一种藻类反应控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种藻类反应控制系统和方法，由于采用分层集散式控制结构，由总控制器统一配置系统中多个子控制器需要的藻类生长的环境参数，并将藻类的环境参数发送给培养该藻类的反应器对应的子控制器，子控制器根据接收到的环境参数对反应器的环境进行监控，保证反应器的环境参数处于适合藻类生长的状态，因此，实现了同时对大量的藻类培养子系统的监控，使大规模工业化生产成为可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及藻类培养技术，尤其涉及。
技术介绍
光合微生物或植物细胞，尤其是微藻和蓝细菌(简称藻类)的生长繁殖主要 通过光合作用，利用光能(如太阳光和人工照明)将水和二氧化碳转化成色素、 蛋白质、脂肪酸、糖类及次生代谢物等高价值有机化合物。藻类由于具有极高 的光利用效率以及营养利用效率，因而表现出比高等植物更强的生长潜力。藻类的培养装置主要可分为开放池系统和封闭/半封闭反应器系统。开放池 系统由于存在缺乏温度控制、光程长及混合不均匀等问题，导致总体生产率较 低，并且易染菌，常导致培养失败。封闭/半封闭反应器系统由于能为培养物(藻 类)提供适宜的生长条件，可大大的提高总体生产率，从而也成为研究和开发 的重点。藻类培养反应器(即光反应器)设计的关键是要为培养物(藻类)提供适宜的生长环境，包括适宜的pH值、温度、溶解氧浓度、营养物浓度、搅拌速 率及供气速率等。而对这些参数的自动检测和控制，开发出控制精确、反应快 速的过程控制系统对完善反应器性能和提高培养物产量具有十分重要的意义。现有的藻类反应控制系统中采用的是由一台监控计算机、 一个控制器和一 个反应器组成的结构，监控计算机通过光纤等与控制器进行通信，向控制器写 入反应器中反应溶液当前需要的参数，由控制根据参数对反应器中的反应溶液 状态进行调整，使反应溶液中的藻类处于最佳的生长环境。现有的藻类反应控制系统只能对一定量的藻类进行培养，很难同时培养大 量的藻类，不便于藻类培养的大规才莫工业化生产。
技术实现思路
本专利技术实施例提供，实现了对藻类培养的大 规模工业化生产。一种藻类反应控制系统，所述系统包括总控制器和多组控制子系统，每 组控制子系统包括一个用于培养藻类的反应器和一个子控制器，其中所述总控制器，用于根据预先保存的各反应器中培养的藻类的相关信息， 确定藻类生长所需的至少一个环境参数中，每个环境参数对应的范围值，并将 藻类的环境参数对应的范围值发送给培养该藻类的反应器所在控制子系统的 子控制器；子控制器，用于根据接收到的环境参数对同 一控制子系统的反应器的环境 进行检测，并在检测后得到的环境参数不在总控制器发送的同 一环境参数对应 的范围值内时，调整该反应器中的环境，调整后的反应器的环境参数在总控制 器发送的同 一环境参数对应的范围值内。一种藻类反应控制方法，所述方法包括以下步骤总控制器根据预先保存的各反应器中培养的藻类的相关信息，确定藻类生 长所需的至少一个环境参数中，每个环境参数对应的范围值，并将藻类的环境 参数对应的范围值发送给培养该藻类的反应器对应的子控制器；所述子控制器根据接收到的环境参数对对应的反应器的环境进行检测，并 在检测后得到的环境参数不在总控制器发送的同 一环境参数对应的范围值内 时，调整该反应器中的环境，调整后的反应器的环境参数在总控制器发送的同 一环境参数对应的范围值内。由于本专利技术采用分层集散式控制结构，由总控制器统一配置系统中多个子 控制器需要的藻类生长的环境参数，并将藻类的环境参数发送给培养该藻类的 反应器对应的子控制器，子控制器根据接收到的环境参数对反应器的环境进行 监控，保证反应器的环境参数处于适合藻类生长的状态，因此，实现了同时对大量的藻类培养子系统的监控，使大规模工业化生产成为可能。 附图说明图1为本专利技术实施例一中藻类反应控制系统的结构示意图； 图2为本专利技术实施例二中温度监控的结构示意图； 图3为本专利技术实施例三中酸碱度和溶氧度监控的结构示意图； 图4为本专利技术实施例六中藻类反应控制方法步骤示意图。具体实施例方式本专利技术实施例提出一种可应用于大规模工业生产的藻类反应控制系统，实 现计算机自动监控下，对大量培养藻类的反应器的反应环境进行监控和调整， 以满足产业化生产的需要。下面结合说明书附图对本专利技术实施例进行详细描述。实施例一如图l所示，为本专利技术实施例一中藻类反应控制系统的结构示意图，本实 施例中的藻类反应控制系统采用分层集散式控制结构，包括一个总控制器11 和多组控制子系统12,其中，每组控制子系统12中包含一个子控制器13和一 个反应器14。系统中各部件的工作过程如下总控制器11用于根据预先保存的各反应器14中培养的藻类的相关信息， 确定藻类生长所需的至少一个环境参数中，每个环境参数对应的范围值，并将 藻类的环境参数对应的范围值发送给培养该藻类的反应器14所在控制子系统 的子控制器13;子控制器13用于根据接收到的环境参数对同一控制子系统的 反应器的环境进行检测，并在检测后得到的环境参数不在总控制器发送的同一 环境参数对应的范围值时，调整该反应器中的环境，调整后的反应器的环境参 数在总控制器发送的同一环境参数对应的范围值内。本实施例一中的藻类反应控制系统中还包括各种传感器和执行器。总控制器11可以是计算机等其他中央控制设备，其功能是实时与各控制器进行通信， 设置控制器的工作参数，以及对系统的各部件的工作状况进行监控，当系统的 部件出现异常时发出告警。同时，总控制器11还可以接收子控制器上报的相 关参数信息。系统中的总控制器11与子控制器13之间采用控制器局域网络(Controller AreaNetwork, CAN)现场总线进行通信，通过该CAN向子控制器13发送环 境参数，同时，接收并输出子控制器返回的环境参数，所述返回的环境参数是 子控制器对同一控制子系统的反应器检测获得的。总控制器11输出环境参数 的方式包括但不限于屏幕显示、打印显示等，输出的环境参数包括但不限于 图表形式、文字形式等。CAN属于工业现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制和实时控制 的串行通信网络，其优点为数据传输具有较好的实时性、可靠性和灵活性，接 线简单，方便施工，同时总线上可挂控制单元的节点数量多，易于扩展。本系 统中可以设置通信速率250kb/s，在此速率下总线中的任意两节点间最大通信 距离为270米，能够满足产业化生产的需要。在总控制器11中保存了各反应器14中的藻类的相关信息，如藻类的名称、 特性等，并结合当前实际的条件，如生产场地的温度和产品的需要等，确定每 种藻类在反应器中生产时所需的至少一个环境参数。由于在培养藻类时，藻类 的实际生长环境与理想的生长环境即使存在比较小的误差也能够较好地培养 藻类，因此，本专利技术实施例可以确定每个环境参数的理想值后，为每个环境参 数设置一个包含理想值的范围值，该范围值的上限是可用的环境参数的最大 值，下限是可用环境参数的最小值。当确定的环境参数对应的范围值发生变化时，可以通过管理员手动修正或 计算机自动修正的方式确定更新后的环境参数，并将更新后的环境参数对应的 范围值发送给子控制器13。通过本专利技术实施例一提供的藻类反应控制系统，能够实现藻类培养的大规模的工业化生产，实现了全自动在线监控，大大提高了工作效率。针对总控制器11确定的环境参数不同，系统中的子控制器13的工作过程 也不同，下面针对不同的环境参数，分别说明子控制器13的工作过程。 实施例二本专利技术实施例二是接收到的以环境参数中的一个环境参数是反应溶液温 度为例，来说明子控制器13对反应器14中藻类环境的监控。如图2所示，为 一组控制子系统12中，子控制器13、反应器14和各种传感器、执行器之间交 互工作，完成温度监控的结构示意图，假设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种藻类反应控制系统，其特征在于，所述系统包括：总控制器和多组控制子系统，每组控制子系统包括一个用于培养藻类的反应器和一个子控制器，其中：　所述总控制器，用于根据预先保存的各反应器中培养的藻类的相关信息，确定藻类生长所需的至少一个环境 参数中，每个环境参数对应的范围值，并将藻类的环境参数对应的范围值发送给培养该藻类的反应器所在控制子系统的子控制器；　子控制器，用于根据接收到的环境参数对同一控制子系统的反应器的环境进行检测，当检测得到的环境参数不在总控制器发送的同一环 境参数对应的范围值内时，调整该反应器中的环境，调整后的反应器的环境参数在总控制器发送的同一环境参数对应的范围值内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：惠龙，王琳，卢彦兴，宋小林，朱振旗，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]