Automatizované zařízení pro kultivaci mikroorganizmů

Abstract

Tato diplomová práce se zaměřuje na návrh a implementaci vybraných funkčních částí automatizovaného zařízení pro kultivaci mikroorganismů. Hlavním cílem je zefektivnit kultivační procesy pomocí jednorázových komponent, které minimalizují riziko kontaminace a zjednodušují přípravu mezi cykly. Práce se věnuje návrhu elektrického a softwarového řešení tří klíčových částí: systému teplotní regulace, dávkovací jednotky a měřicí větve. Pro řízení teploty je vytvořen model systému zahrnující cirkulátor a výměník tepla, na jehož základě jsou navrženy regulátory typu PID, LQR a MPC. Dávkování živin zajišťují peristaltická čerpadla a ventily, které jsou ovládány prostřednictvím komunikačního rozhraní řídicím algoritmem. Měření chemických vlastností média je realizováno pomocí senzorů vodivosti, pH a absorbance. Návrh jednotlivých částí klade důraz na modularitu, spolehlivost a snadnou integraci do komplexního systému řízení bioprocesů.This thesis focuses on designing and implementing selected functional parts of an automated device to cultivate microorganisms. The main objective is to streamline cultivation processes through disposable components, minimizing contamination risk and simplifying preparation between cycles. This work presents the design and implementation of electrical and software solutions for three key parts: the temperature control system, the dispensing unit, and the measurement branch. A system model including a circulator and a heat exchanger is created for temperature control, based on which PID, LQR, and MPC controllers are designed. A control algorithm sends commands via a communication interface to control peristaltic pumps and valves that dispense nutrients. The chemical properties of the medium are measured using sensors for conductivity, pH, and absorbance. The design of individual parts emphasizes modularity, reliability, and easy integration into a comprehensive bioprocess control system.