Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Автоматизація виготовлення пива

ЗМІСТ

ВСТУП

Автоматизація це звільнення людини від безпосередньої участі у виробничому процесі. Завдяки автоматизації досягається неабияка продуктивність виробництва, якість виробленої продукції а також повністю виключається так званий “людський фактор”. Останнє особливо важливо на безперервних та небезпечних виробництвах (металургія, хімічна промисловість, ядерна енергетика).

РОЗДІЛ 1. ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ'ЄКТА

1.1 Характеристика продукції, сировини і напівфабрикатів

Карамель є цукровими кондитерськими виробами, що складаються в основному з твердої аморфної речовини - карамелевої маси. Асортимент карамелі налічує більше 200 найменувань і ділиться на дві основні групи: льодяникова карамель, виготовлена цілком з карамелевої маси (вироби овальної і прямокутної форми, фігурна карамель, монпансьє і ін.); карамель з начинкою, що складається із зовнішньої оболонки, виготовленої з карамелевої маси, і начинки (вироби з фруктовоягодними, молочними, шоколадними і іншими начинками).

По зовнішньому оформленню карамель випускають загорнуту або відкриту. Карамель поштучно завертається у вологонепроникну етикетку. Відкрита карамель фасується в різноманітну герметичну тару або поверхні карамелі піддають захисній обробці. Її покривають тонким вологонепроникним шаром воско-жиро-завивання глазурі або обсипають цукром-піском або сумішшю какао-порошку і цукрової пудри.

Сировиною для приготування карамелі служить цукор, крохмальна патока і різноманітні заготовки і напівфабрикати для начинок (фруктово-ягідні підварива і пюре, молочні і какао-продукти, жири, горіхи і ін.). Широко використовуються харчовосмакові добавки (харчові кислоти і ароматичні есенції, фарбувальні речовини і ін.).

1.2 Особливості виробництва і споживання готової продукції

У сучасному карамелевому виробництві масові види льодяникової карамелі і карамелі з рідкими начинками (фруктово-ягідними, молочними, помадними) виробляють на механізованих потокових лініях. Роздрібний асортимент карамелі проводять на лініях, що вимагають часткового застосування ручних операцій.

Механізоване виробництво карамелі відрізняється високою інтенсивністю процесів. При формуванні карамелі продуктивність досягає 1800...2200 виробів в хвилину, а сучасні машини, що завертіли, мають продуктивність до 1000...1200 виробів в хвилину. Такі умови виробництва пред'являють високі вимоги до точності геометричних розмірів, форми і інших характеристик виробів.

Карамелеву масу отримують шляхом зварювання водного розчину сахарози і антикристалізатора до залишкової вологості 2...4 %. Як антикристалізатор використовують крохмальну патоку, яку частково можна замінити інвертним сиропом.

Процес обробки карамелевої маси і виготовлення з них виробів обумовлений фізичним станом і механічними характеристиками маси, які перш за все залежать від температури. Карамелева маса при температурі вище 100 °С є в'язкою рідиною. В'язкість маси при охолоджуванні збільшується в десятки разів, а при температурі 65...75 °С вона переходить в пластичний стан, тобто знаходить здатність приймати під тиском будь-яку форму і зберігати її. При подальшому охолоджуванні нижче 35...40 °С маса переходить в склоподібний аморфний стан. Вона стає твердою і крихкою.

Особливості технологічного процесу виробництва карамелі обумовлені тим, що карамелева маса є вельми нестійкою системою: цукор (сахароза) прагне прийняти властивий йому кристалічний стан. Крім того, при нагріванні рецептурної суміші відбувається хімічна зміна сахарози. Продукти такої зміни відрізняються високою гігроскопічністю, погіршують зовнішній вигляд виробів і скорочують термін зберігання карамелі. Тому на всіх стадіях технологічного процесу потрібне створення умов, що забезпечують високу стійкість карамелевої маси. Зокрема, для зниження температури і скорочення тривалості видалення вологи з рецептурної суміші її уварюють під вакуумом. Смакові добавки, що містять кислоту, вводять після попереднього охолоджування карамелевої маси. Необхідною умовою при виготовленні карамелі є охолоджування звареної карамелевої маси в можливо коротші терміни, оскільки швидкість кристалізації сахарози залежить від швидкості охолоджування і з пониженням температури швидко падає із-за різкого підвищення в'язкості маси.

Поверхня готової карамелі повинна обов'язково захищатися від впливу навколишнього повітря. Незахищена карамель, поглинаючи вологу з повітря, швидко зволожується, злипається і втрачає товарний вигляд. Найбільш поширеним способом захисту є завертання карамелі у вологонепроникну етикетку.

1.3 Стадії технологічного процесу

Виробництво карамелі розділяється на наступні стадії і операції:

— підготовка сировини до виробництва: звільнення від тари і зберігання цукру, патоки, заготовок і напівфабрикатів; просіювання сипких продуктів і фільтрація рідких компонентів, десульфітація, темперування, розчинення або розплавлення сировини для начинок;

— приготування карамелевого сиропу: дозування цукру-піску, патоки (інвертного сиропу) і питної води, розчинення цукру, змішування з патокою і зварювання рецептурної суміші;

— приготування карамелевої маси шляхом уварювання карамелевого сиропу під вакуумом;

— обробка карамелевої маси: охолоджування маси, дозування карамелевої маси, кислоти, есенції і фарбника, змішування маси з добавками, вирівнювання температури за всім обсягом маси шляхом проминки або витягування (з одночасним насиченням маси бульбашками повітря);

— приготування начинок: дозування, змішування і уварювання рецептурних компонентів, дозування смакових добавок, змішування і темперування увареної рецептурної суміші;

— формування карамелі: дозування карамелевої маси, обкатування карамелевого батона, дозування начинки, калібрування карамелевого джгута з начинкою, формування виробів певної форми способами штампування або різання;

— охолоджування відформованої карамелі: попереднє охолоджування на вузькому конвеєрі, остаточне охолоджування в агрегаті, що охолоджує;

— завертіла карамелі, фасування загорнутої карамелі в пакети, упаковка пакетів (або загорнутій карамелі) в картонні короби.

1.4 Характеристика комплексів обладнання

Початкові стадії технологічного процесу виробництва карамелі з рідкими начинками виконуються за допомогою комплексів устаткування для приготування карамелевого сиропу і начинки. В склад цих комплексів входять ємкості для зберігання і пристрою для дозування рецептурних компонентів, змішувачі і варильні апарати.

Провідний комплекс устаткування лінії призначений для приготування карамелевої маси, формування і охолоджування карамелі. У його складі знаходяться дозатори карамелевого сиропу, смакових добавок і фарбників, вакуум-апарат, що охолоджує машини, темперуюча машина і дозатор для начинки, карамелеобкаточна, жгутовитягуваюча і що формує машини, а також вузький конвеєр, що охолоджує, і агрегат, що охолоджує.

Завершуючі операції виробництва карамелі виконуються комплексом устаткування, що складається з машин, що завертіли, фасувальних і пакувальних, а також системи конвеєрів, що їх сполучають.

1.5 Пристрій і принцип дії лінії

До складу лінії входить сироповарочна установка ШСА, призначена для отримання карамелевого сиропу. Вона складається з блоку рецептурних збірок, два сироповарочних агрегатів і щитів управління. Блок рецептурних збірок включає збірки 2 для патоки, інвертного сиропу і води, а також два плунжерних насоси 1.

У сироповарочний агрегат входить збірка 3 з дозатором цукру, змішувач 4, плунжерный насос 5, змієвикова варильна колонка 6, забезпечена розширювачем 7, паровідділювач 8, вентилятор 11, збірка готового сиропу 9 з сітчастим фільтром і шестерінчастий насос 10.

Принцип дії сироповарочної установки ШСА заснований на розчиненні цукру в патоці під тиском з додаванням води, що забезпечує найбільш короткий виробничий цикл і скорочує тривалість температурної дії на сахарозу. Це дозволяє отримати карамелевий сироп вищої якості і підвищити стійкість карамелі.

Установка ШСА працює таким чином. З рецептурних збірок 2 насоси-дозатори 1 подають рідкі компоненти: патоку (або інвертний сироп) і воду в приймальну воронку змішувача-розчинника 4. У цю ж воронку дозатором з бункера 3 подається цукор-пісок.

Температура патоки і води, що подаються в змішувач, 65...70 °С (температура інвертного сиропу не повинна перевищувати 40...50 °С). У змішувачі 4 рецептурна суміш обробляється протягом 3,0...3,5 хв. і нагрівається до 65...70 °С. Ця суміш має вологість 17... 18 % і є кашкою з не повністю розчиненими кристалами цукру.

Плунжерним насосом 5 кашкоподібна суміш подається в змійовик варильної колонки 6. На виході з колонки змійовик сполучений з розширювачем 7, усередині якого встановлений диск з отвором діаметром 10...15 мм. Диск надає опір потоку рухомої рецептурної суміші, забезпечуючи тим самим надмірний тиск в змійовику 0,17...0,20 Мпа. Завдяки цьому тиску суміш нагрівається до вищої температури, ніж при атмосферному тиску без підвищення концентрації розчину. При надмірному тиску гріючої пари у варильній колонці в межах 0,45...0,55 Мпа температура сиропу на виході із змійовика досягає 120...125 °С. В результаті підвищення температури відбувається більш швидке розчинення кристалів цукру в декілька меншій кількості води, чим прийнято зазвичай при інших способах уварювання.

Вторинна пара, що утворилася в сиропі, віддаляється в паровідділячі 8 і разом з повітрям вентилятором 11 виводиться назовні.

Готовий сироп збирається в нижній конічній частині паровідділяча 8 і відводиться в збірку сиропу 9. Збірка забезпечена фільтром з осередками діаметром 1 мм. В міру необхідності готовий карамелевий сироп перекачують до місць споживання шестерінчастим насосом 10.

1.6 Параметри технологічного процесу виробництва карамелі

Таблиця 1

Параметри технологічного процесу

№	Назва параметру	Допустимі межі	Відхилення
1.	Температура патоки	65…70 ºС	± 2ºС
2.	Температура води	65…70 ºС	± 2ºС
3.	Температура інвертного сиропу	40…50 ºС	± 4ºС
4.	Час протягом якого обробляється рецептурна суміш у змішувачі 4	3…3,5 хв.	± 0,5хв.
5.	Температура при якій обробляється рецептурна суміш у змішувачі 4	65…70 ºС	± 2ºС
6.	Вологість суміші у змішувачі 4	17…18 ºС	± 1ºС
7.	Тиск сиропу на виході із змійовика колонки 6	0,17…0,2 МПа	± 0,01 мПа
8.	Тиск гріючої пари у варильній колонці	0,45…0,55 МПа	± 0,01 мПа
9.	Температура сиропу на виході із змійовика колонки 6	120...125 ºС	± 5ºС

Система автоматизації виробництва повинна забезпечити:

Приготування карамелевого сиропу.

РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ЯК ОБ’ЄКТА КЕРУВАННЯ

Виробництво якісної карамелі може залежати від багатьох параметрів процесу виробництва, також і від зовнішніх чинників. Нижче наведено схему параметрів технологічного процесу.

Рисунок 1 – Схема параметрів технологічного процесу

Вхідні параметри:

A – температура патоки.

B – температура води.

C – температура інвертного сиропу.

D – час протягом якого обробляється рецептурна суміш у змішувачі 4.

E – температура при якій обробляється рецептурна суміш у змішувачі 4.

F – вологість суміші.

Вихідні параметри:

– вологість готової карамелі.

– температура готової карамелі.

Збурюючі фактори:

dU – скачки напруги.

Дотримання значень вхідних параметрів є необхідною умовою досягнення високої якості готової продукції.

РОЗДІЛ 3. ОБҐРУНТУВАННЯ вибору функціональної схеми автоматизованої системи керування

Температура патоки контролюється контуром контролю температури. Первинний прилад 1-1 формує сигнал, що передається перетворювачем 1-2 на реєструючий прилад 1-3. Він керує магнітними пускачами 1-4 і 1-5, які вмикають відповідно охолоджувач чи нагрівач рідини.

Температура води контролюється контуром контролю температури. Первинний прилад 2-1 формує сигнал, що передається перетворювачем 2-2 на реєструючий прилад 2-3. Він керує магнітними пускачами 2-4 і 2-5, які вмикають відповідно охолоджувач чи нагрівач рідини.

Температура інвертного сиропу контролюється контуром контролю температури. Первинний прилад 3-1 формує сигнал, що передається перетворювачем 3-2 на реєструючий прилад 3-3. Він керує магнітними пускачами 3-4 і 3-5, які вмикають відповідно охолоджувач чи нагрівач рідини.

У змішувачі 4 потрібні компоненти повинні змішуватись протягом певного часу. Витримку забезпечує реле часу 4-1, яке з’єднане з магнітним пускачем 4-2, котрий вмикає чи вимикає двигун змішувача.

Під час змішування повинна підтримуватись температура суміші. Вона вимірюється первинним приладом 5-1, що формує сигнал, який передається перетворювачем 5-2 на реєструючий прилад 5-3. Він керує магнітним пускачем 5-4 який приводить у дію вбудований нагрівач змішувача.

Також під час змішування повинна підтримуватись вологість суміші. Вона вимірюється первинним приладом 6-1, що формує сигнал, який передається перетворювачем 6-2 на реєструючий прилад 6-3. Він керує магнітними пускачами 6-4 і 6-5, які приводять у дію відповідно кран подачі води і насос подачі води.

Тиск сиропу на виході із змійовика варильної колонки 6 контролюється контуром контролю тиску. Він вимірюється первинним приладом 7-1, що формує сигнал, який передається перетворювачем 7-2 на реєструючий прилад 7-3. Він керує магнітним пускачем 7-4 який приводить у дію кран, що створює опір потоку рухомої рецептурної суміші.

Тиск гріючої пари у варильній колонці 6 контролюється контуром контролю тиску. Він вимірюється первинним приладом 8-1, що формує сигнал, який передається перетворювачем 8-2 на реєструючий прилад 8-3. Він керує магнітним пускачем 8-4 який приводить у дію вбудований нагрівач колонки.

Температура сиропу на виході із змійовика контролюється контуром контролю температури. Вона вимірюється первинним приладом 9-1, що формує сигнал, який передається перетворювачем 9-2 на реєструючий прилад 9-3. Він керує магнітним пускачем 8-4 який приводить у дію вбудований нагрівач колонки.

РОЗДІЛ 4. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ

4.1 Датчик вологості і температури повітря KRС3/5-ME

В охолоджуючій шафі потрібно постійно вимірювати температуру і вологість охолоджуючого повітря.

Рисунок 4.3 – датчик вологості і температури повітря KRС3/5-ME

Датчики вологості і температури KRС3/5-ME мають міцний литий алюмінієвий корпус із сталевою або алюмінієвою трубкою і призначені для вимірювання відносної вологості і температури повітря та інших неагресивних газів в температурному діапазоні до 200 °С.

Таблиця 4.3

Технічна характеристика датчика вологості і температури повітря KRС3/5-ME

Напруга живлення	12-30 VDC
Діапазон виміру вологості	0…100% rh
Діапазон виміру температури	-25...+125 °С
Вихідний сигнал	2 x 4...20mA
Температура навколишнього повітря на корпусі	-40 ... +80 °С
Точність виміру	±2%

Виробник: MELA Sensortechnik GmbH, Німеччина.

Вологочутливі елементи MELA працюють за ємнісним принципом. Вологозалежний конденсатор складається з системи шарів, що включає в себе основу - керамічний субстрат, систему електродів, шар золота, який проникний для водяної пари і вологочутливий полімер. Місткість цього конденсатора є міра відносної вологості навколишнього середовища.

Переваги таких вологочутливі елементів:

практично лінійна зміна характеристик.
відмінна динаміка.
гігростабільність.
можливість використання всередині всього спектру вологості.

Області застосування датчиків вологості KRС3/5-ME: кліматичні камери, сушильні камери, процеси сушіння деревини, сушіння дерева, сушіння зерна, теплиці, поліграфічні підприємства, холодильні та морозильні камери, розстоєчні шафи, варильні шафи.

Ціна: 395.07 EUR

4.2 Датчик вологості і температури HMT 330

Для виміру температури і вологості карамелевого сиропу в вакуум-камері 21, вологості рецептурної суміші в начинювальному вакуум – апараті 13, вологості і температури суміші у змішувачі 4 необхідний датчик температури і вологості, здатний працювати при високій ( до 130 °С) температурі.

Рисунок 4.4 – датчик вологості і температури HMT 330

Датчик є оптимальним вибором для промислових вимірювань температури і
вологості з високими вимогами до точності.

Переваги датчика HMT 330:

Вимірювання вологості в повному діапазоні 0...100%
Витримує температури до 180 °C
Витримує тиск до 100 бар
Міцний металевий корпус, ступінь захисту IP 65
Виняткова точність і стабільність

Таблиця 4.4

Технічна характеристика датчика вологості і температури HMT 330

Діапазон виміру вологості	0...100%
Діапазон виміру температури	-70 ... +180°C
Сенсор температури	Pt 100 (DIN EN 60 751)
Вихідний сигнал	2 x 4...20mA
Точність вологості при 20°C	±0,2°C
Точність температури при 20°C	±1% (0 ... 90%);
Стандарти	NIST, EN 61 326-1:1997

Виробник: Vaisala, Фінляндія.

Ціна: 937.75 EUR. Вартість комплекту з 4 датчиків: 3751.0 EUR.

4.3 Датчики тиску

Для вимірювання тиску сиропу на виході із змійовика колонки 6, тиску гріючої пари у варильній колонці 6, По цим параметрам підходить описаний вище датчик VEGABAR 17. Вартість комплекту з 2 датчиків: 1434 EUR.

4.4 Датчики температури

Для вимірювання температури патоки, води, інвертного сиропу, температури сиропу на виході із змійовика колонки 6. Датчики вітчизняного та російського виробництва є дешевшими за їх зарубіжні аналоги, а оскільки особливих вимог до виміру температури немає, то обмежимося продукцією фірми "ЭЛЕМЕР".

Рисунок 4.6 - Датчики температури ТП 2088/1 і ТП 2088Л

Таблиця 4.6

Технічна характеристика датчиків температури ТП 2088/1 і ТП 2088Л

Параметри	ТП 2088/1	ТП 2088Л
Діапазон виміру	-40...+850 ºС	-40...+600 ºС
Умовний тиск Р	6,3 МПа	6,3 МПа
Клас допуску	1, 2	1, 2
Кількість робочих спаїв	1	1
Чутливий елемент	Імпортний термоелектричний дріт (D = 0,7 мм) в керамічних бусах	Імпортний термоелектричний дріт (D = 0,7 мм) в керамічних бусах
Точність	±1 ºС	±1 ºС
Показник теплової інерції	7 с	10 с
Ступінь захисту від пилу і вологи (ГОСТ 14254-96)	IP65	IP65
Середній строк служби	6 років	6 років
Ціна	11.55 EUR	7.46 EUR

Проаналізувавши дані із таблиці можна зробити висновок, що датчики відрізняються лише ціною, верхньою границею температури та показником теплової інерції (незначно). Оскільки максимальна температура, що вимірюється 125…130 °С, а теплова інерційність не є критичним показником для даної технологічної схеми, зупинимося на датчику ТП 2088Л

Вартість комплекту з 2 датчиків складає 15 EUR.

ВИСНОВОК

В даному курсовому проекті було розроблено систему автоматизованого контролювання лінії виробництва карамелі. Виробництво включає в себе стадії підготовки сировини до виробництва, приготування карамелевого сиропу (дозування цукру-піску, патоки, води, інвертного сиропу, змішування компонентів та зварювання рецептурної суміші), приготування начинок (дозування, зварювання компонентів, темперування суміші), приготування карамелевої маси шляхом уварювання карамелевого сиропу, обробку карамелевої маси: охолоджування, темперування, насичення маси бульбашками повітря, формування карамелі (утворення батона, калібрування, штампування карамелі), охолодження карамелі (попереднє на вузькому конвеєрі, остаточне у охолоджуючій шафі), завертування карамелі в обгортку, фасування в пакети і обандеролювання.

Були встановлені усі необхідні датчики як по місцю так і на щиті, а також підібрані необхідні датчики відповідно до параметрів, що регулюються та вимог стандартів харчової промисловості.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Тензометрические измерительные преобразователи веса и силы с активным выходом/Хакимьянов М.И., Ковшов В.Д. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005.- С.: 142-145.
Теория систем автоматического управления/Бесекерский В.А. 2003.
Проектирование систем контроля и управления технологическими процессами. - Тамбов: Изд-во TГТУ, 2005.
http://www.melasensor.ru
http://www.vega.com
http://www.bdsensors.ua
http://www.guarda.ru
http://www.ao-tera.com.ua
http://www.kck.ua
http://www.td-automatika.ru
http://www.elemer.ru

ДОДАТКИ

Таблиця 1

Специфікація засобів автоматизації

№	Номер позиції на ФСА	Технічні параметри	Місце розташування	Назва і коротка характеристика	Кількість
1	1-1 2-1 3-1 9-1	Температура	по місцю	ТП 2088Л Діапазон виміру: -40...+600 Точність: ±1 ºС Середній строк служби: 6 років Умовний тиск Р: 6,3 МПа	4
2	5-1 6-1	Вологість і температура	по місцю	HMT 330 Діапазон виміру вологості: 0...100% Діапазон виміру температури: -70 ... +180°C Вихідний сигнал: 2 x 4...20mA Точність вологості при 20°C: ±0,2°C Точність температури при 20°C: ±1% (0 ... 90%);	2
3	7-1 8-1	Тиск	по місцю	VEGABAR17 Діапазон виміру тиску: -1…+1000 bar Робоча температура: -40…+150 °C Сенсор тиску: П’єзорезистивний Вихідний сигнал: 4…20 mA Напруга живлення: 10...30 VDC Точність виміру: <0,5%	2

Автоматизація виготовлення пива 📙 Курсовая → 🆔 2243