[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

说明书

本发明公开了一种利用量测滞后信息的发酵过程智能测控方法及系统，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。本发明在发酵过程智能测控方法及装置上提出，通过串口转以太网模块、OPC技术并引入基于协方差融合算法的发酵过程软策略方法，实现了量测滞后生物量信息的获取与利用，实现了对发酵过程关键生物参量的在线估计，在此基础上利用基于PLC的发酵测控系统可以根据关键生物参量的实时情况对发酵过程进行优化调控，提高发酵过程的效率。

技术领域

本发明涉及一种发酵过程智能测控方法及系统，属于信息数据处理及智能检测技术领域，尤其涉及一种利用量测滞后信息实现对发酵过程关键生物参量的在线估计，进而对发酵过程进行优化调控的智能测控方法及系统。

背景技术

生物发酵过程是生物工程和现代生物技术及其产业化的基础，该过程是一个时变、非线性、大滞后、不确定的多变量输入输出关联系统，十分复杂，因此对发酵过程实施生物参量在线检测和优化调控十分困难。基于硬件传感器的在线生物参量检测的仪器成本和维护费用较高，并且拥有特定的使用环境，导致发酵过程生物参量的在线检测较难实现。而发酵过程的离线检测方法具有成本低、精度高的优点，但存在较大时间滞后，这些滞后信息属于量测滞后，造成这些量测滞后的离线信息利用价值低。软测量技术是解决发酵过程生物参量在线检测的一种非常实用的方法，利用系统辨识、神经元网络或支持向量机等方法建立发酵过程模型，进而通过可在线检测的过程参量可以实现对生物量参数值进行在线估计。但由于发酵过程的复杂性和模型不确定性，导致软测量的精度较低，基于软测量方法的发酵过程生物参量在线检测精度有待进一步提高。因此通过将离线滞后生物量信息引入发酵过程生物参量在线估计中，能够提高软测量模型精度，从而提高发酵过程生物参量在线检测精度，为发酵过程在线监测与优化调控提供支持。

以太网通信协议是一种通用的现场总线通信协议，以太网是计算机与外部设备之间进行数据交互的最常见方式；OPC技术是一种以OLE、COM为机制的通信标准，OPC技术规范了接口函数，具备较强的设备兼容性与数据共享能力，是现场设备连接应用程序的理想方法。采用以太网通信协议实现对离线生物量信息的采集，使用OPC技术实现与基于PLC的发酵测控系统的实时交互。西门子公司的可编程逻辑控制器(PLC)具有逻辑控制功能强，人机交互界面友好，抗干扰能力强，可拓展性好等特点，广泛应用于发酵过程测控系统中。

发明内容

本发明的目的在于利用离线分析获取的关键生物参量等量测滞后信息实现提高发酵过程智能测控系统中发酵过程生物参量的在线检测精度，从而实现对发酵过程进行优化调控。在离线分析仪获得生物参量信息后，通过以太网通信设备将生物参量量测滞后信息写入远程数据处理端，数据处理端的软测量模块利用所建立的发酵过程软测量模型，以及通过OPC接口获取到的发酵过程控制实时数据(如pH值、温度、溶解氧浓度等)和通过以太网接口获取到的发酵过程生物参量离线数据，对发酵过程中关键生物参量进行在线实时估计。然后通过OPC接口将估计的生物参量结果发送到发酵过程监控端，基于PLC的发酵测控系统可以根据关键生物参量的实时情况对发酵过程进行优化调控，提高发酵过程的效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种利用量测滞后信息的发酵过程智能测控系统，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。