การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุมอัตโนมัติในการหมักชีวภาพ
2020-07-01
ลักษณะของพารามิเตอร์ปฏิกิริยาการหมักทางชีวภาพมีความหลากหลาย ทั้งยังเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาและการเผาผลาญของจุลชีพไปพร้อมกัน ขณะเดียวกันกฎเกณฑ์ก็เปลี่ยนแปลงด้วย จึงเป็นระบบไม่เชิงเส้น ในระยะแรกจะวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการด้วยการเก็บตัวอย่างด้วยมือเพื่อให้ได้ข้อมูลตัวแปรพารามิเตอร์ของระบบการหมัก แล้วจึงควบคุมกระบวนการหมักทั้งหมด แม้ว่าวิธีการทำงานที่ใช้ระบบอัตโนมัติระดับต่ำนี้จะช่วยประหยัดการลงทุนด้านอุปกรณ์ในช่วงเริ่มต้น แต่ก็ยังมีปัญหาในการใช้งาน เช่น ต้นทุนแรงงานที่เพิ่มขึ้น การใช้พลังงานและวัตถุดิบสูง การใช้เครื่องจักรไม่คุ้มค่า ความล่าช้าในการตอบสนองข้อมูลพารามิเตอร์ ความผิดพลาดจากการปฏิบัติงานของบุคลากร และผลผลิตที่ไม่คงที่
ท่ามกลางการแข่งขันทางตลาดที่รุนแรงขึ้นอย่างต่อเนื่อง บริษัทจำนวนมากขึ้นต่างมองหาวิธีปรับปรุงกระบวนการผลิต เช่น การนำระบบควบคุมอัตโนมัติมาใช้ในกระบวนการหมัก การใช้เทคโนโลยีการตรวจวัด เทคโนโลยีเซนเซอร์ และเทคโนโลยีควบคุมเชิงคาดการณ์แบบฟัซซี เพื่อควบคุมอุณหภูมิ ความดันถัง ค่า pH ออกซิเจนละลาย ปริมาณอากาศ ปริมาณการป้อน ความหนาแน่นของฟอง ความเร็วการกวน และการแสดงผลการทำงานผิดพลาดของมอเตอร์แบบดิจิทัล ไม่เพียงช่วยประหยัดกำลังคนได้มาก แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ด้วย
ท่ามกลางการแข่งขันทางตลาดที่รุนแรงขึ้นอย่างต่อเนื่อง บริษัทจำนวนมากขึ้นต่างมองหาวิธีปรับปรุงกระบวนการผลิต เช่น การนำระบบควบคุมอัตโนมัติมาใช้ในกระบวนการหมัก การใช้เทคโนโลยีการตรวจวัด เทคโนโลยีเซนเซอร์ และเทคโนโลยีควบคุมเชิงคาดการณ์แบบฟัซซี เพื่อควบคุมอุณหภูมิ ความดันถัง ค่า pH ออกซิเจนละลาย ปริมาณอากาศ ปริมาณการป้อน ความหนาแน่นของฟอง ความเร็วการกวน และการแสดงผลการทำงานผิดพลาดของมอเตอร์แบบดิจิทัล ไม่เพียงช่วยประหยัดกำลังคนได้มาก แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ด้วย
บทนำของระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับการหมัก
พารามิเตอร์การหมักคือคุณลักษณะทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของกระบวนการหมักและสายพันธุ์จุลชีพ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญที่ใช้ควบคุมกระบวนการหมัก ในกระบวนการหมัก หัวใจสำคัญของการควบคุมอัตโนมัติคือเซนเซอร์ที่ใช้วัดพารามิเตอร์ต่าง ๆ สัญญาณแปรผันของกระบวนการหมักที่ตรวจจับได้โดยเซนเซอร์จะถูกแปลงจากสัญญาณที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐานโดยทรานสมิตเตอร์ จากนั้นจึงแสดงผล บันทึก หรือส่งต่อไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อประมวลผลผ่านเครื่องมือวัด
ระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับการหมักประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่ องค์ประกอบตรวจจับ ส่วนควบคุม และส่วนปฏิบัติการ
1. องค์ประกอบตรวจจับ
เซนเซอร์มีวิธีการจำแนกหลายประเภท สามารถจำแนกตามวิธีการวัดได้เป็นเซนเซอร์แบบออฟไลน์และแบบออนไลน์ และจำแนกตามหลักการวัดได้เป็นเซนเซอร์ที่ทำจากองค์ประกอบรับแรง องค์ประกอบรับความร้อน องค์ประกอบรับแสง องค์ประกอบรับสนามแม่เหล็ก องค์ประกอบทางเคมีไฟฟ้า และไบโอเซนเซอร์ เนื่องจากสัญญาณไฟฟ้าส่งผ่านได้ง่าย เซนเซอร์ส่วนใหญ่จึงส่งออกเป็นสัญญาณไฟฟ้า เช่น แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ ค่าคาปาซิแตนซ์ และความถี่
2. ส่วนควบคุม
หน้าที่หลักของส่วนควบคุมคือเปรียบเทียบสัญญาณพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่ตรวจจับได้จากองค์ประกอบตรวจจับกับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และส่งคำสั่งสัญญาณไปยังแอคชูเอเตอร์เพื่อทำการปรับควบคุม โดยทั่วไปจะใช้การควบคุมแบบสวิตช์และแบบแอนะล็อก การควบคุมแบบสวิตช์หมายถึงสถานะเปิดและปิด แทนด้วย 0 และ 1 คือสถานะเปิดหรือปิด ตัวอย่างเช่น ในการควบคุมกระบวนการหมัก การควบคุมแบบสวิตช์ทำได้เพียงควบคุมการเปิด-ปิดของวาล์วเท่านั้น ส่วนการควบคุมแบบแอนะล็อกไม่เพียงควบคุมการเปิด-ปิดของวาล์วได้ แต่ยังควบคุมระดับการเปิด-ปิดของวาล์วในกระบวนการหมักได้ด้วย จึงทำหน้าที่เป็นการปรับควบคุม
3. ส่วนปฏิบัติการ
ส่วนปฏิบัติการคือองค์ประกอบที่ทำหน้าที่ควบคุมโดยตรง เช่น วาล์วแม่เหล็กไฟฟ้า วาล์วควบคุมแบบนิวเมติก วาล์วควบคุมไฟฟ้า ตัวลดรอบ ปั๊มเพอริสตัลติก เป็นต้น ซึ่งสะท้อนสัญญาณเอาต์พุตจากตัวควบคุมหรือค่าตัวแปรควบคุมที่เปลี่ยนแปลงจากการแทรกแซงด้วยมือของผู้ปฏิบัติงาน แอคชูเอเตอร์สามารถทำงานได้ต่อเนื่องหรือเป็นช่วง ๆ
เมื่อการควบคุมอุณหภูมิการหมักสิ้นสุดลง มักยังเกิดปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสอยู่เสมอ การควบคุมที่เหมาะสมและทันเวลามักต้องอาศัยประสบการณ์และทักษะของวิศวกร
2. ความดันถัง
เซนเซอร์วัดความดันมีหลายประเภท ได้แก่ แบบสเตรนเกจความต้านทาน แบบไพโซรีซิสทีฟ แบบเหนี่ยวนำ และแบบคาปาซิทีฟ ในบรรดาเหล่านี้ แบบที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดคือเซนเซอร์วัดความดันแบบไพโซรีซิสทีฟ ซึ่งมีความแม่นยำสูงกว่าและมีลักษณะเชิงเส้นดีกว่า อีกทั้งราคาปานกลาง ทรานสมิตเตอร์ความดันจะแปลงความดันของถังหมักเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อส่งเข้าสู่ระบบควบคุม วิธีควบคุมความดันโดยทั่วไปคือปรับอัตราการไหลของอากาศเข้า หรือปริมาณการแทนที่ของอากาศ เพื่อรักษาความดันที่ต้องการระหว่างกระบวนการหมัก
3. ความเร็วการกวน
สามารถวัดความเร็วการกวนได้ด้วยเครื่องวัดความเร็วแบบเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เครื่องวัดความเร็วแบบเหนี่ยวนำแสง หรือเครื่องกำเนิดสัญญาณแทคโคมิเตอร์
4. อัตราการไหลของอากาศและอัตราการพ่นของเหลว
การตรวจวัดอัตราการไหลโดยทั่วไปใช้โฟลว์มิเตอร์แบบลูกลอยโลหะ โฟลว์มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า โฟลว์มิเตอร์แบบวอร์เทกซ์ เป็นต้น
โฟลว์มิเตอร์แบบลูกลอยโลหะต้องติดตั้งในแนวตั้ง และกระแสไหลเข้าจากล่างขึ้นบน เมื่อวัสดุหรืออากาศไหลผ่านจะเกิดความดันต่างระหว่างสองด้านของลูกลอย ทำให้ลูกลอยลอยตัวขึ้นพร้อมแรงส่งขึ้น เมื่ออัตราการไหลเปลี่ยน ตำแหน่งของโรเตอร์ลอยก็จะเปลี่ยนไป ทำให้ค่าคาปาซิแตนซ์หรือความต้านทานเปลี่ยนแปลง และถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า หลังจากขยายสัญญาณแล้ว ตัวควบคุมเริ่มต้นสามารถทำให้การควบคุมอัตราการไหลเป็นอัตโนมัติได้
โฟลว์มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าใช้หลักการที่ของเหลวไหลตัดสนามแม่เหล็กแล้วเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเพื่อวัดอัตราการไหล และสามารถใช้ตรวจวัดอัตราการไหลของของไหลนำไฟฟ้า เช่น น้ำหมุนเวียน เป็นต้น
โฟลว์มิเตอร์แบบวอร์เทกซ์ ซึ่งอาศัยหลักการของถนนวอร์เทกซ์แบบคาร์มัน ใช้ความสัมพันธ์ที่ว่าความถี่การแยกตัวของวอร์เทกซ์แปรผันตรงกับอัตราการไหลในการตรวจวัดอัตราการไหล โฟลว์มิเตอร์ชนิดนี้สามารถใช้ตรวจวัดของไหลที่นำไฟฟ้าหรือไม่นำไฟฟ้าได้ จึงมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง สามารถใช้ตรวจวัดไอน้ำ อากาศ และน้ำบริสุทธิ์
5. ปริมาตร น้ำหนัก และฟอง
การตรวจวัดปริมาตรมักใช้วิธีความดันต่าง ซึ่งหมายถึงการคำนวณปริมาตรของของเหลวที่พ่นและระดับของเหลวจากความดันต่างระหว่างจุดสองหรือสามจุดด้านบนและด้านล่างของถังหมัก โดยทั่วไปจะติดตั้งทรานสมิตเตอร์ความดันต่างบนถังหมักเพื่อตรวจวัดปริมาตรภายในถัง
นอกจากนี้ยังสามารถใช้เซนเซอร์ชั่งน้ำหนักเพื่อตรวจวัดน้ำหนักของวัสดุในถังได้อีกด้วย เซนเซอร์ชั่งน้ำหนักมักใช้ในขั้นตอนการผสมสูตรสำหรับการหมัก
การตรวจจับฟองโดยทั่วไปใช้วิธีโพรบอิเล็กโทรด เมื่อฟองลอยขึ้นและถึงเซนเซอร์ จะเกิดสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นสัญญาณจะถูกส่งกลับ มีการแจ้งเตือน และเติมสารลดฟอง
6. pH
การทดสอบค่า pH โดยทั่วไปใช้ขั้วไฟฟ้า pH แบบคอมโพสิต ขั้วไฟฟ้าชนิดนี้มีโครงสร้างกะทัดรัดและสามารถฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำได้ หลักการทำงานคือเมื่อจุ่มลงในสารละลายร่วมกับขั้วแก้วและขั้วอ้างอิงจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในระดับหนึ่ง ทรานสมิตเตอร์ pH จะเชื่อมต่อกับส่วนควบคุม และวาล์วอัตโนมัติหรือปั๊มเพอริสตัลติกจะถูกควบคุมโดยระบบลูปเพื่อปรับค่า pH
7. ออกซิเจนละลาย
ปัจจุบัน เนื่องจากคุณลักษณะเฉพาะของอุตสาหกรรมการหมัก จึงนิยมแสดงออกซิเจนละลายในรูปเปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของอากาศ ก่อนการใส่เชื้อ จะจำลองสภาวะการเพาะเลี้ยงตามปกติ (การกวน อุณหภูมิ ความดันถัง และการเติมอากาศ) และทำการปรับเทียบเต็มสเกล ในขณะนั้นให้ออกซิเจนละลายเท่ากับ 100% และจะไม่ปรับแก้หลังจากการปรับตั้งจนกว่าจะสิ้นสุดการหมัก ดังนั้นค่าที่แสดงโดยขั้วไฟฟ้าออกซิเจนละลายระหว่างกระบวนการหมักจึงเป็นเปอร์เซ็นต์ของปริมาณออกซิเจนละลายในช่วงการปรับเทียบจริง
โดยทั่วไป ในกระบวนการหมักแบบจมลึก ความเข้มข้นของออกซิเจนละลายขึ้นอยู่กับความเร็วที่ออกซิเจนเข้าสู่ตัวกลางเพาะเลี้ยงและความเร็วที่เซลล์ชีวภาพใช้ออกซิเจน ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความเร็วที่ออกซิเจนเข้าสู่ตัวกลาง ได้แก่ ความเร็วการกวน อัตราการไหลของอากาศ และความดันถัง ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการหมักที่แตกต่างกัน วิธีปรับออกซิเจนละลายก็แตกต่างกันด้วย โดยอาจปรับความเร็วการกวนก่อน แล้วจึงปรับอัตราการไหลของอากาศและความดันถัง หรืออาจปรับเพียงหนึ่งในนั้นเท่านั้น
พารามิเตอร์การหมักคือคุณลักษณะทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของกระบวนการหมักและสายพันธุ์จุลชีพ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญที่ใช้ควบคุมกระบวนการหมัก ในกระบวนการหมัก หัวใจสำคัญของการควบคุมอัตโนมัติคือเซนเซอร์ที่ใช้วัดพารามิเตอร์ต่าง ๆ สัญญาณแปรผันของกระบวนการหมักที่ตรวจจับได้โดยเซนเซอร์จะถูกแปลงจากสัญญาณที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐานโดยทรานสมิตเตอร์ จากนั้นจึงแสดงผล บันทึก หรือส่งต่อไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อประมวลผลผ่านเครื่องมือวัด
ระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับการหมักประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่ องค์ประกอบตรวจจับ ส่วนควบคุม และส่วนปฏิบัติการ
1. องค์ประกอบตรวจจับ
เซนเซอร์มีวิธีการจำแนกหลายประเภท สามารถจำแนกตามวิธีการวัดได้เป็นเซนเซอร์แบบออฟไลน์และแบบออนไลน์ และจำแนกตามหลักการวัดได้เป็นเซนเซอร์ที่ทำจากองค์ประกอบรับแรง องค์ประกอบรับความร้อน องค์ประกอบรับแสง องค์ประกอบรับสนามแม่เหล็ก องค์ประกอบทางเคมีไฟฟ้า และไบโอเซนเซอร์ เนื่องจากสัญญาณไฟฟ้าส่งผ่านได้ง่าย เซนเซอร์ส่วนใหญ่จึงส่งออกเป็นสัญญาณไฟฟ้า เช่น แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ ค่าคาปาซิแตนซ์ และความถี่
2. ส่วนควบคุม
หน้าที่หลักของส่วนควบคุมคือเปรียบเทียบสัญญาณพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่ตรวจจับได้จากองค์ประกอบตรวจจับกับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และส่งคำสั่งสัญญาณไปยังแอคชูเอเตอร์เพื่อทำการปรับควบคุม โดยทั่วไปจะใช้การควบคุมแบบสวิตช์และแบบแอนะล็อก การควบคุมแบบสวิตช์หมายถึงสถานะเปิดและปิด แทนด้วย 0 และ 1 คือสถานะเปิดหรือปิด ตัวอย่างเช่น ในการควบคุมกระบวนการหมัก การควบคุมแบบสวิตช์ทำได้เพียงควบคุมการเปิด-ปิดของวาล์วเท่านั้น ส่วนการควบคุมแบบแอนะล็อกไม่เพียงควบคุมการเปิด-ปิดของวาล์วได้ แต่ยังควบคุมระดับการเปิด-ปิดของวาล์วในกระบวนการหมักได้ด้วย จึงทำหน้าที่เป็นการปรับควบคุม
3. ส่วนปฏิบัติการ
ส่วนปฏิบัติการคือองค์ประกอบที่ทำหน้าที่ควบคุมโดยตรง เช่น วาล์วแม่เหล็กไฟฟ้า วาล์วควบคุมแบบนิวเมติก วาล์วควบคุมไฟฟ้า ตัวลดรอบ ปั๊มเพอริสตัลติก เป็นต้น ซึ่งสะท้อนสัญญาณเอาต์พุตจากตัวควบคุมหรือค่าตัวแปรควบคุมที่เปลี่ยนแปลงจากการแทรกแซงด้วยมือของผู้ปฏิบัติงาน แอคชูเอเตอร์สามารถทำงานได้ต่อเนื่องหรือเป็นช่วง ๆ
แอคชูเอเตอร์สามารถแบ่งตามแหล่งพลังงานได้เป็นแบบนิวเมติก แบบไฟฟ้า และแบบไฮดรอลิก ที่ใช้กันมากที่สุดในกระบวนการหมัก ได้แก่ วาล์วควบคุมไดอะแฟรมแบบนิวเมติก วาล์วบอลแบบนิวเมติก วาล์วมุมฉากแบบนิวเมติก วาล์วแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น
การตรวจวัดและควบคุมพารามิเตอร์ทั่วไปในกระบวนการหมัก
1.อุณหภูมิ
ในกระบวนการหมัก มักใช้เทอร์มอมิเตอร์แบบความต้านทานในการตรวจวัดอุณหภูมิการหมัก การวัดอุณหภูมิแบบความต้านทานอาศัยคุณสมบัติของค่าความต้านทานในตัวนำโลหะหรือสารกึ่งตัวนำที่เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ แล้วแปลงการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานเป็นสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณไฟฟ้าจะส่งคำสั่งควบคุมไปยังแอคชูเอเตอร์ผ่านเครื่องมือควบคุมและสวิตช์หรือวงจรควบคุมต่าง ๆ ดังนั้นจึงสามารถเปิดหรือปิดอุปกรณ์ทำความเย็นหรือทำความร้อนเพื่อรักษาอุณหภูมิในถังให้คงที่ และบรรลุเป้าหมายของการควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติเมื่อการควบคุมอุณหภูมิการหมักสิ้นสุดลง มักยังเกิดปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสอยู่เสมอ การควบคุมที่เหมาะสมและทันเวลามักต้องอาศัยประสบการณ์และทักษะของวิศวกร
2. ความดันถัง
เซนเซอร์วัดความดันมีหลายประเภท ได้แก่ แบบสเตรนเกจความต้านทาน แบบไพโซรีซิสทีฟ แบบเหนี่ยวนำ และแบบคาปาซิทีฟ ในบรรดาเหล่านี้ แบบที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดคือเซนเซอร์วัดความดันแบบไพโซรีซิสทีฟ ซึ่งมีความแม่นยำสูงกว่าและมีลักษณะเชิงเส้นดีกว่า อีกทั้งราคาปานกลาง ทรานสมิตเตอร์ความดันจะแปลงความดันของถังหมักเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อส่งเข้าสู่ระบบควบคุม วิธีควบคุมความดันโดยทั่วไปคือปรับอัตราการไหลของอากาศเข้า หรือปริมาณการแทนที่ของอากาศ เพื่อรักษาความดันที่ต้องการระหว่างกระบวนการหมัก
3. ความเร็วการกวน
สามารถวัดความเร็วการกวนได้ด้วยเครื่องวัดความเร็วแบบเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เครื่องวัดความเร็วแบบเหนี่ยวนำแสง หรือเครื่องกำเนิดสัญญาณแทคโคมิเตอร์
4. อัตราการไหลของอากาศและอัตราการพ่นของเหลว
การตรวจวัดอัตราการไหลโดยทั่วไปใช้โฟลว์มิเตอร์แบบลูกลอยโลหะ โฟลว์มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า โฟลว์มิเตอร์แบบวอร์เทกซ์ เป็นต้น
โฟลว์มิเตอร์แบบลูกลอยโลหะต้องติดตั้งในแนวตั้ง และกระแสไหลเข้าจากล่างขึ้นบน เมื่อวัสดุหรืออากาศไหลผ่านจะเกิดความดันต่างระหว่างสองด้านของลูกลอย ทำให้ลูกลอยลอยตัวขึ้นพร้อมแรงส่งขึ้น เมื่ออัตราการไหลเปลี่ยน ตำแหน่งของโรเตอร์ลอยก็จะเปลี่ยนไป ทำให้ค่าคาปาซิแตนซ์หรือความต้านทานเปลี่ยนแปลง และถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า หลังจากขยายสัญญาณแล้ว ตัวควบคุมเริ่มต้นสามารถทำให้การควบคุมอัตราการไหลเป็นอัตโนมัติได้
โฟลว์มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าใช้หลักการที่ของเหลวไหลตัดสนามแม่เหล็กแล้วเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเพื่อวัดอัตราการไหล และสามารถใช้ตรวจวัดอัตราการไหลของของไหลนำไฟฟ้า เช่น น้ำหมุนเวียน เป็นต้น
โฟลว์มิเตอร์แบบวอร์เทกซ์ ซึ่งอาศัยหลักการของถนนวอร์เทกซ์แบบคาร์มัน ใช้ความสัมพันธ์ที่ว่าความถี่การแยกตัวของวอร์เทกซ์แปรผันตรงกับอัตราการไหลในการตรวจวัดอัตราการไหล โฟลว์มิเตอร์ชนิดนี้สามารถใช้ตรวจวัดของไหลที่นำไฟฟ้าหรือไม่นำไฟฟ้าได้ จึงมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง สามารถใช้ตรวจวัดไอน้ำ อากาศ และน้ำบริสุทธิ์
5. ปริมาตร น้ำหนัก และฟอง
การตรวจวัดปริมาตรมักใช้วิธีความดันต่าง ซึ่งหมายถึงการคำนวณปริมาตรของของเหลวที่พ่นและระดับของเหลวจากความดันต่างระหว่างจุดสองหรือสามจุดด้านบนและด้านล่างของถังหมัก โดยทั่วไปจะติดตั้งทรานสมิตเตอร์ความดันต่างบนถังหมักเพื่อตรวจวัดปริมาตรภายในถัง
นอกจากนี้ยังสามารถใช้เซนเซอร์ชั่งน้ำหนักเพื่อตรวจวัดน้ำหนักของวัสดุในถังได้อีกด้วย เซนเซอร์ชั่งน้ำหนักมักใช้ในขั้นตอนการผสมสูตรสำหรับการหมัก
การตรวจจับฟองโดยทั่วไปใช้วิธีโพรบอิเล็กโทรด เมื่อฟองลอยขึ้นและถึงเซนเซอร์ จะเกิดสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นสัญญาณจะถูกส่งกลับ มีการแจ้งเตือน และเติมสารลดฟอง
6. pH
การทดสอบค่า pH โดยทั่วไปใช้ขั้วไฟฟ้า pH แบบคอมโพสิต ขั้วไฟฟ้าชนิดนี้มีโครงสร้างกะทัดรัดและสามารถฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำได้ หลักการทำงานคือเมื่อจุ่มลงในสารละลายร่วมกับขั้วแก้วและขั้วอ้างอิงจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในระดับหนึ่ง ทรานสมิตเตอร์ pH จะเชื่อมต่อกับส่วนควบคุม และวาล์วอัตโนมัติหรือปั๊มเพอริสตัลติกจะถูกควบคุมโดยระบบลูปเพื่อปรับค่า pH
7. ออกซิเจนละลาย
ปัจจุบัน เนื่องจากคุณลักษณะเฉพาะของอุตสาหกรรมการหมัก จึงนิยมแสดงออกซิเจนละลายในรูปเปอร์เซ็นต์ความอิ่มตัวของอากาศ ก่อนการใส่เชื้อ จะจำลองสภาวะการเพาะเลี้ยงตามปกติ (การกวน อุณหภูมิ ความดันถัง และการเติมอากาศ) และทำการปรับเทียบเต็มสเกล ในขณะนั้นให้ออกซิเจนละลายเท่ากับ 100% และจะไม่ปรับแก้หลังจากการปรับตั้งจนกว่าจะสิ้นสุดการหมัก ดังนั้นค่าที่แสดงโดยขั้วไฟฟ้าออกซิเจนละลายระหว่างกระบวนการหมักจึงเป็นเปอร์เซ็นต์ของปริมาณออกซิเจนละลายในช่วงการปรับเทียบจริง
โดยทั่วไป ในกระบวนการหมักแบบจมลึก ความเข้มข้นของออกซิเจนละลายขึ้นอยู่กับความเร็วที่ออกซิเจนเข้าสู่ตัวกลางเพาะเลี้ยงและความเร็วที่เซลล์ชีวภาพใช้ออกซิเจน ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความเร็วที่ออกซิเจนเข้าสู่ตัวกลาง ได้แก่ ความเร็วการกวน อัตราการไหลของอากาศ และความดันถัง ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการหมักที่แตกต่างกัน วิธีปรับออกซิเจนละลายก็แตกต่างกันด้วย โดยอาจปรับความเร็วการกวนก่อน แล้วจึงปรับอัตราการไหลของอากาศและความดันถัง หรืออาจปรับเพียงหนึ่งในนั้นเท่านั้น
คุณลักษณะของระบบควบคุมอัตโนมัติ DCS สำหรับการหมักของ Shanghai Beyond
ระบบควบคุมแบบกระจาย DCS สำหรับการหมักของ Shanghai Beyond ประกอบด้วยเอนจินควบคุมซึ่งประกอบด้วยคอนโทรลเลอร์ PLC รวมถึงบอร์ดวงจรรวม PLC และคอมพิวเตอร์ปฏิบัติการ (หรือส่วนต่อประสานมนุษย์-เครื่องจักร) มีคุณลักษณะของการบริหารแบบรวมศูนย์และการควบคุมแบบกระจาย การคำนวณควบคุมและการเก็บข้อมูลการหมักทั้งหมดทำโดยคอนโทรลเลอร์ PLC และติดตามกระบวนการหมักทั้งหมดแบบเรียลไทม์ผ่านคอมพิวเตอร์ปฏิบัติการ (หรือส่วนต่อประสานมนุษย์-เครื่องจักร) เพื่อจัดระเบียบข้อมูลที่บันทึกไว้ ระบบควบคุม PLC มีอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อราคาสูง มีเสถียรภาพดี และได้กลายเป็นตัวเลือกอันดับแรกสำหรับแกนหลักของการควบคุมอัตโนมัติในระบบควบคุมขนาดเล็กและขนาดกลาง
ระบบควบคุมแบบกระจาย DCS สำหรับการหมักของ Shanghai Beyond ประกอบด้วยเอนจินควบคุมซึ่งประกอบด้วยคอนโทรลเลอร์ PLC รวมถึงบอร์ดวงจรรวม PLC และคอมพิวเตอร์ปฏิบัติการ (หรือส่วนต่อประสานมนุษย์-เครื่องจักร) มีคุณลักษณะของการบริหารแบบรวมศูนย์และการควบคุมแบบกระจาย การคำนวณควบคุมและการเก็บข้อมูลการหมักทั้งหมดทำโดยคอนโทรลเลอร์ PLC และติดตามกระบวนการหมักทั้งหมดแบบเรียลไทม์ผ่านคอมพิวเตอร์ปฏิบัติการ (หรือส่วนต่อประสานมนุษย์-เครื่องจักร) เพื่อจัดระเบียบข้อมูลที่บันทึกไว้ ระบบควบคุม PLC มีอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อราคาสูง มีเสถียรภาพดี และได้กลายเป็นตัวเลือกอันดับแรกสำหรับแกนหลักของการควบคุมอัตโนมัติในระบบควบคุมขนาดเล็กและขนาดกลาง
ระบบทั้งหมดประกอบด้วยคอมพิวเตอร์แม่ข่าย/จอสัมผัสภาคสนาม ส่วนต่อประสานมนุษย์-เครื่องจักร PLC ตัวควบคุมการตรวจวัดภาคสนาม เครื่องแสดงผลภาคสนาม เป็นต้น และสื่อสารผ่านอีเทอร์เน็ตด้วยฟิลด์บัส
ระบบ PLC ทำหน้าที่หลักในการรวบรวมและควบคุมค่าการตรวจวัดต่าง ๆ ภายในระบบ แล้วส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์แม่ข่ายผ่านสายข้อมูล ซอฟต์แวร์คอนฟิกูเรชันของคอมพิวเตอร์แม่ข่ายทำหน้าที่แสดงผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ บันทึก ตั้งค่าพารามิเตอร์ และประมวลผลข้อมูลย้อนหลัง
คอมพิวเตอร์แม่ข่ายสามารถเชื่อมต่อผ่านอินเทอร์เน็ตได้ ภายใต้การอนุญาต ผู้ปฏิบัติงานที่เชื่อมต่อเครือข่ายอยู่สามารถควบคุมระบบได้
ระบบ PLC ทำหน้าที่หลักในการรวบรวมและควบคุมค่าการตรวจวัดต่าง ๆ ภายในระบบ แล้วส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์แม่ข่ายผ่านสายข้อมูล ซอฟต์แวร์คอนฟิกูเรชันของคอมพิวเตอร์แม่ข่ายทำหน้าที่แสดงผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ บันทึก ตั้งค่าพารามิเตอร์ และประมวลผลข้อมูลย้อนหลัง
คอมพิวเตอร์แม่ข่ายสามารถเชื่อมต่อผ่านอินเทอร์เน็ตได้ ภายใต้การอนุญาต ผู้ปฏิบัติงานที่เชื่อมต่อเครือข่ายอยู่สามารถควบคุมระบบได้
ทั้งหมดนี้คือสิ่งที่เราได้พูดคุยกันในวันนี้เกี่ยวกับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุมอัตโนมัติในการหมักชีวภาพ หากมีคำถามหรือความต้องการใด ๆ โปรดติดต่อวิศวกรฝ่ายบริการของ Beyond
