CN106901392B - 一种全自动厌氧发酵罐控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全自动厌氧发酵罐控制装置及控制方法，包括一PLC工控板，其输入端口X2连接压力继电器，输入端口X3连接液位传感器，输出端口Y0连接排液电磁阀，输出端口Y1连接一加样电磁阀，输出端口Y2连接一充气电磁阀，输出端口Y3连接一放样电磁阀，输出端口Y4连接一蒸汽电磁阀，输出端口Y5连接一试管电磁阀，输出端口Y6连接一步进电机，加样电磁阀、充气电磁阀、放样电磁阀、蒸汽电磁阀、试管电磁阀、步进电机的另一端均连接至一供电电源的正极，其负极连接PLC工控板的COM端口。本发明采用PLC工控板内部的计时器控制时间，进而触发电磁铁通断电来控制液压和电磁阀的开闭，实现发酵***的自动取样，且取样量精确。
Description
【技术领域】
本发明涉及食品机械领域，特别涉及一种全自动厌氧发酵罐控制装置及其控制方法。
【背景技术】
发酵设备是微生物工程中最重要的设备之一，一个优良的培养装置应设计为具有严密的结构，良好的液体混合性能，高的传质和传热速率，以及可靠的检测及控制仪表，才能获得最大的生产效率。按发酵是否需要氧气把发酵设备分为好氧发酵罐和厌氧发酵罐。但是生产中实际应用的主要以好氧微生物发酵为主，所以好氧发酵罐的种类最多，研究最为透砌。厌氧发酵***研究较少。
手动厌氧发酵***的工作流程如图1所示。实验流程：关闭废液阀1’，关闭样品出口阀门2’，关闭高压气体入口阀门3’，打开样品入口阀门4’从样品入口处注入待发酵样品，关闭样品入口阀门4’；样品在发酵罐100’内发酵，根据具体需要每隔一定的时间，打开高压气体入口阀门3’引入高压气体2MPa，同时打开消毒蒸汽入口阀门5’，对取样管道进行高温消毒，30S后关闭消毒蒸汽入口阀门5’，打开样品出口阀门2’，发酵罐100’内的液体在气体的高压作用下被压出，流入出口端部的带刻度的试管(未图示)内，达到取样量后关闭样品出口阀门2’，关闭高压气体入口阀门3’，继续发酵，重复之前的操作步骤，直至实验结束。
现有厌氧发酵罐取样一般都采用手动控制，因为实验过程中每次间隔2-6小时取样依次，所以取样周期长，单次试验中间不能间断，因此实验过程常常是24小时不间断，需配备专门的人员定时取样，另外取样量也是靠人为来控制，误差较大。因此，目前厌氧发酵罐取样存在问题是：取样周期长、取样量难控制、取样操作不方便等。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种全自动厌氧发酵罐控制装置，其采用PLC工控板内部的计时器控制时间，进而触发电磁铁通断电来控制液压和气动阀门的开闭，实现发酵***的自动取样，且取样量精确。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种全自动厌氧发酵罐控制方法。
本发明是通过以下技术方案一解决上述技术问题之一：
技术方案一：
一种全自动厌氧发酵罐控制装置，包括一PLC工控板，所述PLC工控板的输入端口X2连接一压力继电器，输入端口X3连接一液位传感器，所述压力继电器和液位传感器的另一端均连接至所述PLC工控板的电源端，所述压力继电器设于所述厌氧发酵罐的顶部，所述液位传感器邻设于所述取样试管旁；所述PLC工控板的输出端口Y0连接一排液电磁阀，输出端口Y1连接一加样电磁阀，输出端口Y2连接一充气电磁阀，输出端口Y3连接一放样电磁阀，输出端口Y4连接一蒸汽电磁阀，输出端口Y5连接一试管电磁阀，输出端口Y6连接一步进电机，所述加样电磁阀、充气电磁阀、放样电磁阀、蒸汽电磁阀、试管电磁阀、步进电机的另一端均连接至一供电电源的正极，所述供电电源的负极连接所述PLC工控板的COM端口。
更优地，还包括一启动按钮和一停止按钮，所述启动按钮的一端连接一输入端口X0，所述停止按钮的一端连接一输入端口X1，所述启动按钮和停止按钮的另一端均连接至所述PLC工控板的电源端。
更优地，还包括一转盘，所述转盘通过所述步进电机带动，取样试管置于所述转盘上。
更优地，所述液位传感器为超声波传感器。
更优地，所述PLC工控板采用单片机。
本发明是通过以下技术方案二解决上述技术问题之二：
技术方案二、
一种全自动厌氧发酵罐控制方法，所述控制方法基于所述全自动厌氧发酵罐控制装置执行如下步骤：
步骤1、启动，排液电磁阀带电，排除所述厌氧发酵罐中的废液；同时PLC工控板内部的计时器启动计时T1；
步骤2、T1时间到，触发加样电磁阀带电，打开加样口，加入试样，同时触发所述计时器启动计时T2；
步骤3、T2时间到，加样电磁阀断电，关闭加样口，所述计时器启动计时T3；
步骤4、T3时间到，触发充气电磁阀带电、蒸汽电磁阀带电、试管电磁阀带电，同时触发所述计时器启动计时T4，充气电磁阀打开，往所述厌氧发酵罐内充入高压气体，如果压力超过了设定值，触发压力继电器给所述充气电磁阀断电；所述蒸汽电磁阀和试管电磁阀带电打开，消毒蒸汽对试样输出管道进行高温消毒；
步骤5、T4时间到，所述蒸汽电磁阀断电和放样电磁阀带电，所述厌氧发酵罐内的试样输出至取样试管，通过液位传感器感测所述取样试管的液位高度，试样达到液位高度后，触发所述放样电磁阀断电，同时控制步进电机继续旋转，旋转到位后，触发所述计时器启动所述计时T3；
步骤6、T3时间到，重复执行所述步骤4和5，直至试样全部取完，关闭。
更优地，通过启动按钮和停止按钮控制取样的启动和关闭。
更优地，所述步骤5中，所述步进电机带动转盘转动，所述取样试管置于所述转盘上。
更优地，所述液位传感器为超声波传感器。
本发明具有如下优点：
1.***控制器可采用PLC工控板，价格低廉、建造容易；
2.通过PLC工控板内置的计时器驱动各阀门的开闭，针对不同样品，各电磁阀控制时间的修改较方便；
3.以超声波传感器控制取样量，取样控制较为精准；
4.用步进电动机控制取样试管的位置变化，可实现多次取样；
5.实现发酵***的全自动取样，无需人工值守。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为现有手动厌氧发酵***的示意图。
图2为本发明硬件连接图。
图3为本发明液压——气动控制回路图。
图4为本发明取样部件示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2至图4所示，对本发明的实施例进行详细的说明。
实施例一、重点请参阅图2和图3，一种全自动厌氧发酵罐控制装置，包括一PLC工控板100，所述PLC工控板100的输入端口X2连接一压力继电器110，输入端口X3连接一液位传感器120，所述压力继电器110和液位传感器120的另一端均连接至所述PLC工控板的电源端VCC，所述压力继电器110设于所述厌氧发酵罐200的顶部，所述液位传感器120邻设于所述取样试管210旁；所述PLC工控板100的输出端口Y0连接一排液电磁阀130，输出端口Y1连接一加样电磁阀140，输出端口Y2连接一充气电磁阀150，输出端口Y3连接一放样电磁阀160，输出端口Y4连接一蒸汽电磁阀170，输出端口Y5连接一试管电磁阀180，输出端口Y6连接一步进电机190，所述加样电磁阀140、充气电磁阀150、放样电磁阀160、蒸汽电磁阀170、试管电磁阀180、步进电机190的另一端均连接至一供电电源的正极，所述供电电源的负极连接所述PLC工控板的COM端口。
本控制装置的另一实施例为：所述控制装置还包括一启动按钮SB1、一停止按钮SB2以及一转盘220，所述启动按钮SB1的一端连接一输入端口X0，所述停止按钮SB2的一端连接一输入端口X1，所述启动按钮SB1和停止按钮SB2的另一端均连接至所述PLC工控板100的电源端VCC；重点请参阅图4，所述转盘220通过所述步进电机190带动，取样试管210置于所述转盘220上。用步进电动机190控制取样试管210的位置变化，可实现多次取样。
需要说明的是：本发明的控制对象为6个电磁阀和一个步进电动机，控制的对象不是很多，且因发酵后液体的粘度会发生较大的变化，针对不同的样品，PLC工控板内部的计时器需进行调整，因此，可选择PLC工控板来实现，PLC采用梯形图编程，针对不同样品，各电磁阀控制时间的修改较方便、直接，相较于传统的可编程控制器工控板成本低、体积小，相较于单片机开发周期短，见效快，可靠性高，工控板价格和单片机相差不多。
例如，PLC工控板可以采用进口工业级32位CPU，兼容日本三菱公司FX2N系列，支持在线监视、下载；输出介质为原装进口大功率MOS管，MOS管没有机械损耗，功率大，寿命长，速度高，可用于直接驱动24V直流电磁阀；支持中断指令，外中断配合D8099可用于脉冲宽度测量。带一组RS422总线接口，可用于程序上下载或者与人机界面通信用。
***中输入信号由按钮、传感器和计时器产生，其中按钮SB1控制***启动，按钮SB2控制***停止；压力继电器110控制发酵罐内200气体的压力；液位传感器120负责感测取样试管210内液体的高度，并控制步进电机190的转动，见图2。输出信号主要控制液压回路中的6个电磁阀。计时器和计数器(用于计算转盘转动次数)均为PLC工控板内置，且初始值的设定由文本编辑器实现。取样试管210置于转盘220上，取样试管210的数量由取样数量决定，转盘220旋转的角度由步进电动机190实现。液位传感器120隔着玻璃感测液面的高度，两种介质不同，因此选用超声波传感器来实现，取样控制较为精准。
本控制装置的工作原理如实施例二所述。
实施例二、一种全自动厌氧发酵罐控制方法，所述控制方法基于所述的全自动厌氧发酵罐控制装置执行如下步骤：
步骤1、启动，排液电磁阀130带电，排除所述厌氧发酵罐200中的废液；同时PLC工控板100内部的计时器启动计时T1；
步骤2、T1时间到，触发加样电磁阀140带电，打开加样口，加入试样，同时触发所述计时器启动计时T2；
步骤3、T2时间到，加样电磁阀140断电，关闭加样口，所述计时器启动计时T3；
步骤4、T3时间到，触发充气电磁阀150带电、蒸汽电磁阀170带电、试管电磁阀180带电，同时触发所述计时器启动计时T4，充气电磁阀150打开，往所述厌氧发酵罐200内充入高压气体，如果压力超过了设定值，触发压力继电器110给所述充气电磁阀150断电；所述蒸汽电磁阀170和试管电磁阀180带电打开，消毒蒸汽对试样输出管道进行高温消毒；
步骤5、T4时间到，所述蒸汽电磁阀170断电，且放样电磁阀160带电，所述厌氧发酵罐200内的试样输出至取样试管210，通过液位传感器120感测所述取样试管210的液位高度，试样达到液位高度后，触发所述放样电磁阀160断电，同时控制步进电机190继续旋转，旋转到位后，触发所述计时器启动所述计时T3；
步骤6、T3时间到，重复执行所述步骤4和5，直至试样全部取完，关闭。
取样过程的启动和关闭可以通过启动按钮SB1和停止按钮SB2控制取样，但不局限于此方式。所述步骤5中，所述步进电机190带动转盘220转动，所述取样试管210置于所述转盘220上。所述液位传感器120为超声波传感器。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种全自动厌氧发酵罐控制装置，其特征在于：包括一PLC工控板，所述PLC工控板的输入端口X2连接一压力继电器，输入端口X3连接一液位传感器，所述压力继电器和液位传感器的另一端均连接至所述PLC工控板的电源端，所述压力继电器设于所述厌氧发酵罐的顶部，所述液位传感器邻设于取样试管旁；所述PLC工控板的输出端口Y0连接一排液电磁阀，输出端口Y1连接一加样电磁阀，输出端口Y2连接一充气电磁阀，输出端口Y3连接一放样电磁阀，输出端口Y4连接一蒸汽电磁阀，输出端口Y5连接一试管电磁阀，输出端口Y6连接一步进电机，所述加样电磁阀、充气电磁阀、放样电磁阀、蒸汽电磁阀、试管电磁阀、步进电机的另一端均连接至一供电电源的正极，所述供电电源的负极连接所述PLC工控板的COM端口；还包括一转盘，所述转盘通过所述步进电机带动，取样试管置于所述转盘上。
2.如权利要求1所述的一种全自动厌氧发酵罐控制装置，其特征在于：还包括一启动按钮和一停止按钮，所述启动按钮的一端连接一输入端口X0，所述停止按钮的一端连接一输入端口X1，所述启动按钮和停止按钮的另一端均连接至所述PLC工控板的电源端。
3.如权利要求1所述的一种全自动厌氧发酵罐控制装置，其特征在于：所述液位传感器为超声波传感器。
4.如权利要求1所述的一种全自动厌氧发酵罐控制装置，其特征在于：所述PLC工控板采用单片机。
5.一种全自动厌氧发酵罐控制方法，其特征在于，所述控制方法基于权利要求1所述的全自动厌氧发酵罐控制装置执行如下步骤：
步骤1、启动，排液电磁阀带电，排除所述厌氧发酵罐中的废液；同时PLC工控板内部的计时器启动计时T1；
步骤2、T1时间到，触发加样电磁阀带电，打开加样口，加入试样，同时触发所述计时器启动计时T2；
步骤3、T2时间到，加样电磁阀断电，关闭加样口，所述计时器启动计时T3；
步骤4、T3时间到，触发充气电磁阀带电、蒸汽电磁阀带电、试管电磁阀带电，同时触发所述计时器启动计时T4，充气电磁阀打开，往所述厌氧发酵罐内充入高压气体，如果压力超过了设定值，触发压力继电器给所述充气电磁阀断电；所述蒸汽电磁阀和试管电磁阀带电打开，消毒蒸汽对试样输出管道进行高温消毒；
步骤5、T4时间到，所述蒸汽电磁阀断电和放样电磁阀带电，所述厌氧发酵罐内的试样输出至取样试管，通过液位传感器感测所述取样试管的液位高度，试样达到液位高度后，触发所述放样电磁阀断电，同时控制步进电机继续旋转，旋转到位后，触发所述计时器启动所述计时T3；
步骤6、T3时间到，重复执行所述步骤4和5，直至试样全部取完，关闭。
6.如权利要求5所述的一种全自动厌氧发酵罐控制方法，其特征在于：通过启动按钮和停止按钮控制取样的启动和关闭。
7.如权利要求5所述的一种全自动厌氧发酵罐控制方法，其特征在于：所述步骤5中，所述步进电机带动转盘转动，所述取样试管置于所述转盘上。
8.如权利要求5所述的一种全自动厌氧发酵罐控制方法，其特征在于：所述液位传感器为超声波传感器。
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