谷氨酸发酵过程菌体浓度监测系统的设计(味精厂).doc

谷氨酸发酵过程菌体浓度监测系统的设计
赵起1，王贵成2，王晓健1，韩瑜2，张占胜2王兰刚1
（1.沈阳红梅企业集团有限责任公司，沈阳110026；2.沈阳化工学院信息工程学院，沈阳110142）

摘要谷氨酸发酵过程菌体浓度是影响发酵转化率的重要参数。监测系统是将训练好的软测量模型用程序实现在计算机控制系统中，将现场采集到的工艺数据作为软测量模型的输入，菌体浓度作为输出，软测量模型程序可以实现对菌体浓度的在线估计，从而提高谷氨酸产量，降低生产成本，提高经济效益。
关键字发酵过程；软测量；菌体浓度；神经网络

DesignofMonitoringSystemofgermconcentrationforglutamicacidfermentationprocess
ZhaoQi1,WangGuicheng2,WangXiaojian1,HanYu2,ZhangZhansheng2,wanglangang1
（1.ShenyangHongmeiGroupCo.,LTD.,Shenyang110026,China;2.ShenyangInstituteofChemicalTechnology,Shenyang,110142,China）

AbstractGermconcentrationofglutamicacidfermentationprocessistheimportantparametersthataffecttheyieldofmonosodiumglutamate.Therealizationofmonitoringsystemisfirstlythetrainedsoft-sensingmodelusedincomputercontrolsystembyprogram.Itwillbecollectedtheprocessdataofindustrialfieldastheinputofsoft-sensing,andgermconcentrationasoutput,sothatitcanbeachievedgermconcentrationon-lineestimatebysoft-sensingmodelprogram,therebyitisenhancingtheproductionofglutamicacidandreducingproductioncostandincreasingeconomicefficiency.
Keywordsfermentationprocess;soft-sensing;germconcentration;neuralnetwork
1引言
谷氨酸发酵过程是一个复杂的、不确定的、非线性的动态过程，其影响因素很多，机理十分复杂，其中菌体浓度是影响发酵过程及产品质量的重要的生物量参数，但目前尚无满足要求的在线检测仪表。菌体浓度传统的检测方法是离线的，而离线测量带来两个问题：一方面取样过程容易染菌；另一方面是给发酵自动控制带来困难。因此，研究一种菌体浓度实时在线检测的新技术是非常必要的。
随着现代控制理论水平和计算机技术的不断提高，使得采用软测量技术获取一些生产过程参数成为可能。软测量技术是根据某种最优准则，选择一组既与主导变量有密切联系又易检测的变量，即二次变量，通过构造某种数学关系，用计算机软件实现对主导变量的估计。它是对传统测量手段的补充，可以解决有关产品质量、生产效益等关键性生产参数无法直接测量的问题，并且相对于硬件检测设备，软仪表开发成本低，配置较灵活，维护相对容易，各种变量检测可以集中于一台工业控制计算机上，无需为每个待测变量配置新的硬件，因此软测量技术成为过程控制应用中的一个热点[1]。
采用软测量技术[2]，利用可在线测量的过程参数，如温度、压力、PH值等，建立菌体细胞浓度的软测量模型，进而实现对其的在线估计。生物发酵软测量技术的发展无疑是生物界的又一次革命，它将对提高产物的质量，降低产物的成本，提高生产效率有着不可估计的作用。
近年来软测量技术得到了突飞猛进的发展，它已涉及到自动控制理论中的建模、系统辨识和数据处理等许多重要领域，对其的研究已经历了从线性到非线性，从静态到动态，从无校正功能到有校正功能的发展过程。
2软测量技术
软测量技术就是选择与被估计变量相关的一组可测变量，构造某种以可测变量为输入、被估计变量为输出的数学模型，用计算机软件实现重要过程变量的估计。软测量估计值可作为控制系统的被控变量或反映过程特征的工艺参数，为优化控制与决策提供重要信息。这种方法响应迅速，能够连续给出主导变量信息，且具有投资低、维护保养简单等优点。
软测量模型如图1所示。

软测量模型
d1
d2
u
y

图1软测量的数学模型
图中d1表示可测扰动，d2表示不可测扰动，u