Одним из факторов повышения производительности труда, эффективности производства, ускорения научно-технического процесса является автоматизация технологических производств в пищевой промышленности, в том числе и молочной.
В развитии систем автоматизации молочной промышленности можно выделить три этапа.
Первый охватывает период ранее и 1970-е годы включительно. Он характеризуется созданием локальных систем автоматизации, как отдельного технологического оборудования, так и технологических участков молочного завода. Разработанные системы базировались на применение аналоговых средств контроля и управления и логико-программных устройств релейно-контактного типа или на основе бесконтактных элементов (устройства «жесткой » логики).
Второй этап охватывает 1980-е годы и характеризуется использованием программируемых средств обработки информации (микропроцессорные контроллеры – МПК или управляющие вычислительные комплексы – УВК), более высоким уровнем автоматизации и повышенной надежностью технических средств контроля и управления.
Развитие третьего этапа характеризуется использованием микропроцессорных систем управления, обеспечивающих автоматизацию как технологических процессов (АСУТП), так и оперативного управления производством и предприятием (АСУП) в целом с помощью однородных технических средств, и началось в конце 1980-х – начале 1990-х годов. АСУТП этого этапа имеет многоуровневую иерархическую структуру и обеспечивает уровень автоматизации производства до 90 – 95 %.
На нижнем уровне используются микропроцессорные контроллеры, имеющие через локальную сеть связь друг с другом и обеспечивающие через интерфейсный канал сети передачу информации на вышестоящий уровень – технологический участок.
На втором уровне находятся автоматизированные системы управления предприятием – АСУП.
На третьем уровне систем управления находятся интегрированные системы управления производством (ИСУП), которые используют компьютерные технологии управления, охватывая системы I и II уровней, что обеспечивает решение задач автоматизированного управления технологическими процессами, оперативного управления производством, коммерческой деятельностью и развитием предприятия.
Генеральный алгоритм управления, определяющий работу молочного завода, характеризуется тремя основными циклами: ритмичным и бесперебойным получением сырья от поставщиков, обработкой сырья и изготовлением готовой продукции, своевременной и полной реализацией продукции в торговую сеть в соответствии с заказами.
В начале 1970-х и до 1980-х годов в создание АСУ молочных заводов были вложены достаточные капиталовложения. Именно на этот период приходится максимальное внедрение автоматизированных систем управления предприятиями.
В настоящее время и в перспективе компьютерные технологии управления (КТУ) будут лежать в основе систем управления предприятиями молочной промышленности, охватывая автоматизацию технологических процессов, обработку баз данных, связанных с оперативным управлением производством и коммерческой деятельностью предприятия, обучение и подготовку специалистов.
Контроль параметров сырья, полуфабрикатов и готовой молочной продукции в перспективе следует перевести полностью на инструментальные методы с помощью вновь созданных как однокомпонентных, так и многокомпонентных автоматических анализаторов.
Актуальным является выявление путей развития инструментальных методов органолептической оценки молока и молочных продуктов.
Внедрение КТУ дает возможность повысить технико-экономические показатели производства, увеличить выпуск высококачественных продуктов, эффективнее использовать трудовые и материальные ресурсы, а также улучшить качество, достоверность и своевременность обработки технологической и оперативной информации для оптимального управления предприятием. Уровень автоматизации производства при использовании КТУ достигает 90 – 95%.
Цель проекта – автоматизация технологического процесса производства ряженки с применением современных приборов и средств контроля.
Задачами курсового проекта является: выбор объектов управления; определение параметров для контроля, управления, сигнализации; разработка функциональной схемы автоматизации и другой документации.
1. Описание производственного процесса
Ряженка (украинская простокваша) – национальный кисломолочный продукт, приготовленный из топленой смеси молока и нормализующего компонента, заквашенный термофильными молочнокислыми стрептококками. Для придания специфического вкуса перегретого (топленого) молока его нагревают до t = 94 – 96 0С и выдерживают 3 – 4 часа. В результате молоко приобретает специфический вкус и кремовый (буроватый) цвет, что является следствием образования меланоидиновых продуктов взаимодействия молочного сахара с белками, имеющих бурый цвет и сообщающих цвет стерилизованному и топленому молоку. Топленое молоко охлаждают до t = 45 0С и заквашивают.
Для получения ряженки используют молоко коровье заготовляемое по ГОСТ Р 52054 – 2003 (не ниже II сорта, кислотность не более 19 0Т, плотность не менее 1027 кг/м3) и обезжиренное (кислотность не более 20 0Т, плотность не менее 1030 кг/м3), сливки из коровьего молока (массовая доля жира не более 30%, кислотностью не более 17 0Т), сгущенное молоко, молоко коровье сухое обезжиренное (распылительной сушки) по ГОСТ 10970 – 74, казеинат натрия, пахту и другое молочное сырье. Также используют воду питьевую по ГОСТ 2874 – 82 и закваски.
В состав заквасок для производства ряженки входят чистые культуры термофильных молочнокислых стрептококков с использованием или без использования болгарской палочки. Масса закваски составляет 5 % от массы нормализованной смеси.
В настоящее время кисломолочные напитки вырабатываются преимущественно резервуарным способом производства.
Молоко натуральное коровье и другие продукты принимают по массе и качеству. Отобранное по качеству молоко нормализуют по массовой доле жира.
Нормализацию молока проводят в резервуаре для нормализации смешением компонентов нормализации в резервуаре: молока, сливок или обезжиренного молока. Массу компонентов нормализации устанавливают расчетным путем по формулам.
Нормализованную смесь с помощью центробежного насоса через уравнительный бачок направляют на пастеризационно-охладительную установку в первую секцию регенерации, где она нагревается до t = (65 ± 5) 0С. Далее нормализованная смесь идет на очистку на сепаратор-молокоочиститель. Затем смесь поступает в гомогенизатор, где осуществляется гомогенизация при t = (65 ± 5) 0С и Р = (12,5 ± 2,5) МПа. Очищенную и гомогенизированную смесь пастеризуют при t = 94 – 96 0С в ванне длительной пастеризации и выдерживают 3 – 4 ч до выраженного светло-кремового цвета. Смесь перемешивают 1 – 2 раза в час для предотвращения образования пенок. После выдержки смесь охлаждают до температуры заквашивания t = (40 ± 2) 0С.
Процесс заквашивания и сквашивания смеси также осуществляют в ванне длительной пастеризации, имеющей рубашку с трубчатым барботером для подачи пара, змеевик для подачи ледяной воды, мешалку. Смесь заквашивают закваской. Заквашенную смесь перемешивают в течение 10 – 15 мин и оставляют в покое для сквашивания. Смесь сквашивают 4 – 5 ч до образования молочно-белкового сгустка кислотностью 65 – 70 0Т. По окончании сквашивания в змеевик резервуара подают ледяную воду в течение (45 ± 15) мин, затем сгусток перемешивают в течение (15 ± 5) мин. Перемешанный сгусток охлаждается до температуры t = (4 ± 2) 0С и подается на розлив. Кислотность готового продукта 70 – 100 0Т.
Затем производят упаковку и маркировку продукта.
Упакованный продукт помещают в холодильную камеру, где он хранится при температуре t = (4 ± 2) 0С.
2 Выбор и обоснование параметров контроля, регулирования и сигнализации
1) В резервуаре для нормализации необходимо:
контролировать и сигнализировать:
уровень нормализованной смеси;
работу мешалки;
контролировать:
массовую долю жира нормализованной смеси;
кислотность нормализованной смеси;
регулировать:
соотношение количества цельного молока и нормализующего компонента.
2) В балансировочном баке необходимо:
контролировать, регулировать и сигнализировать:
уровень нормализованной смеси.
3) В пастеризационно-охладительной установке необходимо:
контролировать:
температуру на выходе из секции регенерации.
4) В сепараторе-молокоочистителе необходимо:
контролировать:
давление.
5)В гомогенизаторе необходимо:
контролировать и сигнализировать:
давление.
6) В резервуаре для сквашивания необходимо:
контролировать:
массовую долю жира сгустка;
кислотность сгустка;
работу мешалки;
контролировать и регулировать:
температуру пастеризации;
температуру сквашивания;
температуру охлаждения;
контролировать, регулировать и сигнализировать:
уровень.
7) В целом по цеху необходимо:
контролировать:
расход закваски;
расход нормализованной гомогенизированной смеси;
работу насосов.
Табл. 1. Контролируемые и регулируемые параметры
| Параметры, подлежащие контролю, регулированию и сигнализации | Пределы отклонения параметра | Оптимальные значения параметра | Допустимая погрешность контроля | Примечание | ||||||||
| Возможных с учетом аварийных ситуаций | Допустимых по технологии | Абсолютная | Относи- тельная, % | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||||||
| 1. Уровень в резервуаре для нормализации, % | 0 - 101 | 75 - 85 | 80 | 5 | 6,25 | КС | ||||||
| 2. Кислотность молока в резервуаре для нормализации, рН | 5 – 8 | 6,5 – 6,7 | 6,6 | 0,1 | 1,51 | К | ||||||
| 3. Массовая доля жира в резервуаре для нормализации, % | 3,4 – 4,5 | 4,26 | 4,26 | 0 | 0 | К | ||||||
| 4. Соотношение расходов в резервуаре для нормализации, м3/м3 | (0 - 5)/ (0 – 0,85) | (4 – 4,5)/ (0,73 – 0,77) | 4,25/ 0,75 | 0,25/ 0,02 | 5,88/ 2,67 | КР | ||||||
| 5. Температура в резервуаре для нормализации, °С | 2 - 10 | 2 - 6 | 4 | 2 | 1 | К | ||||||
| 6. Уровень нормализованной смеси в уравнительном баке, % | 0 - 101 | 5 - 95 | 50 | 45 | 90 | КРС | ||||||
| 7. Температура нормализованной смеси после второй секции регенерации, °С | 30 - 90 | 60 - 70 | 65 | 5 | 8 | К | ||||||
| 8. Давление нормализованной смеси в сепараторе, МПа | 0 – 0,5 | 0,18 – 0,22 | 0,2 | 0,02 | 10 | К | ||||||
| 9. Давление нормализованной смеси в гомогенизаторе, МПа | 0 - 20 | 10 - 15 | 12,5 | 2,5 | 20 | КС | ||||||
| 10. Уровень нормализованной смеси в резервуаре для сквашивания, % | 0 - 101 | 75 - 85 | 80 | 5 | 6,25 | КРС | ||||||
| 11. Температура пастеризации нормализованной смеси, °С | 60 - 100 | 94 - 96 | 95 | 1 | 1 | КР | ||||||
| 12. Температура заквашивания нормализованной смеси, °С | 30 - 60 | 38 - 42 | 40 | 2 | 5 | КР | ||||||
| 13. Температура охлаждения готового продукта, °С | 2 - 10 | 2 - 6 | 4 | 1 | 25 | КР | ||||||
| 14. Кислотность сгустка в резервуаре для сквашивания, рН | 4 - 6 | 4,4 – 4,6 | 4,5 | 0,1 | 2,2 | К | ||||||
| 15. Массовая доля жира сгустка в резервуаре для сквашивания, % | 3,9 – 4,2 | 4,0 | 4,0 | 0 | 0 | К | ||||||
3. Выбор технических средств автоматизации