Федеральное Агентство  Образования

Государственное образовательное учреждение высшего  и профессионального образования

Московский  Государственный Университет Прикладной Биотехнологии

Кафедра «Автоматизация биотехнических систем» 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

Тема: «Автоматизация системы управления технологическим процессом производства кисломолочных напитков» 
 
 
 
 
 

  Студент: Маньжова Т. С.

    Группа: 3Т3-17

  Проверила: Семина Н.А.

Москва 2009

Содержание:

1. Введение
2. Технология производства кисломолочных напитков
3. Описание оборудования
4. Функциональная схема автоматизации резервуара для сквашивания молока
5. Описание функциональной схемы автоматизации резервуара для сквашивания молока
6. Заключение
7. Библиографический список
8. Приложение

Введение

     Основоположником  классической теории автоматического  регулирования является профессор  И. А. Вышнеградский, который в 1876 г. построил график областей устойчивости — диаграмма Вышнеградского — и впервые стал рассматривать регулятор и объект регулирования как единую динамическую систему.

    Значительный  вклад в развитие теории автоматического  регулирования внес русский математик А. М. Ляпунов, доказавший ряд оригинальных теорем и предложивший методы для исследования устойчивости и поведения динамических систем. Наибольшей известностью пользуются его методы для исследования нелинейных систем.

     Советские  ученые вносят весомый вклад  в развитие теории автоматического  управления, и их работы получили  признание во всем мире.

     Автоматизация является одним из основных факторов современной научно-технической революции. В основе автоматизации производства лежит системный подход к анализу и синтезу объектов управления, а также к построению и использованию комплекса технических средств автоматического управления, регулирования и контроля. В автоматических системах широко используются новейшие достижения науки и техники.

     В  настоящее время в отрасли  наблюдается частичная и комплексная  автоматизация производственных  процессов.

  Частичная автоматизация — это автоматизация отдельных производственных операций. Она осуществляется в тех случаях, когда непосредственное управление сложными процессами, например работой пастеризационно-охладительной установки, становится практически недоступно для человека.

 При комплексной автоматизации производственных процессов участок, цех, завод и т. д. действуют как единый взаимосвязанный автоматический комплекс. Комплексная автоматизация целесообразна в условиях высокомеханизированного производства на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением средств измерений, автоматизации и

вычислительной техники.

     Наряду с автоматическими системами управления, когда человек только следит за  состоянием  средств  автоматизации, применяют автоматизированные системы управления (АСУ), в которых он активно участвует непосредственно в самом процессе управления.

 Автоматизированные системы управления — это человеко-машинные системы, использующие в качестве технической базы электронные вычислительные машины (ЭВМ). В отрасли созданы и успешно работают автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП) и отраслевая автоматизированная система (ОАСУ).

     Развитие  теории автоматического регулирования  послужило основой для развития  кибернетики — науки об управлении, связи и переработке информации. В настоящее время кибернетические принципы управления нашли свое применение практически во всех сферах деятельности человека: управление технологическим процессом, производством, наукой, торговлей, бытовым обслуживанием и т. д.

     Повышение  профессиональной подготовки специалистов  — главная цель. Для этого предусмотрены следующие мероприятия: переход на новые учебные планы и программы, изменение их с учетом последних достижений науки и техники, улучшение фундаментальной теоретической подготовки, интенсификация и компьютеризация учебного процесса, развитие самостоятельного технического творчества студентов.

     Эти  преобразования касаются и технических  вузов, выпускающих специалистов для агропромышленного комплекса. В частности, для перерабатывающих отраслей, в том числе мясной и молочной, требуется подготовить специалистов, способных владеть биотехнологией, робототехническими комплексами, микро-ЭВМ в автоматизированных системах управления технологическими процессами и системах автоматизированного проектирования.

     Изучаемый в высшей школе курс «Автоматика и автоматизация производственных процессов» состоит из трех разделов: теория автоматического управления, элементы и системы измерительной техники и автоматических устройств, проектирование систем автоматизации технологических процессов.

     Теория  автоматического управления изучает  основные принципы построения автоматических систем в целом. В разделе «Элементы и системы измерительной техники и автоматических устройств» изложены принципы построения и работы технических средств автоматизации промышленных производств. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Технология производства кисломолочных напитков 

Наиболее распространенным кисломолочным напитком в нашей стране является кефир, который вырабатывают из пастеризованного молока.

Закваска приготовляется на кефирных грибках. Это продукт

 смешанного  брожения - молочнокислого и спиртового.

Кефир имеет  кисломолочный освежающий, слегка острый вкус. Консистенция однородная сметанообразная, сгусток может быть пронизан пузырьками углекислого газа (что вызывается спиртовым брожением).

Молочная промышленность вырабатывает различные виды кефира:

• жирный
• нежирный
• Таллиннский
• «Особый»
• «Фруктовый»

В основе производства кисломолочных напитков лежит процесс

культивирования  молочнокислых микроорганизмов  в жидкой питательной

   среде. Культивирование осуществляют периодическим и  непрерывным

методами. При  периодическом методе бактериальную  культуру выращивают

в замкнутом  объеме несменяемого субстрата.

При непрерывном  методе стерилизованное и пастеризованное  молоко непрерывно подается в резервуар  с мешалкой (культиватор), где размножаются молочнокислые микроорганизмы. Из культиватора непрерывно выходит такой же объем сквашенного молока с определенной концентрацией  микроорганизмов и продуктов их метаболизма. 

Существует два  способа производства кисломолочных  напитков - резервуарный и термостатный.                                      Резервуарный способ экономически более выгоден.

Резервуарный  способ.

Технологический процесс производства состоит из следующих операций: подготовка сырья, нормализации, пастеризации, гомогенизации, охлаждения, заквашивания, сквашивания в специальных емкостях, охлаждения сгустка, созревания сгустка,  фасовки.

   Молоко  после охлаждения в пастеризационно-охладительной  установке до 23±2˚С поступает в резервуары для кисломолочных напитков, куда одновременно из заквасочного отделения насосом подается производственная закваска. Заквашенное молоко в резервуаре непрерывно перемешивается мешалкой в течение заданного времени. После отключения мешалки продукт сквашивается.

    В процессе сквашивания происходит размножение микрофлоры закваски, нарастает кислотность, коагулирует казеин и образуется сгусток. Окончание сквашивания определяют по образованию достаточно плотного сгустка и достижению определенной кислотности -  рН 4, 6± 0, 05.

Затем продукт охлаждается подаваемой в рубашку резервуара холодной водой и перемешивается мешалкой по заданной программе.

  По окончании сквашивания продукт немедленно охлаждается.

Кефир, вырабатываемый с созреванием, после  сквашивания охлаждается до 15±1˚С и при этой температуре созревает. Продолжительность созревания кефира не менее 10-12ч.

Во время  созревания активизируются дрожжи, происходит процесс спиртового брожения, в результате чего в продукте накапливаются спирт, углекислота и другие вещества, придающие  этому продукту специфические свойства.)

 По достижении этой температуры продукт готов для фасования, мешалку выключают и прекращают подачу охлаждающей воды. Кисломолочные напитки фасуют на механизированных линиях, как в стеклянную тару, так и в бумажные пакеты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ 

   Производство  кефира на основе сквашивания молока молочнокислыми бактериями осуществляется в резервуарах для выработки  кисломолочных продуктов.

   Резервуары (танки) РЧ-ОТМ.

  Предназначены для производства кисломолочных продуктов (кефир, простокваша).

Резервуар (рис. 4) состоит из вертикально расположенного трехстенного сосуда, привода, мешалки, устройства для орошения  и  контрольно-измерительных приборов.

Рабочий сосуд  сварной конструкции из нержавеющей  стали имеет верхнее коническое и нижнее плоское днища. В сосуде расположена мешалка рамного типа, привод которой установлен на площадке, укрепленной на верхнем днище. На верхнем днище расположены светильник, смотровое окно, устройство для механизированной мойки, трубопровод для наполнения резервуара продуктом, регулирующий кран с приводом типа РКМ-3 и вводы датчиков уровня продукта. Привод мешалки состоит из электродвигателя и червячного редуктора, через выходной вал которого передается вращение мешалке.

На боковой  стенке рабочего сосуда установлены люк, герметически закрывающийся крышкой, и пробоотборник. На крышке смонтирован датчик контроля температуры и кислотности, а на горловине люка - конечный выключатель блокировки привода мешалки.

Средний цилиндр  образует кольцевой зазор, в котором циркулирует охлаждающая вода, поступающая из кольцевого барботера, смонтированного в верхней части цилиндра. Средний цилиндр снабжен теплоизоляцией, облицованной тонколистовым защитным кожухом.

Рядом с резервуаром  размещено на стойке устройство типа КУ-2 для автоматического контроля и управления работой резервуара.

Резервуар устанавливают  на основании тремя регулируемыми  по высоте ножками. 

   Рис.4. Резервуар РЧ-ОТМ:

1 - привод мешалки;  2 - светильник; 3 -  мешалка; 4 -  труба орошения; 5 -  термоизоляция; 6 - средний цилиндр; 7 - рабочая емкость; 8 - защитный кожух; 9 - ножки; 10 - сливной патрубок; 11- штуцер сливного крана; 12 - кран отбора проб; 13 - крышка люка; 14 -конечный выключатель; 15 - смотровое окно

Техническая характеристика резервуара РЧ-ОТМ

Резервуар РЧ-ОТМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Функциональная  схема автоматизации  резервуара для сквашивания  молока 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Описание  функциональной схемы  автоматизации резервуара для сквашивания  молока.

Для заполнения резервуара молоком оператор с помощью ключа SA1 через промежуточный электропневмоклапан 1-1 переводит трехходовой пневмовентиль 1-2 в режим заполнения резервуара.

Уровень продукта в резервуаре контролируется кондуктометрическим  сигнализатором уровня (2-4) с тремя датчиками: нижнего 2-1, среднего 2-2 и верхнего 2-3 уровней. По достижении продуктом датчика среднего уровня сигнализатор включает электродвигатель мешалки и реле времени 4-1, в которое, в свою очередь, включает на определенное время электродвигатель насоса-дозатора закваски.

Системой автоматизации  предусмотрена блокировка включения  мешалки при открытой крышке люка резервуара от микропереключателя 3-1.

После заполнения резервуара от датчика верхнего уровня сигнализатора уровня  отключается  мешалка и включается программное устройство (5-1). Программное устройство включает систему контроля кислотности продукта в резервуаре, состоящую из погружного датчика (6-1), высокоомного электронного преобразователя (6-2) и автоматического самопишущего потенциометра 1300 с контактным устройством 6-3. Одновременно по заданной программе командное устройство включает и отключает мешалку.

По достижении заданного рН продукта контактное устройство потенциометра включает через промежуточный  пневмоэлектроклапан 7-1 пневмоклапан подачи холодной воды в рубашку резервуара 7-2 и систему контроля температуры, состоящую из термометра сопротивления (8-1) и логометра с контактным устройством (8-2).

После достижения заданной температуры контактное устройство логометра отключает командный прибор, включает мешалку, закрывает клапан подачи холодной воды переводит клапан 1-2 на выпуск продукта из резервуара и включает звонок НА1, сигнализирующий об окончании процесса сквашивания.

После снижения уровня ниже датчика среднего уровня отключается электродвигатель мешалки, а после опорожнения резервуара клапан 1-2 переводится в положение на заполнение- резервуар подготовлен к последующей мойке.

На время мойки  блокируются все системы автоматизации  сквашивания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение.

   Автоматизация производства - процесс, при котором  функции управления и контроля, ранее  выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.

   Главная цель автоматизации производства заключается в повышении производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции, создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

   Современное развитие промышленного производства молочных продуктов сопровождается все более широким применением автоматизированных систем управления технологическими процессами. Предпосылками этого являются: концентрация производства, рост мощности предприятий, применение поточных и непрерывных способов производства, оснащение предприятий новым высокопроизводительным оборудованием, наличие современных технических средств автоматизации. Широкое применение автоматизированных систем управления обуславливается значительным экономическим эффектом, который достигается благодаря: обеспечению заданных качеств вырабатываемых продуктов независимо от субъективных фактов, уменьшение потерь ценных продуктов, снижение трудоемкости процессов производства, повышению культуры производства.

   Наряду  с локальными системами управления отдельными операциями и основными технологическими процессами широко внедряются также централизованные системы управления отдельными операциями эффективные для небольших заводов и при малых объемах производства.

   Применение  систем управления отдельными технологическими процессами эффективно на предприятиях средней мощности при непрерывно-поточных процессах, больших объемах производства на высокопроизводительном оборудовании.

   В ряде случаев системы управления характеризуются применением технических  средств и устройств управления,  построенных по принципу «жесткой логики», т.е. по заранее заданной схеме коммутации аппаратуры и ее элементов без применения управляющих комплексов. Автоматические управляющие воздействия здесь запрограммированы по временной и логической программам со связями между смежными объектами управления. Причем все функции управления выполняются техническими средствами. За оперативным персоналом остается только выполнение вспомогательных функций. Обычно такие системы проектируются и монтируются вместе со всем производственным комплексом предприятия.

   Системы управления, построенные на основе использования устройств программного и логического управления с «жесткой логикой» функционирования, весьма консервативны  к изменению структуры алгоритмов управления. Необходимость модифицировать систему в процессе эксплуатации приводит к значительным затратам времени и материальных средств.

Таким образом, автоматизация кисломолочных напитков направлена на повышение эффективности производства и обеспечение высокого качества выпускаемой продукции. 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список.

1. Брусиловский, Л.П. АСУТП цельномолочных и молочнокислых      

Производств / Л.П. Брусиловский, А.Я. Вайнберг. –  М.: Колос, 1993.

2. Брусиловский, Л.П. Приборы технологического контроля в молочной промышленности: Справочник – 2-е изд., перераб. и доп. / Л.П. Брусиловский, А.Я. Вайнберг. – М.: Агропромиздат, 1990.
3. Брусиловский, Л.П. Системы автоматизированного управления технологическими процессами предприятий молочной промышленности  / Л.П. Брусиловский, А.Я. Вайнберг, Ф.С. Черняков. – М.: Пищевая промышленность, 1987.
4. Евдокимова Г.М., Селевцов Л.И. Автоматизация производственных процессов в мясной и молочной промышленности. Учебное пособие - М.:Колос, 2000.
5. Лекции доц. каф. АБТС Семиной Н.А.
6. www.owen.ru

1.Датчики уровня 

Предназначены для контроля уровня жидкости в металлических  резервуарах 

открытого и  закрытого типа (1 электрод)

Овен  – измерительные  приборы трех- и четырехэлектродные датчики

Назначение

  Предназначены для контроля трех уровней жидкости в резервуарах открытого типа со стенками, выполненными из изоляционного материала: