XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В питании детей начиная с раннего возраста, ослабленных, страдающих расстройствами желудочно-кишечного тракта и другими заболеваниями, используют жидкие кисломолочные продукты.

В нашей стране разработаны типовые технологические схемы производства кисломолочных продуктов детского питания. В соответствии с этими схемами условно можно выделить следующие этапы производства кисломолочного продукта «Биолакт»:1) приемка и подготовка сырья; 2) нормализация молока; 3) пастеризация молока; 4) гомогенизация молочной смеси; 5) стерилизация и сквашивание молочной смеси; 6) розлив готового продукта.

Одним из самых важных этапов на производстве любого молочного продукта является стерилизация. Стерилизация — тепловая обработка молока при температуре выше 100^°С, при этом полностью уничтожаются все виды вегетативных микроорганизмов, их спор, инактивируются ферменты.

Эффективность стерилизации определяется соотношением температуры и временем обработки, что в свою очередь определяет качество, консистенцию, а также срок годности кисломолочного продукта. Верхним температурным пределом стерилизации молока в потоке является 150^оС, так как даже кратковременная выдержка при этой температуре может привести к нежелательным изменениям качества продукта. В то же время трудно осуществить технически очень быстрый нагрев до этой температуры и последующее быстрое охлаждение. Нижним температурным пределом является температура 135^оС, так как при температуре менее 135^оС эффективность стерилизации недостаточна при кратковременной выдержке. Увеличение продолжительности выдержки также нежелательно во избежание ухудшения качества продукта. Следовательно, для поддержания температуры в заданных пределах и времени обработки, при производстве детских молочных продуктов должна быть спроектирована система регулирования. Что и подразумевает собой автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая приведена в виде технологической схемы на рисунке 1.

Рисунок 1 – Технологическая схема процесса стерилизации «Биолакта»

АСУ ТП предназначена для обработки информации и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Структура АСУ ТП должна быть функциональной и территориальной распределенной системойуправления. АСУ ТП включает следующие уровни:

сенсорный уровень: первичные преобразователи и исполнительные механизмы;

контроллерный уровень: программируемые логические контроллеры (ПЛК);

диспетчерский уровень: автоматизированное рабочее место (АРМ) с возможностью передачи данных в заводскуюсеть;

среду передачи данных, в т.ч. коммуникационноеоборудование.

Эффективность системы управления во многом зависит от рационального выбора комплекса технических средств, позволяющего своевременно получать и обрабатывать информацию в АСУ ТП и обеспечивать выполнение задач технологического управления. Выбор технических средств производился с учетом совместимости технических средств, модульности, надежности. Выбор первичных и исполнительных механизмов произведен, опираясь на требования к информационным системам. Перечень выбранных приборов приведен ниже:

TA2812 - датчик температуры, диапазон измерения которого от -50 до +200 °С, допустимая погрешность 0,3 %;

PI2206 - Комбинированный датчик давления, диапазон измерения которого от 12,4 до 250 кПа, допустимая погрешность 0,2 %;

PT5404 - Электронный датчик давления, диапазон измерения которого от 0 до 1000кПа, допустимая погрешность 0,2 %;

LMT100 - Электронный датчик уровня, предел измерения 11мм, допустимая погрешность 0,5 %;

Proline Promag 50H - Электромагнитный расходомер, диапазон измерения которого от 0 до 282 м3/ч, допустимая погрешность 0,5 %;

АЖК-3102 - Анализатор жидкости кондуктометрический, диапазон измерения которого от 0 до 1000мкСм/см, допустимая погрешность 2 %.

Также подбирались исполнительные устройства, перечень которых представлена ниже.

SAMSON V2001-E1 - Электрический проходной клапан, с электрическим приводом тип 3374;

SAMSON 3260 - Трехходовой клапан, с электрическим приводом тип 5857;

SAMSON 3321 - Регулирующий клапан, с электрическим приводом тип 5824;

МЭО 93 - Механизм исполнительный электрический однооборотный;

ПБР-2М1 - Пускатель бесконтактный реверсивный.

Оборудование подбиралось с учетом допустимых условий эксплуатации, а также тип сигнала аналоговый (4÷20мА).

В соответствии с техническим заданием на контроллерном уровне АСУ ТП производится подбор ПЛК. Был выбран модульный контроллер Siemens SIMATIC S7-300, так как предполагает свободное наращивание возможностей при модернизации системы, надежен, имеет возможности коммуникаций по сетям Profibus Industrial Ethernet, а также поддержка на уровне операционной системы функций, обеспечивающих работу в реальном времени. К данному ПЛК подобраны модули, которые представлены ниже.

CPU 314 - Центральный процессор контроллера;

SM331 6ES7 331-7HF01-0AB0 - Модуль ввода аналоговых сигналов, (4-20 мА);

SM331 6ES7 322-1BH10-0AA0 -Модуль вывода дискретных сигналов, (4-20мА);

SM323 6ES7 321-1BL00-0AA0 - Модуль ввода дискретных сигналов, (0,5А).

На диспетчерском уровне в качестве программного обеспечения используется Trace Mode. В данной программе была разработана общая экранная форма, на которой отражаются основные события, происходящие на участке. А также экранные формы с отображением архивной информации и аварийных ситуаций. На всех экранных формах кнопки перемещения, позволяющие быстро перейти на любую из них.

Диспетчерский уровень в общем можно представить в виде структуры АСУ ТП. Система управления на каждом участке состоит из одного рабочего места оператора этого участка. Для реализации резервного АРМ необходимо установить второй компьютер, при выходе из строя основного АРМ. Так как связь с контроллером Simatic S7-300 будет осуществляться через промышленную сеть Ethernet, то подключение резервного АРМ произведём через коммутатор. Протокол контроллерного и диспетчерского уровней – Ethernet. В качестве коммутатора Ethernet используется MOXA EDS-510E с 7 портами 10/100 Мбит/с. Опираясь на выше сказанное сформирована двухуровневая структура АСУ ТП, представленная на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структура АСУТП цеха детского питания

Список литературы:

1. Брусиловский Л.П. Системы автоматизированного управления технологическими процессами предприятий молочной промышленности. – М.: Агропромиздат,1986.–232 с.

2. Официальный сайт контрольно-измерительные приборы SIEMENS (https://w5.siemens.com)

Код для цитирования: Скопировать