Автоматизация системы управления линией по производству ряженки

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

 

Для автоматизации технологического процесса производства ряженки можно использовать различные приборы, представленные в «Спецификации приборов и средств автоматизации». При выборе технических средств автоматизации, включающих отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, руководствовались необходимой с технологической точки зрения точностью параметров, свойствами измеряемой среды (агрессивность, токсичность, вязкость, давление, температура, концентрация и др.), оптимальными режимами работы машин и аппаратов, экономическими соображениями. В качестве датчиков, вторичных приборов, преобразователей, регулирующих и исполнительных устройств выбирали, как правило, стандартные приборы и средства автоматизации Государственной системы промышленных приборов (ГСП).

Выбранные датчики обладают высокой точностью показаний. В качестве выходного сигнала в них, как правило, используется стандартный токовый сигнал 4 - 20 мА, что позволяет легко связывать эти датчики со вторичными приборами для управления, регистрации, сигнализации, а также с ЭВМ.

 

 

4. Описание функциональной схемы автоматизации

В результате исследования технологического процесса производства ряженки, была разработана схема автоматизации процесса, в которой предусмотрено управление ходом процесса при помощи системы автоматизации.

Температура

Температура в резервуаре для нормализации, на выходе из секции регенерации и перед гомогенизатором контролируется с помощью термопреобразователя сопротивления с унифицированным выходным сигналом ТСП-6097 (1а, 2а, 3а), сигнал из которого подается на вторичный показывающий и регистрирующий прибор со встроенным преобразователем КСМ-ЗП4-1800D (1б, 2б, 3б) и далее на управляющую ЭВМ.

Контроль, и регулирование температуры смеси в резервуаре для сквашивания при пастеризации осуществляется термометром сопротивления платиновым ТСП-6097 (4а). Данный термометр преобразует значение температуры в изменение активного сопротивления. Сигнал с термометра поступает на вторичный прибор - электронный мост со встроенным пневматическим регулирующим устройством и преобразователем КСМ-ЗП4-1800D (4б), в котором сравниваются два значения. В зависимости от рассогласования вырабатывается управляющее воздействие, которое через переключатели SA6, SA7 поступает на мембранно-пружинные исполнительные механизмы МИМ подачи пара и горячей воды (4г, 5г). Сигнал, поступающий на модуль процессора, обрабатывается. Параллельно осуществляется вывод на дисплей и печать. ЭВМ вырабатывает управляющее воздействие, которое преобразуется в ЦАП в аналоговый сигнал, поступающий через электропневматический преобразователь ЭПП-63 (4в, 5в), преобразующий унифицированный электрический сигнал 0…5 мА в стандартный пневматический сигнал.

Контроль, и регулирование температуры смеси в резервуаре для сквашивания при заквашивании осуществляется термометром сопротивления платиновым ТСП-6097 (5а). Данный термометр преобразует значение температуры в изменение активного сопротивления. Сигнал с термометра поступает на вторичный прибор - электронный мост со встроенным пневматическим регулирующим устройством и преобразователем КСМ-ЗП4-1800D (5б), в котором сравниваются два значения. В зависимости от рассогласования вырабатывается управляющее воздействие, которое через переключатель SA7, SA8 поступает на мембранно-пружинные исполнительные механизмы МИМ подачи горячей и ледяной воды (5г, 6г). Сигнал, поступающий на модуль процессора, обрабатывается. Параллельно осуществляется вывод на дисплей и печать. ЭВМ вырабатывает управляющее воздействие, которое преобразуется в ЦАП в аналоговый сигнал, поступающий через электропневматический преобразователь ЭПП-63 (5в, 6в), преобразующий унифицированный электрический сигнал 0…5 мА в стандартный пневматический сигнал.

Контроль, и регулирование температуры смеси в резервуаре для сквашивания при охлаждении осуществляется термометром сопротивления платиновым ТСП-6097 (6а). Данный термометр преобразует значение температуры в изменение активного сопротивления. Сигнал с термометра поступает на вторичный прибор - электронный мост со встроенным пневматическим регулирующим устройством и преобразователем КСМ-ЗП4-1800D (6б), в котором сравниваются два значения. В зависимости от рассогласования вырабатывается управляющее воздействие, которое через переключатель SA8 поступает на мембранно-пружинный исполнительный механизм МИМ подачи ледяной воды (6г). Сигнал, поступающий на модуль процессора, обрабатывается.

Параллельно осуществляется вывод на дисплей и печать. ЭВМ вырабатывает управляющее воздействие, которое преобразуется в ЦАП в аналоговый сигнал, поступающий через электропневматический преобразовательЭПП-63 (6в), преобразующий унифицированный электрический сигнал 0…5 мА в стандартный пневматический сигнал.

 

Давление

Давление в сепараторе контролируется с помощью манометра ОМБ-100 (7а), в котором измеряемое давление уравновешивается силами упругой деформации трубчатой пружины.

Контроль и регистрация давления в гомогенизаторе осуществляется следующим образом. Давление в гомогенизаторе контролируется с помощью манометра ОМБ-100 (8а), в котором измеряемое давление уравновешивается силами упругой деформации трубчатой пружины. Контроль и регистрация давления в гомогенизаторе осуществляется преобразователем давления 13ДН13 (8б) с пневматическим выходным сигналом 0,2…1,0 кгс/см2. Затем сигнал поступает на вторичный пневматический прибор, показания и запись величины одного параметра происходит на дисковой программе ПВ10.1П (8в). Через пневмоэлектрический преобразователь ЭПП-63 (8г), предназначенный для изменения унифицированного выходного сигнала 0,2…1,0 кгс/см2 в универсальный электрический сигнал постоянного тока 0,5 мА, значение сигнала поступает на модуль аналогового входа, управляющего ЭВМ. В АЦП сигнал преобразуется в цифровой. Если давление понижается или увеличивается, то производится сигнализация лампами (HL3, HL4). Параллельно идет вывод на дисплей и на печать.