Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановка задачи исследования 8
1.1. Физико- химические и технологические особенности посола рыбы 8
1.2. Показатели процесса прерванного посола рыбы 14
1.3. Оборудование цехов для тузлучного посола рыбы 20
1.4. Цели и задачи исследования 29
Глава 2. Принципы построения системы управления процессом прерванного посола рыбы 31
2.1. Принцип действия установки периодического действия для прерванного посола рыбы 31
2.2. Математическое моделирование процесса посола рыбы 39
2.3. Логико-динамическая модель управления автоматизированной установкой 58
2.4. Алгоритм функционирования установки периодического действия для прерванного посола рыбы 65
Глава 3. Управление участком производства малосолёной деликатесной продукции 79
3.1. Особенности задач и критерии управления 79
3.2. Технологическая структура автоматизированного участка производства малосолёной деликатесной продукции 85
3.3. Алгоритмы управления участком производства малосолёной деликатесной продукции 92
Глава 4. Моделирование и техническая реализация системы управления процессом тузлучного посола рыбы 105
4.1. Техническая структура системы управления процессом посола 105
4.2. Моделирование функционирования установки периодического действия для прерванного посола рыбы 113
Заключение 123
Список использованных источников 125
Приложения 128
- Физико- химические и технологические особенности посола рыбы
- Принцип действия установки периодического действия для прерванного посола рыбы
- Особенности задач и критерии управления
- Техническая структура системы управления процессом посола
Введение к работе
Современное развитие пищевой промышленности идёт по пути создания высокоэффективных технологий и повышения качества выпускаемой продукции. Растущие затраты на сырьё, услуги и энергию создают необходимость повышения уровня автоматизации, точности управления технологическим процессом (ТП), его интенсификации и стабильности показателей качества готового продукта, соответствующих международному стандарту ISO 9000.
Годовой объём производства солёной продукции в России составляет более 60 тыс. тонн и в последние годы наблюдается тенденция роста спроса на малосолёную деликатесную продукцию. Актуальность задачи состоит в повышении качества малосолёной продукции и снижении затрат на её производство, что способствует росту конкурентоспособности продукции [1].
Качество солёной продукции характеризуется совокупностью показателей, оценивающих безопасность с микробиологической точки зрения, сохраняемость и созреваемость, органолептические, эстетические и массовые свойства продукта. Важнейшим показателем качества солёной продукции является среднемассовое содержание (концентрация) соли в мясе рыбы.
Проблемы выпуска готовой малосолёной деликатесной продукции и приготовления высококачественного полуфабриката со строго заданным содержанием соли в мясе рыбы для последующего копчения, вяления и других видов обработки в условиях массового производства особенно актуальны [1, 14, 39]. Согласно международным стандартам, разброс концентрации соли в тканях рыбы должен составлять не более ± 0,5 % от номинального значения 3,5 %. При использовании современных технологий и устройств посола разброс концентраций соли в мясе рыбы достигает 1,5 -*- 3 % [1 - 5, 14 - 18].
Данная проблема решается периодическим измерением среднемассовой концентрации соли в рыбе по результатам всплывающего усилия, использованием полученной информации для определения завершённости технологического процесса посола (патент на ПМ № 32971 от 2003 г.), предварительной сортировкой рыбы.
Снижение технологической себестоимости продукции в условиях малых предприятий обеспечивается автоматизацией основной и вспомогательных стадий ТП посола рыбы, построением автоматизированного участка производства малосолёной деликатесной продукции по модульному принципу, обеспечивающему независимую работу отдельных модулей, использованием гибких алгоритмов управления и современных средств автоматизации.
Цель работы заключается в обосновании принципов управления процессом посола рыбы (патент на ПМ № 29444 от 2003 г.), обеспечивающих достижение среднемассовой доли соли с точностью, удовлетворяющей международным стандартам, и снижение технологической себестоимости продукции за счёт автоматизации посола, мойки рыбы и оборудования, загрузки и выгрузки продукции из емкостей и использования гибких алгоритмов управления участком производства малосолёной деликатесной продукции.
Основные задачи исследования. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:
- анализ существующей технологии с целью выделения факторов,
дестабилизирующих качество продукции и определяющих эффективность
использования ресурсов;
- выбор критериев и формулирование принципов управления процессом посола,
обеспечивающих получение продукции заданного качества, включая равномерность
просаливания рыбы в посольных ёмкостях и контроль завершённости
технологического процесса;
синтез математической модели процесса прерванного посола рыбы, раскрывающей механизмы получения однородной продукции в условиях массового производства в установках периодического действия;
построение рационального алгоритма управления участком производства малосолёной деликатесной продукции в условиях нестабильного поступления и свойств сырья;
- разработка технических предложений по реализации основных и
вспомогательных операций технологического процесса производства малосолёной
деликатесной продукции в условиях ограниченных площадей малых предприятий.
Методы исследований. В работе используются методы теории автоматического управления, системного анализа, математического моделирования, теории планирования и обработки эксперимента, измерений и управления качеством продукции, прикладной статистики, теория и практика посола. Моделирование проводилось на персональном компьютере (ПК) Pentium IV - 1700 с использованием пакетов SIAM, Vissim, ISaGRAF, MathCAD и др.
Обоснованность. Обоснованность научных и практических результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяется корректным применением численных методов математического моделирования, теории посола рыбы.
Достоверность. Достоверность практических и теоретических разработок подтверждается в диссертации результатами численных экспериментов на ПК и экспериментальных исследований прерванного посола рыбы, которые позволяют сделать вывод об эффективности разработанных принципов построения системы и алгоритмов управления технологическим процессом.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:
- предложен и обоснован принцип построения установки периодического
действия для прерванного посола рыбы, обеспечивающей автоматизацию основных
и вспомогательных операций технологического процесса и равномерное
просаливание рыбы по всему объёму посольной ёмкости (патент на ПМ № 29444);
- на основе предложенного способа управления процессом посола рыбы (патент
на ПМ № 32971) разработан алгоритм управления завершённостью
технологического процесса по критерию среднемассовой доли соли;
разработана математическая модель посола рыбы, раскрывающая механизмы получения однородной продукции в условиях массового производства;
разработаны алгоритмы управления автоматизированной установкой и участком производства малосолёной деликатесной продукции в условиях нестабильного поступления и свойств сырья, реализация которых обеспечивает достижение требуемой солёности рыбы.
Практическая ценность. Автоматизированная установка периодического действия для тузлучного посола рыбы (патент на ПМ № 29444) обеспечивает
равномерность посола с заданной степенью солёности продукта, способствует сокращению времени вспомогательных операций (мойка рыбы и оборудования, загрузка, выгрузка готового продукта), доли ручного труда и расхода других ресурсов.
Система управления завершённостью технологического процесса посола рыбы позволяет без проведения замеров концентрации соли в тканях рыбы с достаточной точностью по современным требованиям к пищевой продукции автоматически определять степень солёности продукта. Внедрение системы управления автоматизированным участком производства деликатесной малосолёной продукции повышает производительность и снижает технологическую себестоимость посола, повышает качество продукции. Модульный принцип построения автоматизированного участка легко сочетается с потребностями малых предприятий и позволяет изменять производительность участка, варьируя числом модулей и режимными параметрами процесса посола.
Внедрение изложенных в работе научно-обоснованных технических разработок обеспечивает повышение качества малосолёной продукции и вносит значительный вклад в развитие ресурсосберегающих и экологически чистых технологий, имеющих существенное значение для рыбной отрасли.
Реализация результатов работы. Результаты исследования представлены в виде моделей, алгоритмов, программ, методических рекомендаций, устройств управления процессом посола рыбы, выполненные в ходе госбюджетных научно -исследовательских работ по темам 63.51.800.2 "Совершенствование средств и систем автоматизации технологических производств" в КГТУ с 2000 по 2004 гг.
На основе технических предложений в КГТУ на кафедре "Автоматизации производственных процессов" на элементах пневмоавтоматики разработаны лабораторный комплекс для изучения процесса посола в установке периодического действия и техническая структура управления процессом посола рыбы без проведения замеров концентрации соли в тканях рыбы. Результаты работы используются студентами КГТУ в учебном процессе и подтверждаются актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы на различных этапах её выполнения докладывались и обсуждались на международных
и межвузовских конференциях, в частности "Пища. Экология. Человек" (г. Москва, 2001 г.), "Математические методы в технике и технологиях" (г. Тамбов, 2002 г.), "Балттехмаш - 2002" (г. Калининград, 2002 г.), ''Инновации в науке и образовании -2003" (г. Калининград, 2003 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе получены 2 патента на полезную модель.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 127 страницах машинописного текста и содержит 48 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 44 наименований, приложения на 21 странице, всего 148 страниц.
Физико- химические и технологические особенности посола рыбы
Объектом исследования данной работы является процесс производства высококачественной малосолёной рыбной продукции.
Посол является одним из видов консервирования, в процессе которого происходит формирование характерного вкуса и аромата солёной продукции.
В современных условиях посол используется для производства деликатесной продукции из анчоусовых, сельдевых, лососевых, осетровых рыб, а также для приготовления полуфабриката со строго заданной концентрацией соли и его дальнейшей обработки вялением, копчением или сушкой.
В технологии производства малосолёной продукции принято выделять три периода [4, 15, 43]: - просаливание, в течение которого происходит накопление соли в рыбе; - выравнивание концентрации соли по толще рыбы; - созревание солёной рыбы, когда формируются аромат, вкус и консистенция продукта. Низкая солёность продукта в период посола способствует началу процесса созревания - гидролизу белковых веществ, при котором активные ферменты внутренних органов рыбы диффундируют в мышцы.
Основной особенностью процесса посола с физико-химической точки зрения является образование пограничного слоя пониженной концентрации соли на границе раздела рыба - тузлук в результате протекания двух противоположно направленных процессов - диффузии и осмоса: хлорид натрия диффундирует из тузлука в ткани рыбы, а воды из тканей рыбы - в рассол.
Попытки интенсифицировать процесс просаливания и улучшить показатели качества солёной продукции привели к созданию различных способов посола.
По способу внесения соли или её раствора (тузлука) в систему различают посол, протекающий через поверхность рыбы (сухой, тузлучный, смешанный) и струйный посол (игольчатый, безыгольчатый), который проводится впрыскиванием охлаждённого насыщенного тузлука непосредственно в мясо рыбы с помощью специальных машин и аппаратов для приготовления полуфабриката [1]. Применение струйного посола ограничено ввиду повышения травматичности и ухудшения эстетических свойств готовой продукции.
По виду тары разделяют чановый, бочковой, контейнерный, стоповый, ящичный, баночный (пресервы) посолы [34].
Технология посола рыбы в чанах вместимостью до 15 тонн позволяет эффективно использовать производственную площадь, но затрудняет автоматизацию технологического процесса и достижение одинаковых условий посола рыбы по высоте чана.
Бочковой посол используется везде, где имеется достаточное количество производственных площадей для приготовления соленой продукции из сельдевых, анчоусовых и лососевых рыб. Его разновидностью является баночный посол, применяемый для изготовления пресервов. Однако, солёность готовой продукции определяется на основе экспериментальных данных, собранных для определённого вида и размерного ряда рыбы, а также личного опыта технолога, который определяет параметры тузлука. Для достижения равномерности посола рыбы бочку несколько раз переворачивают, обеспечивая разброс концентрации соли (4,5 ±1,5)% в готовом продукте.
Посол рыбы в контейнерах позволяет получить равномерно просоленный полуфабрикат для копчения, совместить процессы размораживания и просаливания, автоматизировать процесс загрузки - выгрузки рыбы. Контейнер ёмкостью 1,4 т погружают в ванну размером 1,33x1,22x1,22 м с циркулирующим насыщенным тузлуком температурой (14 ± 1) С.
Стоповый (чердачный) посол осуществляют сухой солью в трюмах судов, разделённых на чердаки высотой 1,5 м без специальной рыбосольной посуды, для посола тресковых, морского окуня, акулы, пикши и сайды по специальным заказам.
Ящичный посол используют при приготовлении малосолёной деликатесной продукции из лососевых рыб. Рыбу вручную натирают солью, укладывают в ящики ёмкостью до 60 кг и направляют на хранение в рефрижератор при температуре от -4 до -8 С в зависимости от вида рыбы.
Технолог, сопоставляя результаты расчёта и экспериментальные данные по динамике процесса посола, с учётом собственного опыта прогнозирует завершённость операции просаливания. Окончание процесса посола определяется по органолептическим признакам и по концентрации соли в мясе рыбы на основе данных лабораторных исследований.
Современные исследования подтверждают [1-5, 14-18, 34, 43], что качество солёной продукции снижается из-за использования устаревшего технологического оборудования и значительной доли ручного труда в технологическом процессе.
Сухой посол применяют для производства полуфабриката из мелких видов (весом 0,05 + 0,5 кг) рыб и филе с содержанием влаги более 80 %, при этом интенсивность просаливания зависит от соотношения масс доз соли и рыбы и равномерности распределения соли по поверхности сырья. Основными недостатками сухого посола являются медленное просаливание рыбы из-за задержки образования тузлука, обезвоживание тканей, высокие потери органических веществ (более 15 % от общей массы, при допустимой норме 8%) [43]. Окислительная порча рыбы, низкое качество полуфабриката и применение ручного труда по натирке крупной рыбы солью ограничивают область рационального использования сухого посола.
В настоящее время растет спрос на малосолёную деликатесную продукцию с пониженным содержанием соли в готовом продукте (3,5 ± 0,5) %, приготовляемую тузлучным посолом, классификация которого приведена на рис. 1.1 [1-5, 14-18]. Для производства малосолёной и слабосолёной (7,5 ± 1,5) % продукции используют прерванный посол в насыщенном тузлуке, при котором солёность готовой продукции зависит от длительности нахождения рыбы в рассоле.
Характерной особенностью прерванного посола является первоначальное накопление соли в поверхностных слоях в период нахождения рыбы в насыщенном тузлуке, а затем его перераспределение по толще тушки в момент, когда рыбу извлекают из рассола и направляют на хранение и созревание.
Законченный посол в спокойном тузлуке, используемый для приготовления средне (12 ± 2) % и крепко (более 14 %) солёной продукции, характеризуется диффузионным выравниванием концентраций всех компонентов (соли и воды), содержащихся в рыбе и рассоле, и некоторым увеличением массы рыбы в конце посола. Соленость продукта в этом случае зависит от степени насыщенности тузлука. Концентрация соли в тузлуке при насыщенном посоле в течение всего процесса поддерживается на уровне (25 ± 1)%. При ненасыщенном среднем посоле концентрация соли в тузлуке составляет (17,5 ± 2,5) %, при слабом-(12,5 + 2,5) % [14-17, 43]. Проведение посола рыбы в спокойном тузлуке отрицательно сказывается на продолжительности процесса и равномерности просаливания рыбы в посольных ёмкостях высотой (0,8 + 1,2) м. При высоте слоя рыбы 65 см разница концентрации соли в верхних и нижних слоях рыбы в посольной ёмкости может достигать 6 % [1-5, 15-18].
При смешанном посоле происходит постепенное растворение кристаллов соли в зависимости от их размера, что поддерживает концентрацию рассола на постоянном уровне и позволяет обеспечить максимально возможную скорость просаливания рыбы. Однако, помимо недостатков, присущих сухому посолу, смешанный посол обладает теми же особенностями, что и тузлучный, а именно: неравномерность просаливания рыбы по высоте ёмкости из-за слёживаемости верхних слоев и наличие немеханизированных операций по натирке рыбы солью, мойке, загрузке и выгрузке продукта.
Принцип действия установки периодического действия для прерванного посола рыбы
Анализ процесса тузлучного посола рыбы показал, что прерванному посолу рыбы в насыщенном тузлуке в совокупности присущи следующие недостатки, снижающие показатели качества готовой продукции и производительность оборудования: - неравномерность просаливания рыбы, вызванная высотой слоя рыбы в посольной ёмкости и колебаниями толщины рыбы в пределах размерного ряда; - наличие немеханизированных операций по кантовке, мойке рыбы, оборудования и выгрузке продукта из ёмкости и приготовлению тузлука; - неоперативный контроль окончания процесса посола. Значительное число работ [1-5, 14 - 18, 22, 34, 36, 43], посвященных разработке технологических приёмов и устройств, направлено на устранение отмеченных недостатков и, прежде всего на устранение слёживаемости и неравномерности просаливания рыбы по высоте посольной ёмкости, вызванной действием всплывающего усилия FB (1.6). На неравномерное распределение рыбы по высоте ёмкости существенное влияние оказывает высота, масса слоя, физические свойства рыбы и размеры ёмкости для посола.
Принимая во внимание рассмотренные положения, выработаны следующие принципы, выполнение которых обеспечит получение качественной продукции на автоматизированных установках периодического действия: - периодическая смена тузлука в верхних слоях рыбы за счёт поднятия и погружения в тузлук; - стабилизация основных технологических параметров тузлука в посольной емкости; - определение текущей концентрации соли в рыбе по результатам измерения всплывающего усилия; - использование средств пневмоавтоматики для мойки рыбы, оборудования и выгрузки продукта из посольной ёмкости.
На основе сформулированных принципов автоматизации процесса прерванного посола рыбы разработаны установка для посола рыбы и устройство управления посолом рыбы [23, 24], представленные на рис. 2.1.
Предложенные технические решения обеспечивают повышение качества солёной продукции, а именно устранение неравномерности просаливания рыбы по всему объёму посольной ёмкости и автоматизацию технологического процесса, включая определение времени завершения просаливания рыбы до заданной среднемассовой концентрации соли, загрузку, мойку рыбы, оборудования и выгрузку продукта из ёмкости для посола.
Концентрация тузлука в посольной ёмкости поддерживается практически постоянной за счёт периодического поступления порций насыщенного тузлука и сива ослабленного рассола в солеконцентратор. Для обеспечения циркуляции тузлука в посольной ёмкости, мойки рыбы, оборудования, выгрузки готового продукта в автоматизированных установках используются сильфоны, которые периодически заполняются воздухом с помощью элементов пневмоавтоматики.
Установка для посола рыбы содержит солеконцентратор 14 и посольные ёмкости 2, число которых зависит от производительности участка. Каждая посольная ёмкость соединена с солеконцентратором 14 трубопроводами с клапанами Кб и К7. На крышке и дне в каждой ёмкости закреплены сильфоны 1 и 9. Через клапан К7 насыщенный тузлук подаётся в ёмкость 2 из солеконцентратора 14, а через клапан Кб осуществляют слив ослабленного тузлука в солеконцентратор 14. Установка оснащена компрессором 12 для подачи воздуха в сильфоны 1 и 9 и клапанами К4 и К9, установленными на трубопроводах, соединяющими компрессор с сильфонами.
Управление процессом посола рыбы заключается в периодической циркуляции насыщенного тузлука за счёт поднятия рыбы над уровнем тузлука на время стекания рассола to замены ослабленного тузлука насыщенным и последующего погружения рыбы в тузлук. По результатам измерений всплывающего усилия FB при каждом погружении рыбы вычисляется концентрация соли в продукте и время окончания процесса просаливания. За время стекания tc происходит перераспределение полученной за время погружения tn концентрации соли по толще тушки рыбы, что способствует равномерному просаливанию всей рыбы целиком. Периодическое погружение рыбы позволяет устранить ее слёживаемость в верхнем слое, ускорить диффузионно - осмотические процессы и обеспечить условия, при которых каждая рыба находится в тузлуке практически постоянной концентрации.
О состоянии объекта оперативно можно судить по величине всплывающего усилия FB} плотности рт и температуры Тт тузлука, для измерения которых использованы тензометрические датчики веса АВ100 СЗ, плотномер ТМ-1 и измеритель температуры ИТ - 1. Измерение уровня жидкости в посольной ёмкости и солеконцентраторе осуществляется кондуктометрическим уровнемером с дистанционной передачей сигнала САУ-М6 и емкостными сигнализаторами СБК. Положения сильфонов и крышки посольной ёмкости регистрируются конечными выключателями GEi - GE5, в качестве которых используются герконовые датчики MK65G.
Использование тензометрических датчиков веса АВ100 СЗ фирмы "SCAIME" позволяет производить измерения всплывающего усилия FB, создаваемое при посоле 100 кг рыбы, с абсолютной погрешностью, не превышающей 0,02 Н, что равносильно разбросу в массовой доле соли, полученной рыбой, в пределах 0,057 % от номинального значения.
Для осуществления автоматизированной загрузки - выгрузки продукта посольная ёмкость 2 оборудована загрузочно - разгрузочным люком 7, перекидным устройством 5 и конвейерами. На рис. 2.1 перекидное устройство 5 находится в верхнем положении "загрузка". При выгрузке продукта устройство 5 приводом МЗ устанавливается в крайнее нижнее положение "выгрузка", предназначенное для слива рыбы в потоке тузлука.
Рыба массой юр из мерного бункера подаётся в ёмкость, готовую к загрузке, конвейером для загрузки 6 через люк 7. Подготовка к процессу посола заключается в приготовлении насыщенного тузлука с температурой Тт в солеконцентраторе, которое осуществляется путём подачи воды в горизонтальный барботер 15 через слой соли тс. При отклонении плотности тузлука от заданного значения 1200 кг/м открывается клапан К10 для подачи воздуха компрессором 12, что способствует ускорению процесса растворения соли. Клапан К11 открывается на время ТПнт достаточное для установления начального уровня тузлука LE3 в солеконцентраторе 14. В случае отклонения температуры от заданного значения, включается нагреватель 17.
Особенности задач и критерии управления
Годовой объём производства солёной продукции в России составляет более 60 тыс. тонн и в последние годы наблюдается тенденция роста спроса на малосолёную деликатесную продукцию. В современных условиях актуальным становится вопрос не только о стабилизации производства солёной продукции, но и создании предпосылок для её роста. В условиях развития малых предприятий генеральная цель управления участком производства деликатесной продукции - достижение максимальной прибыли за счёт повышения уровня её гибкости. Возможность обеспечения быстрой переориентации участка на выпуск другого ассортимента продукции из других видов сырья в зависимости от изменения конъюнктуры рынка повышает конкурентоспособность продукции.
При реализации задач и выборе принципов построения системы управления (СУ) процессом посола учитывались проблемы, которые были выявлены при обследовании современного производства солёной продукции и обусловлены необходимостью применения технических средств для оперативного определения солёности продукта и снижения доли ручного труда на основных и вспомогательных операциях многостадийного технологического процесса (ТП) посола рыбы.
Многостадийность производственного цикла предполагает наличие связи между целями и критериями управления в отдельных подсистемах и в производственной системе в целом. Критериями эффективного управления ТП служит технологическая себестоимость при обеспечении высокого качества готовой продукции.
Выше были рассмотрены технические решения, которые обеспечивают повышение качества солёной продукции, а именно устранение неравномерности просаливания рыбы по всему объёму посольной ёмкости и автоматизацию технологического процесса, включая определение времени завершения просаливания рыбы до заданной среднемассовой концентрации соли, загрузку, мойку рыбы и оборудования, выгрузку продукта из ёмкости. Управление ТП посола рыбы организуется на основе разработанной в гл. 2 математической модели, позволяющей оценить колебания размеров рыб на неравномерность посола. Высокое качество малосолёной продукции с точки зрения её микробиологической безопасности и достижения стабильной среднемассовой концентрации соли по всему объём} рыбы обеспечивается рациональным проведением ТП посола в установках периодического действия. Параметры цикла посола - число циклов N. время етекания t( тузлука с рыбы и высота поднятия слоя рыбы из тузлука Ah предварительно определялись методами математического и физического моделирования процесса посола рыбы. Задача стабилизации показателей качества продукции в пределах заданного допуска по солёности рыбы ± 0.5% решается сортировкой но виду и размерам рыбы и использованием системы управления завершённостью ТП посола.
Подходы к построению системы автоматического управления участком производства малосолёной деликатесной продукции сформированы на основе технических решений (патенты на ИМ № 29444. № 32971) с учётом сроков хранения, размерного ряда и массы рыбы, производительности участка, согласованности взаимодействия технологического оборудования.
Автоматизация ТП посола рыбы и мониторинг состояния технологического оборудования приводят к снижению технологической себестоимости продукции за счёт снижения эксплуатационных затрат и сокращения численности персонала при улучшении условий труда (социальный эффект). Использование многофункциональных посольных емкостей, позволяющих совместить основную и вспомогательные операции ТИ в одной ёмкости, и внедрение СУ завершённостью процесса посола способствует росту объёма производства, сокращению продолжительности технологического цикла и улучшению качества продукции.
Цель управления участком состоит в реализации гибкого алгоритма, обеспечивающего координированное взаимодействие всех элементов технологической системы и выпуск продукции требуемого объёма и ассортимента.
Производство малосолёной деликатесной продукции организуется на основе гибкой системы управления, которая включает в себя математическое, программное обеспечение, мобильную информационную базу и обеспечивает быструю переориентацию участка на выпуск другого ассортимента продукции и позволяет снизить эксплуатационные затраты. Поиск оптимального варианта управления участком производства малосолёной деликатесной продукции сводится к рациональному выбору размеров емкостей и технологических параметров процесса посола.
Главным (и наименьшим) принимается размер посольной ёмкости (диаметр Dn=0.5 м). используемой при экспериментальных исследованиях процесса посола салаки (гл. 2). Размерный ряд j диаметров посольной ёмкости (j = 0,5; 1; 1,5; 2 м), полученный методом пропорциональности, составлялся с учётом соотношения 3.4, позволяющего экономить потребляемую компрессором энергию на поднятие и погружение рыбы в тузлук за счёт преодоления сил трения рыбы о стенку ёмкости.
Номенклатура размеров j посольных емкостей на участке производства малосолёной продукции выбирается из приведённого выше ряда исходя из ассортимента выпускаемой продукции.
Для сырья і вида и размерного ряда НРІ определяется минимальный диаметр посольной ёмкости Dn с учётом соотношения 3.4 и заданного размерного ряда j. Предварительно для каждого вида сырья определяется продолжительность просаливания tnoci ДО заданной среднемассовой концентрации соли и длительность технологического цикла ТТЦІ.
При определении технологических маршрутов производства продукции из Ї вида сырья с учётом сроков хранения txpi проверяется условие для каждой j ёмкости. mPi IIyrtXp, (3.5) где Пу - производительность посольной ёмкости с диаметром из ряда j, кг/ч. Если условие 3.5 выполняется для рыб всех видов, то сырьё массой mpj направляется на посол в соответствующие ёмкости с минимальным диаметром из ряда j с фиксированной производительностью IIVj без привлечения дополнительных ресурсов на хранение в течение времени txR.
Техническая структура системы управления процессом посола
Система управления участком производства малосолёной деликатесной продукции организуется в виде распределённой двухуровневой системы на базе на базе промышленного контроллера MicroPC фирмы Octagon Systems и включает в себя импортную и отечественную элементную базу приборов и средств автоматизации, обеспечивающих измерение, контроль, регистрацию, регулирование параметров процесса тузлучного посола.
Участок производства малосолёной продукции включает в себя: - технологические модули (ТМ), в состав которых входят: мерный бункер для рыбы, конвейеры для загрузки - выгрузки продукта, система трубопроводов подачи воды, тузлука и сжатого воздуха, запорная арматура. Каждый модуль оборудован загрузочно-разгрузочным люком, перекидным устройством загрузки выгрузки продукта, верхним и нижним сильфоном; - дополнительное оборудование: дозатор соли, солеконцентратор, компрессор, насос, фильтр для очистки тузлука.
Верхний уровень представляет собой автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора - технолога, которое включает в себя персональный компьютер (ПК), устройство вывода на печать и блок бесперебойного питания (ББП). На мониторе ПК оператора - технолога выводится мнемосхема участка производства малосолёной деликатесной продукции в виде мультипликационного изображения текущего рабочего состояния оборудования (рис.3.3). На мнемосхеме в зелёном окне отображаются параметры работы участка и динамика режимных параметров процесса для каждого технологического модуля и солеконцентратора, состояние компрессора, насоса (свободно - занято) и фильтра очистки тузлука. Параметры, выходящие за заданный диапазон, выделяются жёлтым (предупредительная) или
красным (аварийная сигнализация) цветом окна. В СУ предусмотрена сигнализация об отклонении уровня тузлука и соли, плотности и температуры тузлука в солеконцентраторе от заданных значений. При этом включается световая и зв% ковая сигнализация. Для проведения плановых осмотров оборудования и выполнения ремонтных работ приглашается наладчик.
Оператор - технолог наблюдает за ходом ТП посола рыбы, а в аварийной ситуации при отказе технических средств частично или полностью принимает на себя управление участком, которое осуществляется с удалённого терминала по сети Ethernet или компьютером, подключенным непосредственно к контроллеру нижнего уровня Octagon по протоколу RS232.
Информационное обеспечение системы управления участком производства малосолёной деликатесной продукции организуется в виде базы данных, которая содержит информацию о длительности посола tnoci и технологического цикла ТТЦІ для размерного ряда і вида сырья, и обеспечивает ввод с пульта и получение любой необходимой информации в простой и удобной форме оператором - технологом. При поступлении і вида сырья на участок, оператор - технолог с помощью соответствующего математического и программного обеспечения выбирает режим посола для каждого вида рыбы. В соответствии с разработанным выше алгоритмом (гл. 3.1), для каждого! вида сырья фиксируется технологический маршрут с учётом сроков хранения t\pi и размерного ряда посольных ёмкостей j.
Таким образом, верхний уровень системы микропроцессорного управления участком производства малосолёной деликатесной продукции реализует гибкую стратегию управления участком, координирует взаимодействие ТМ при работе их в едином комплексе, включая операции по транспорту сырья в ёмкости для посола и готовой продукции на склад для созревания исходя из условий достижения максимальной производительности участка. В зависимости от загруженности участка или при смене ассортимента верхний уровень решает задачу выбора технологических маршрутов для партий і вида сырья.
Контроллер Octagon нижнего уровня позволяет осуществлять программное управление клапанами, конвейерами, компрессором и насосом, перекидным устройством и люком для загрузки - выгрузки продукта в соответствии с алгоритмом управления участком производства малосолёной деликатесной продукции; получать информацию по текущему состоянию технологического оборудования, которое определяется командами готовности к загр\зке и выгрузке продукта, посолу, мойке рыбы и оборудования, переходу в режим ожидания. Верхний уровень вырабатывает сигналы задания для нижнего уровня на основе результатов измерения всплывающего усилия рыбы FB и прогнозирования длительности посола tnoc Д заданной солёности продукта, обеспечивая необходимую динамику ТП посредством переключением соответствующих клапанов и координированного взаимодействия посольных емкостей с солеконцентратором и другими элементами технологической системы.
Нижний уровень управления представлен подсистемами автоматического контроля и регулирования режимных параметров ТП - температуры и плотности тузлука в солеконцентраторе; измерения и регулирования уровня жидкости в посольной ёмкости и солеконцентраторе, плотности рыбы в процессе просаливания; обеспечивает логическое управление сменой функциональных состояний отдельных модулей и приводами дозатора соли, конвейера для загрузки - выгрузки рыбы, компрессора, насоса и клапанов подачи (слива) воды, тузлука и воздуха при пуске, останове, в режиме ожидания, при переходе от одной стадии процесса посола к другой. Технические средства автоматизации системы управления первого уровня встроены в ТМ, включая устройство управления завершённостью технологического процесса посола рыбы, позволяющее с заданной точностью определять степень солёности продукта без применения лабораторных методов.
Важнейшим показателем выбора аппаратных и программных средств систем управления участком производства малосолёной деликатесной продукции являются стоимость при достаточной надёжности; простота эксплуатации оператором -технологом, не имеющего специальной подготовки в области информационных технологий; совместимость серийно выпускаемых первичных, вторичных преобразователей и исполнительных механизмов с контроллером нижнего уровня; самодиагностика программных и аппаратных средств; защита от "зависания при сбоях напряжения питания; наличие стандартного интерфейса контроллера нижнего уровня для связи с верхним.
