JPH048282A

JPH048282A - 通風式固体培養装置の制御方法

Info

Publication number: JPH048282A
Application number: JP11118490A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Fujiwara; 藤原　善也; Akio Fujiwara; 藤原　章夫; Yoshiya Daimatsu; 大松　佳也; Masahiro Kariyama; 昌弘狩山
Original assignee: Fujiwara Jiyouki Sangyo Kk
Current assignee: Fujiwara Jiyouki Sangyo Kk
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1992-01-13
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JP3046321B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野１本発明は、固体培養装置、例えば製麹、酵素製剤のため
の培養、抗生物質製造等に用いられる培養装置の培養条
件を熟練者の勘等に頼ることなく最適化する自動制御方
法に関するものである。【従来の技術１固体培養装置の従来の制御方法は、例えば醤油麹の例で
説明すると、つぎのようである。 ■送風温品温が品温的線通りになるようにするために。予め設定された風温的線通りに送風量を制御する。 ■送風量麹の発熱量は時期よって異なるので時間設定により送風
量を変更して行う。 ■手入れ時期麹の発熱量に合わせた時間設定により手入れを行う。【発明が解決しようとする課題１上記のような制御方法の場合、次のような問題点があっ
た。 ■品温による風温制御をしていないので品温的線通りに
は品温が追随しない。 ■品温による風温制御をした場合５　従来のＰＩＤ制御
では１５〜３０分の時間遅れが生じ、しばしば異常温度
になることがあり、また制御不可能になることがあった
。そのため、仕方なく、あらかじめ設定された風温、風
量になるように風温、風量を制御していた。 ■風量は風温との兼ね合いで決定されるが、両者ともあ
らかじめ設定されているために、風量は麹の発熱状況に
対して最適とはいえず、送風機の消費電力が多くなって
いた。 ■手入れ時期は実際の麹の状態、麹の発熱量に関係なく
あらかじめ想定された麹の状態、麹の発熱量によって決
められた時間設定であるために、常に適切なタイミング
で手入れされるとは限らない。麹の状態に比して早いタ
イミングで自動手入れがなされると、後で品温が高くな
りすぎて、風だけでは品温を下げることが出来なくなる
。遅いタイミングであると品温が高くなりすぎる。通常
は風で発熱がおさえられるギリギリの段階で手入れする
のがよく、これは熟練者の勘にたよるほかない。【課題を解決するための手段】上記課題を検討した結果、従来のＰＩＤ制御に代表され
るプロセスの計測値をフィードバックさせて制御目標に
一致するように操作量を決定する制御方法は、微生物培
養に伴う複雑な因子には対応できないことが明らかとな
った。そこで、培養因子を入力量とするファジィ制御によって
培養条件を制御することを特徴とする固体培養装置の制
御方法を開発したのである。ファジィ制御以外にも最適制御、エキスパートシステム
による制御、サンプリング制御等を用いることが考えら
れる。しかし、最適制御はプロセスの状態方程式を求めそれを
用いて評価基準との誤差が最小となるように操作量を決
める制御方法であるが、状態方程式が求められるかどう
かが問題である。求められるにしても線形化が可能かど
うかも問題となる。エキスパートシステムによる制御（ファジィ制御を除く
）はそれぞれの状態に応じた操作量をあらかじめ規則化
することによって制御する。これは、規則が非常に複雑
になる。サンプリング制御はＰＩＤ制御を連続的に行なうのでな
く、むだ時間に応じて間歇的にＰＩＤ制御を行う方法で
あるが、系が複雑な場合は安定が難しい。したがってフ
ァジィ制御が最も好ましい態様である。ここにいうファジィ制御とは、一般に知られているファ
ジィ理論を利用するもので、これに基づく制御方式であ
る。培養時にこれまで作業者が行っていたあいまいな情
報をもとに柔軟な適応性によって制御していた操作方法
をファジィ理論によってモデル化し、コンピュータ利用
によって具現化しようとするものである。さらに詳しくは、例えば、ＪＩ品温とプログラム設定値
との間に差がある等のプロセスの状況判断を条件命運（
前件部会Ｍ）として、その命題が確かなとき、麹層通過
風量を変更する等（後件部命題）の操作方法を結論とす
る制御規則において、プロセスの状況判断の基準や操作
の内容があいまい量として扱われ、麹品温がやや上がり
始めたら（前件部命題）、送風温を少し下げる（後件部
命題）といった、そのあいまい量がメンバーシップ関数
で定量化されるもので、各制御規則の前件部命題の適合
度を重みとした総合判断として操作量が求められる制御
方式である。そのための総合判断の手順としては、先ず、推論方法に
一般的に使用されているＭ　ａｘ−Ｍ　ｉｎ法を採用す
るとよい。例えば、培養時の制御規則のうち、後述する
第２表中の１番目の規則は。ＩＦ　　ＴＩＭＥ＝ＴＭ−Ａ、ΔＴＥＭＰ＝ＮＢ　　Ｔ
）ＩＥＮ風温＝ＰＢ　　風量＝ＳＡとしている。この制
御規則は、入出力変数名と入出力変数を第１表に示した
が、ＴＩＭＥが培養経過時間であり、ΔＴＥＭＰが麹品
温とプログラム設定値との差を示すとき、　　ＴＩＭＥ
がＴＭ−Ａで、ΔＴＥＮＰがＮＢであれば、後件部の操
作量である風温はＰＲ，風量はＳＡとすることを意味し
ている。ＮＢ、　ＰＢ、　ＳＡはそれぞれあいまい状態
を表すファジィ変数である。前件部ファジィ変数とメンバーシップ関数の例は後述す
る実施例の第２図にみられ、後件部ファジィ変数とメン
バーシップ関数についても第３図に示している。このメ
ンバーシップ関数はあいまい量を定量化するためのファ
ジィ変数の集合である。それぞれのファジィ変数は入力
値にしたがって前件部メンバーシップ関数により適合度
が求められ、それをもとにして演算により出力に関する
メンバーシップ関数が求められる。操作呂力値は常法に
従って出力に関するメンバーシップ関数の面積を二等分
する点として求められる。これらは計測値が周期的に入力されるとマイクロコンピ
ュータ又は制御用計算機で演算される。この操作出力値はあいまいな情報を用いた柔軟で適応性
高いものとなっており、熟練オペレータの判断要因のう
ちオンライン計測できないものがある場合はそのキーボ
ード入力と共に、処理されて適正な固体培養装置の制御
がなされる。ここでいう固体培養装置とは、微生物や動植物の細胞を
寒天、ゼラチン、シリカゲル、フスマ、大豆、米、麦等
の固体培地（基質）で培養するものであり、みそ、醤油
、清酒、焼酎等の麹製造装置、微生物の培養によって微
生物自体、酵素、抗生物質等を生産する装置をいう。その場合の培養因子とは、品温１品温の時間変化量、品
温と希望する品温経過値との差、その時間変化量、基質
重量、その時間変化量、品温のばらつき量、風圧、培養
経過時間、送風量、送風温、徘風温、送風湿度、排風湿
度、空調機シャワー水温、培養装置内湿度１発熱量、発
熱の時間変化量、手入れ時期、二酸化炭素濃度、基質水
分５微生物の基質への破精込み程度、香成分量、外気温
、外気湿度、使用電力量、二酸化炭素の発生量等である
。培養条件とは、送風量、送風温、送風湿度１手入れ時期
、二酸化炭素濃度、培養装置内湿度、空調機シャワー水
温等である。なお、オンライン計測の結果がコンピュータに入力され
るが、オンライン計測のできないものは。操作員の操作判断をキーボードから直接入力することも
可能である。また、ファジィ制御と従来の制御方式との
組合せによる制御も可能である。

【作用】

上記のような固体培養装置の制御方法によると、みそ、
醤油、清酒等の麹製造その他固体培養装置による製造に
おいて、培養因子の入力がなされると、各制御規則の前
件部命題の適合度を重みとした総合判断がファジィ推論
としてなされ、これにより操作量が出力される。使用さ
れるファジィ推論では、プロセスの状況判断の基準や操
作の内容があいまい量として扱われるが、これはメンバ
ーシップ関数で定量化され、コ〉・ピユータによって処
理され、最適な培養のための制御が自動でなされる。

【実施例】

以下実施例によって本発明の詳細な説明する。実施例（ｉ）　　醤油麹の培養制御例第１図は醤油麹の製麹装置における系統図である。製麹
装置ｔ　（１）の口伝円盤上の麹層（２）には空調機（
３）から調和された空気が供給される。回転円盤の下方
にある空気供給室（４）には風圧センサ（５）があり、
また、麹層（２）には品温センサ（６）がある。品温センサ（６）の測定結果は状態認識入力装置（７）
へオンライン入力されるようになっている。状態認識入
力装置（７）にはプログラム品温設定値がキーボード入
力される。また、培養経過時間の計測もなされる。状態
認識入力装置（７）と操作量出力装置ｆ（８）との間に
ファジィ推論のための演算部（９）があり、これはファ
ジィ制御規則部（１０）と接続されている。操作量出力
袋！　（８）からは製麹装置が備えている風量、風温、
手入れに関する操作部の総てについて制御のための出力
指令が出さ九るようになっている。風量に関してはイン
バータ（１１）を介してファン（１２）の回転制御がな
される。風温は風温調節計（１３）を介して空調機（３
）内へ供給されるシャワー水温の加熱ヒータ（１４）の
制御と、必要に応じて外気を取り入れるフィンクーラ（
１５）及び排気ダクト（１６）などのダンパー開度の制
御が可能に接続されている。手入れは操作量出力装置（
３）と製麹装置の手入れ機（１７）の作動モータ間を接
続して制御指令される。本実施例におけるファジィ制御規則部（１０）とファジ
ィ推論のための演算部（９）とによるコンピュータ制御
における入出力変数名（ラベル）及び入出力変数を第１
表に示した。以下余白第表ファジィ制御規則は第２表の如くである。ファジィ分割における前件部ファジィ変数とメンバーシ
ップ関数を第２図（ａ３〜（ｄ）に示した。また、第３図（ａ）〜（ｃ）には同長件部ファジィ変数
とメンバーシップ関数を示した。以下余白オンラインにより前記培養因子の入力がなされると、前
述したように装置内で各制御規則の前件部命題の適合度
を重みとした総合判断がファジィ推論としてなされ、こ
れにより操作量が出力される。以上の固体培養装置及び制御方法を用いて、培養種類、
入力量、出力量を変えてファジィ制御試験した結果を第
３表に示した。以下余白第２表実施例（…）清酒用米麹の製麹例清酒用米麹の場合、麹菌の発育状態により運転条件を決
定する必要がある。したがって麹の発熱量、麹水分、麹
の破精込み程度、麹の香成分量等を判断して、従来、杜
氏が麹作りを行っていた。しかしながら機械製麹に移行するに到って杜氏が判断し
て運転条件を決定する場合は問題なかったが、完全自動
化を行うときは完全な麹菌の発育状態に応じた運転は不
可能とされていた６しかしながら、これらのパラメータ
をオンライン計測（又はオフラインで計測して手動入力
）して入力し、他の従来から機械製麹のセンサー人力で
ある品温、湿度、二酸化炭素量を総合的にファジィ推論
を行い、送風量、送風源、送風湿度１手入れ時期、二酸
化炭素濃度、製麹装置内湿度、空調機シャワー水温を制
御することによって、すぐ九た杜氏の判断による運転と
同等の製麹ができた。固体培養装置及び制御方法を用いて、培養種類、入力量
、出力量を変えてファジィ制御試験した結果を第４表に
示した。

【発明の効果】

本発明の固体培養装置の制御方法は以上のように、数学
モデルとすることに限界があり、しかも培養時の微生物
利用に立脚する複雑な因子に対応できない種々のあいま
いな培養因子を入力量として、ファジィ制御によって培
養条件を制御することを可能としたことにより、下記の
ような効果が得られた。 ■培養時の品温経過が品温設定曲線通りになった。 ■そのため、希望品温経過を入力するだけで、手動によ
る補正制御、季節要因（外気温等）による微調節（手動
）が不要となった。 ■使用電力量の入力によって使用電力量が小さくても同
等の製麹ができる運転条件を選択してランニングコスト
の低減がはかれた。 ■理想的手入れタイミングとなった。 ■以上のことから、無人運転を可能として省力化可能と
なるとともに、培養製品の品質向上の効果が得られた。 ■従来あいまいな量としてし、か扱えずに自動制御の入
力量として反映できなかったものが扱えるようになり、
品質が向上した。 ■製造技術者の経験に裏打ちされた制御方法を規則化す
ることによって自動制御に反映されて製造技術者の手動
制御による製造と同等以上のものができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は醤油麹の製麹装置における系統図である。第２
図（ａ）〜（ｄ）及び第３図（ａ）〜（Ｃ）はメンバー
シップ関数を示す図である。（１）製麹装置　　　　　（２）麹層（３）空調機　　　　　　（４）空気供給室（５）風圧
センサ　　　　（６）品温センサ（７）状態認識入力装
置！　　（８）操作量出力装置（９）ファジィ制御演算
部（１０）ファジィ制御規制部（１１）インバータ　　　　（１２）ファン（１３）風
温調節計　　　（１４）加熱ヒータ（１５）フィンクー
ラ　　　（１６）排気ダクト（１７）手入れ機第１図９ｐＪ２図（Ｑ）第２図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

１　培養因子を入力量とするファジィ制御によって培養
条件を制御することを特徴とする固体培養装置の制御方
法。