[发明专利]一种利用量测滞后信息的发酵过程智能测控方法及系统

权利要求书

1.一种利用量测滞后信息的发酵过程智能测控系统，其特征在于：该系统包括数据工作站和基于PLC的发酵过程测控装置，数据工作站和基于PLC的发酵过程测控装置通过网络进行数据交互；

数据工作站包括数据处理端和发酵过程监控端两部分，数据处理端和发酵过程监控端通过OPC进行交互连接；

数据处理端用于发酵过程离线生物参量的获取与处理，并利用发酵过程软测量模型和发酵过程离线以及实时数据实现对发酵过程生物参量进行在线估计，为发酵过程监控端提供关键生物参量的实时在线估计值；

数据处理端分为量测滞后信息模块和软测量模块；

量测滞后信息模块分为量测滞后信息获取子模块和量测滞后信息存储子模块，量测滞后信息获取子模块通过以太网获取离线分析设备中发酵过程关键生物参量数据，并将发酵过程关键生物参量数据存储至量测滞后信息存储子模块中，量测滞后信息模块为软测量模块提供准确的离线分析数据；

软测量模块分为发酵过程数据处理子模块、发酵过程软测量建模模块和发酵过程状态在线估计模块；发酵过程数据处理子模块利用发酵过程离线数据和在线数据，并将这些数据传送至发酵过程软测量建模模块中，发酵过程软测量建模模块建立发酵软测量模型；发酵过程状态在线估计模块对发酵过程软测量建模模块的发酵软测量模型进行分析，并通过结合量测滞后下的生物参量与非线性滤波算法，对发酵过程状态进行在线估计，实现对发酵过程生物参量实时估计值；所得到生物参量实时估计值通过OPC接口写入发酵过程监控端，用于发酵监控模块中进行发酵过程的实时优化调控；通过软测量模块结合发酵模型、发酵过程离线与在线关键参量对发酵过程状态进行在线估计；在软测量模块中使用SVM方法建立辅助变量与生物量参数之间的软测量模型，通过对实时数据库中发酵离线量与在线量的导入，系统自动结合发酵模型及离线生物量参数信息、在线参数信息、发酵时间，通过协方差融合容积卡尔曼滤波算法得到预估的发酵过程生物量参数的实时估计值；

发酵过程监控端用于发酵过程状态实时显示、历史数据查询、过程控制参数配置、用户信息和操作权限配置功能，属于基于PLC的发酵过程测控装置的上位机监控程序；

所述发酵过程监控端分为发酵过程监控模块、过程数据处理模块和用户管理模块；发酵过程监控模块具体包括发酵过程实时监测子模块和过程控制参数配置子模块，实现了对发酵过程在线参数的在线实时监测及过程控制中控制算法参数的配置；过程数据处理模块具体包括过程实时数据管理子模块和过程历史数据管理子模块，通过OPC接口为数据处理端提供发酵过程参数实时值并得到数据处理端提供的发酵过程生物参量实时估计值，同时将实时数据进行数据归档操作，用于用户进行历史数据的查看和管理；用户管理模块具体包括用户信息配置子模块和用户权限配置子模块，实现用户登陆、用户注册、用户身份权限识别、添加或删除用户和对于不同权限用户设定不同的过程控制操作和控制参数修改权限。

2.根据权利要求1所述的一种利用量测滞后信息的发酵过程智能测控系统，其特征在于：所述发酵过程在线参数为pH值、温度、溶氧浓度和乙醇浓度。

3.根据权利要求1所述的一种利用量测滞后信息的发酵过程智能测控系统，其特征在于：基于PLC的发酵过程测控装置对发酵过程在线参数进行测量，同时进行实时反馈控制，确保微生物发酵过程反应的顺利进行，并配合上位机组态软件进行数据的界面显示和实时监控；PLC发酵过程测控装置由CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入、数字量输出模块组成；CPU模块为PLC系统的主控制器，负责微生物发酵过程的数据采集和程序控制；模拟量输入模块负责检测pH值、温度、溶氧浓度传感器的模拟量信号；模拟量输出模块进行模拟量输出，负责控制调节阀开度、蠕动泵流量；数字量输入模块负责检测电机、水泵的运动状态以及外部辅助按钮状态；数字量输出模块负责对电机、冷却水泵、进料阀门进行起停控制；通过对PLC的程序编写，实现对发酵对象的温度调节、pH值控制、补料策略控制及所需要的数据处理功能，完成对发酵过程的优化调控。