基于FPC2000 DCS的发酵过程智能控制系统

发酵过程的溶解氧的对易特性很难通过系统辨识方法获得，引入人工智能的方法，采用变区域专家系统进行流量和搅拌转速相应的允许变化范围。变化区域由知识库给出，推理机运用知识库中的知识进行推理。在发酵过程中，专家系统不断地对目前发酵阶段（时间）和情况（如PH、基质浓度、菌体浓度、产物浓度等）进行判断，从知识库中找到相应的溶解氧变化区域和控制规则，然后根据此规则计算出进气量和搅拌转速设定值。如某条控制规则为：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为发酵时间（h），ti1、ti2为发酵时间变值，DO为发酵液溶解氧浓度（%），DOi为溶解氧控制值，△DOi为溶解氧控制允许变化区域（即控制的死区或不灵敏区），S为基质浓度（g/100mL），Si1,Si2为基质浓度变化区域，P为产物浓度（液项效价，万单位/L），Pi1，Pi2为产物浓度变化区域，FA为进发酵罐空气流量（m3/min），FAil，FAi2为空气流量允许变化区域，△FA为采用PID控制算法计算得到的空气流量变化量，RA为搅拌转速（rpm），△RA为采用PID控制算法计算得到的搅拌转速变化量，RAi1，RAi2搅拌转速允许变化区域。

在某制药厂50m3发酵罐生产多粘菌素的发酵中，在不同的发酵阶段对溶氧有不同的要求。在每个区域规定了进气流量、搅拌转速的调整范围，采用溶氧变区域专家控制使溶氧控制在设定值的±5%范围内。采用常规控制溶氧一般会在±10%范围内变化。

5、 工业应用

FPC2000发酵过程集散控制系统已在国内10多家研究院、学校、企业使用。在L-谷氨酰胺、L-蛋氨酸、多粘菌素、柠檬酸等发酵生产过程控制中取得成功应用，发酵罐何种从几十升到几百立方米。实践表明，该系统运行可靠性高，可对发酵过程进行全面的测控，具有很强的数据采集和存贮、曲线优化分析等功能，采用智能控制提高了系统控制精度（罐温、PH、溶氧的控制精度提高50%，响应加快），使发酵生产平稳，不同发酵批次间重复性提高，发酵单位都有了不同程度的提高。