов, а при необходимости, расхода воздуха и температуры ферментации по временной программе, заданной блоком 15.

Блок 36 управления разгрузкой обеспечивает выполнение операций разгрузки аппарата и захолаживание культуральной жидкости. Включение блока осуществляется по информации от блока 35 и информации разрешения разгрузки от блока 44 координации выгрузки, смена операций— по информации о достижении уровнем в аппарате регламентной границы (0) от блока 29.

Блок 37 управления аварийной разгрузкой обеспечивает выполнение операций выгрузки аппарата в трапную канализацию, а также при необходимости, инактпвности аппарата — нагрева, выдержки, охлаждения. Включение блока происходит по информации от блоков 35 и 39, смена операций — по информации о достижении температурой стерилизации, уровнем в аппарате и в системе охлаждения регламентных границ от блоков 29 и датчика 9.

Блок 38 управления подготовкой аппарата обеспечивает, при необходимости, выполнение операций мойки аппарата растворами (например, щелочи) и водой, после чего формирует также команды исполнительным механизмам, при которых возможна разгерметизация аппарата и, при необходимости, выполнение работ по его ремонту и профилактике. Включение блока происходит по информации от блоков 36 или 37, смена операций — по информации по достижении уровнем в аппарате и давлением регламентных границ от блока 29.

Смена операций в блоках 31 — 38 может осуществляться от блока 39. С его помощью также осуществляется изменение режимов работы блоков и перевод к выполнению

82266I произвольной операции по инициативе оператора.

Блок 41 управления термозащнтой коллекторов служит для управления позиционными исполнительными механизмами, установленными на трубопроводах передачи продуктов между коллекторами и аппаратом и исполнительными механизмами отвода конденсата из этих трубопроводов. В зависимости от информации от блоков 44 координации и блоков 31 — 38 он обеспечивает формирование команд на подачу пара в коллекторы при отсутствии передачи продукта по данному коллектору, переход на локальную термозащиту при передаче продукта в другой аппарат и ее снятие прн передаче продуктов в данный аппарат.

Блоки 40 обеспечивают автономную индикацию выполняемых операций, блоки 17 и 18 дистанционного управления исполнительными механизмами обеспечивают возможность дистанционного управления при отказе блоков 2 — 15, 27 — 41, 42 — 44 и наладочном режиме.

Каждый из коллекторов (загрузочный, выгрузочный, посевной и т. д.), число которых зависит от получаемого продукта, снабжены датчиками 11 и 12 давления II температуры стерилизации, исполнительными механизмами 23 и 24 сброса и передачи пара, а также позиционными исполнительными механизмами 26. Управление работой коллекторов осуществляется посредством блоков 13 — 17, 27 — 30, выполняющих те же функции, что и одноименные блоки аппарата, а также блоков 42 — 44 управления проверкой герметичности, стерилизацией и координации по количеству коллекторов.

Информация о значении давления и температуры в коллекторе обрабатывается в блоках 13 и 14 и через блок 16 поступает на исполнительные механизмы 23 и 24 соответственно, чем достигается регулирование этих параметров при выполнении операции стерилизации.

Блок 42 обеспечивает выполнение последовательности операций набора давлс.- ия воздуха, выдержки, контроля падения давления при проверке герметичности коллектора.

Включение блока осуществляется по информации разрешения от блоков 44 и 39, смена операций также по информации от блока 39 и информации о достижении давления регламентных границ от блока 29.

Блок 43 ооеспечивает выполнение операций нагрева коллектора и стерилизации.

Включение блока осуществляется по информации от блоков 44, 42 и 39, смена операций по информации о достижении температурой регламентного значения. При выполнении операции стерилизации от блока 43 поступает информация в блок 14 на торов, управлением аварийной загрузкой и

60 подготовкой аппаратов, более чем на 30% повышение производительности и сокращение расхода пара на стерилизацию; предотвращение нестерильных операций за счет термозащиты и стерилизации транспорт65 ных коллекторов и стерилизациИ аппара5

l0

Зо

55 включение регулирования температуры н давления.

При выполнении каждой из операций блоками 42, 43 формируются соответствующие управляющие воздействия, передающиеся через блоки 16 и 17 к исполнительным механизмам.

Блок 44 осуществляет координацию аппаратов 1 при передаче продукта по соответствующему коллектору. Он воспринимает информацию о готовности аппаратов данной группы к передаче продукта от блоков 31 — 38 аппарата, передающуюся посредством блоков 28 аппарата и коллекторов и блока 45, информацию о готовности аппаратов смежной группы, передающуюся:ерез блоки 45 и 28 и информацию о готовности коллектора от блоков 43. Результатом обработки этой информации является формирование команд разрешения взаимодействия, поступающих в блоки

31 — 38, 41 и к смежной группе аппаратов, а также команд управления позиционными исполнительными механизмами и регуляторами, что обеспечивает снятие термозащиты с коллекторов и передачу продукта по требуемому пути. По окончании передачи и;o1 êòÿ Включаются Олоки 42 43 или повторно 44. Блок 44 обеспечивает одновременное взаимодействие только одного апп ар ата в группе.

Блок 45 обмена информацией обеспечивает обмен информацией между блоками аппаратов 1, коллекторов 10, блоками 46 и 47 централизованного управления и информации, а также накопление и обмен информацией с ЭВМ. Посредством блока 46 осуществляется централизованное изменение режимов работы, смена программ, а также изменение заданного значения регулируемых параметров каждого аппарата и коллекторов по вызову. Блок 47 обеспечивает представление оператору детальной информации о значении технологических параметров и задания выполняемой программы, времени от ее начала, положении исполнительных механизмов, а также информации об отклонении технологических параметров и несрабатывании исполнительных механизмов аппаратов 1 и коллекторов 10 по вызову.

Использование предлагаемой системы для автоматического управления группами аппаратов циклического действия обеспечивает сокращение длительности подготовительных операций в связи с автоматическим управлением проверкой герметичности и стерилизацией аппаратов и коллек822661

10 тов, что также обеспечивает повышение производительности; автоматическое программное ведение процесса и выращивания микроорганизмов с возможностью супервизорного режима управления на ЭВМ.

Формула изобретения

Система для автоматического управления группами аппаратов циклического действия, включающими ферментеры, инокуляторы и коллекторы, содержащая датчики расхода воздуха, температуры, давления, уровня жидкости и пены, исполнительные механизмы и взаимосвязанные блоки преобразования входных сигналов, регулирования, дистанционного управления исполнительными механизмами, сравнения, формирования аварийных сип алов, индикации измеряемых параметров и выполняемых операций, автономного обмена информ ацией, управления загрузкой, посевом и разгрузкой аппаратов, автономного и централизованного управления, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения производительности за с.ет сокращения дл..тельности подготовительных и предотвращения нестерильных операций, она снабжена датчиками расхода реагентов, температуры стерилизации аппаратов, уровня, соединенными с входами блоков преобразования, выходы которых подключены к блокам автономного обмена информацией и дистанционного управления исполнительными механизмами; задатчиками регуляторов и временных программ, подключенными и блоку регулирования; взаимосвязанными между собой по количеству аппара5 тов блоками управления проверкой гермети-;ности, сте1зилизации, процесса выращивания, аварийной разгрузкой и подготовкой аппарата, выходы этих блоков соединены с блоками регулирования, автономно10 го обмена информацией, индикации выполняемых операций, формирования аварийных сигналов, дистанционного управления исполнительнымн механизмами, управления термсзащитой коллекторов, а входы

15»x — с блока.. .;! сравнения и автономного управления; и взаимосвязанными между собой rte w".t"-.л-у коллекторов блоками управления проверкой герметичности, стерилизации и координации, выходы которых свя20 заны с блоками автономного обмена информацией, индикации Bblполняемых операций, регулирования, формирования аварийных сигналов, дистанционного управления исполнительными механизмами коллекторов, 25 а входы — с блокамн сравнения н автономного управления коллекторами и блоком обмена информацией, а последний соединен с блоками автономного обмена информацией.

30 Исто Ht l

1. Авторское свидетельство СССР № 644835, кл. С 12К 1/10, 1975.