Дипломная работа "Автоматизация технологического процесса размораживания мясных блоков методом воздушного душирования на ОАО «Парнас-М»"

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мясные продукты являются одним из важнейших элементов рациона питания человека. В них содержатся полноценные легкоусвояемые белки и животные жиры, биологически активные вещества, микроэлементы и витамины. Мясная отрасль, как наиболее перспективная и привлекательная, имеет огромный потенциал и занимает доминирующее место в структуре отечественной пищевой промышленности.

Мясное дело в своем развитии прошло большой путь: от примитивных боен и мастерских по переработке мяса до современных, соответствующих европейскому уровню предприятий.

В настоящее время требования к качеству пищевых продуктов резко возросли. Конкуренция внутреннего рынка и продвижение российской продукции за границу стимулируют процесс интеграции в европейское и мировое сообщества, требуют от производителей изготовления качественной и конкурентоспособной продукции. Рынок диктует жесткие условия к качеству товаров, и только овладев современными технологиями, предприятие может достигнуть необходимого уровня производства. Качество продукции становится приоритетным направлением развития мясной отрасли. Об этом свидетельствуют принятые и разработанные законы и нормативные документы, регламентирующие работу мясной отрасли: «Национальный стандарт», НАССР (Hazard analysis and Critical Control Point), ГОСТ Р 51705.1-2001 «Системы качества. Управление качеством пищевых продуктов на основе принципов ХАССП», ГОСТ Р ИСО 22000-2007 «Системы менеджмента безопасности пищевой продукции. Требования к организациям, участвующим в цепи создания пищевой продукции» - системы обеспечения безопасности продуктов питания на этапе их производства, законодательно действующие в России, постепенно вводятся на отечественных предприятиях. Создается единая общегосударственная система идентификации и регистрации крупного рогатого скота. Все это является пропуском для выхода отечественной продукции на международный рынок.

Отличительная особенность мясной промышленности заключается в том, что объектом переработки является животное сырье. Количество и качество получаемого мяса и мясных продуктов и, соответственно, экономическая эффективность предприятий мясной отрасли существенно зависит от состояния и качества поступающих на переработку животных.

Качество мяса обусловлено различными факторами, среди которых первостепенное значение имеет порода, пол возраст, упитанность, характер откорма животных. В настоящее время, в связи с организацией промышленного откорма животных, в мясной промышленности предметом всестороннего изучения должна стать проблема экссудативного мяса для разработки направлений целесообразного его использования. В связи с возможностью накопления в мясе пестицидов необходимо создание способов обработки мясопродуктов позволяющих снизить остаточное содержание пестицидов.

В формировании качества и товарного вида мяса важная роль принадлежит процессам первичной переработки скота, автолитическим процессам и процессам холодильной обработки. Во время переработки мяса необходимо стремиться к сохранению пищевой ценности сырья с целью получения готовых продуктов, полноценных по содержанию незаменимых веществ - аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов, макро и микроэлементов.

Мясо необходимо человеку как материал для построения тканей организмом, синтеза и обмена веществ, как источник энергии. В зависимости от особенностей организма (возраста, массы), условий труда человек расходует различное количество химической, механической и тепловой энергии. Суточное потребление энергии, выраженное в тепловых единицах, составляет в среднем 12 750 кДж.

Необходимость удовлетворения растущих потребностей населения в мясе высокого качества - с хорошим товарным видом, вкусовыми, кулинарными и технологическими свойствами, а также высокой пищевой ценностью требует глубоких исследований свойств мяса и мясопродуктов, а также операций технологического процесса их производства.

Качество мяса объясняют комплексом показателей: сенсорных, санитарно-гигиенических и технологических, а также пищевой ценностью. Между различными показателями существует тесная связь. Одни и те же свойства мяса могут влиять на различные показатели. Например, способность мяса к водосвязыванию определяет его пригодность для технологической переработки в пищевую ценность; содержание жира является технологическим, сенсорным показателем, характеризующим пищевую ценность продукта.

К показателям товарного качества относятся характеристики, обеспечивающие удобство реализации продукта, а также признаки и свойства, по которым потребитель составляет первичное суждение о его качестве. К ним относятся: внешний вид, цвет, запах, масса образца, упаковка.

Качество и потребительские достоинства мяса и мясопродуктов обусловлены, прежде всего, свойствами исходного сырья, которые должны в максимальной степени приближаться к свойствам, присущим биологическим тканям в животном организме непосредственно перед убоем. Определяющее значение имеют процессы производства, изменяющие свойства и состав исходного сырья, коим непосредственно является размораживание. Основной и актуальной задачей управления размораживания мясного сырья является получение размороженного мяса с минимальными потерями мясного сока (не более 3%).

 

РАЗДЕЛ I

Анализ объекта управления. Выбор способа размораживания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дефицит в общемировом производстве продуктов питания (как в количественном, так и в качественном отношении) обусловлен, прежде всего, ростом населения ряда стран, многие из которых не в состоянии обеспечить себя необходимым рационом питания. Так, например, из потребляемых в развитых странах продуктов 30% составляют крупы, 25% - мясо, а в развивающихся странах соответственно 60 и 9%, т.е. крупы здесь являются главным продуктом питания, который в обычных условиях хранения длительное время не портится. Качество других же продуктов относительно быстро ухудшается - меняется их вкус, запах, консистенция, цвет. Такие продукты называются скоропортящимися. К ним относятся мясо, рыба, птица, молоко, жиры, яйца, плоды, овощи, ягоды и др. Отсюда следует, что для того чтобы в будущем гарантировать обеспечение продуктами питания всего увеличивающегося населения земного шара, одной из важнейших задач является принять меры по уменьшению их порчи.

Сразу стоит отметить то, что на качество размороженного мяса будет влиять не только сам процесс размораживания, каким способом и какой комплекс технических средств мы выбрали, но и операции, производимые до этого: убой скота (пол, возраст, упитанность животных, их среда обитания и питание), правильность проведения процессов холодильной обработки.

Размораживание — процесс, обратный замораживанию. Основная сложность, возникающая при размораживании, состоит том, что разница температур источника тепла и замороженного мяса не может быть очень большой в течение длительного времени, поскольку это вызывает быстрый рост бактерий, обусловливающий порчу.
Размораживание протекает с более низкой скоростью, чем замораживание, поскольку вода хуже проводит тепло, чем лед (λ_вода = 0.56 Вт/м·К при 0°С и λ_лед = 2.23 Вт/м·К при -1°С). Слой льда, образующийся при замораживании на внешней поверхности мяса, позволяет быстро отводить энергию от воды, оставшейся в жидком виде во внутренних слоях, и в результате вода кристаллизуется с высокой скоростью.
При размораживании вода сначала образуется на поверхности во внешних слоях размораживаемого материала. Поскольку теплопроводность воды очень низка, тепло очень медленно проникает через поверхностный слой, содержащий воду, и достигает льда, находящегося во внутренних слоях и в центре. По этой причине размораживание происходит более медленно, чем замораживание. Этим же объясняется, почему на размораживание цельных больших кусков мяса требуется более длительное время: основная часть воды в большинстве областей уже находится в жидком состоянии, но в центре продукт остается замороженным достаточно долго, поскольку окружающая вода действует как барьер на пути проникновения тепла.
Скорость таяния льда зависит главным образом от скорости замораживания. Сравним различные варианты обработки мясного сырья:

1. Медленное замораживание, быстрое размораживание. Крупные кристаллы льда, образующиеся в межклеточном пространстве при медленном замораживании, при быстром таянии превращаются в крупные молекулы воды. При высокой температуре размораживания промежуток времени, в течение которого возможно проникновение воды из межклеточного во внутриклеточное пространство, очень мал, поэтому клетки абсорбируют лишь небольшое количество воды. Абсорбция всей воды, образующейся при таянии больших кристаллов льда в межклеточном пространстве, за это время практически невозможна, что приводит к большим потерям при размораживании.

В зависимости от температуры потери обычно составляют от 8 до 15%.
Общее правило при размораживании медленно замороженного мяса состоит в том, что повышение температуры дефростации приводит к увеличению потерь.

2. Медленное замораживание, медленное размораживание. При медленном размораживании медленно замороженного мяса у вещества клетки есть значительно больше времени для абсорбции крупных капель воды, образующихся при таянии больших кристаллов льда в межклеточном пространстве. Величина потерь в этом случае значительно сокращается по сравнению с быстрым размораживанием. Основным недостатком медленного размораживания является длительность процесса и необходимость в больших объемах помещений для регулярно проводимой полной дефростации больших объемов мяса.

3. Быстрое замораживание, быстрое размораживание.
Поскольку при быстром замораживании образуется множество мелких кристаллов льда, быстрое размораживание приводит к образованию большого количества маленьких капель воды. При быстром замораживании клетки повреждаются незначительно, и небольшие капли воды, образовавшиеся при быстром размораживании, могут легко абсорбироваться неповрежденными клетками изнутри и межклеточного пространства. Замороженные готовые к употреблению продукты являются примером объектов, которые подвергают быстрому замораживанию и размораживанию.

4. Быстрое замораживание, медленное размораживание. Медленное размораживание быстрозамороженных мясных продуктов приводит к образованию крупных кристаллов льда из множества мелких незадолго до того момента, когда лед превращается снова в воду. В результате эти крупные кристаллы наносят серьезные повреждения мышечным клеткам. Кроме того, большие капли воды, образующиеся во внутри- и межклеточном пространстве, не могут нормально абсорбироваться. Результатом будут большие потери при размораживании.

С учетом выше изложенного, можно сделать вывод: медленно замороженные продукты и сырье следует размораживать медленно,тогда как быстрозамороженные - с высокой скоростью.

Современные технические способы позволяют осуществить скоростное замораживание и размораживание, исключающие рост кристаллов и перекристаллизацию. Если при этом обеспечить еще и низкотемпературное хранение и транспортирование, можно достичь такого сохранения свойств охлажденного мясного сырья, подвергнутого холодильной обработке, которое, по экспертным оценкам, практически неотличимо от исходного охлажденного.

В настоящее время предприятиями мясоперерабатывающей промышленности используются различные способы размораживания мяса, в случае применения которых воздух, паровоздушная среда, вода и рассол являются теплоносителями. Кроме того размораживание может быть осуществлено посредством использования ультразвуковых волн, инфракрасного излучения, электрического тока высокой, сверхвысокой и промышленной частоты, а также в условиях вакуума. Размораживание возможно в самых различных средах при использовании самых различных тепловых источников:

1. Размораживание мяса в воде. Следует использовать только проточную воду, поскольку стоячая и не обновляемая вода - прекрасная среда для размножения всех видов бактерий. При таком способе размораживания увеличивается влажность внешних слоев мяса, что также способствует росту бактерий. Кроме того, из поверхностного слоя вымываются водорастворимые белки.При размораживании мяса в проточной водепотеря массы составляет 8-12%. Этот способ размораживания требует больших объемов воды, и предприятиям приходится платить дважды: за воду, поступающую на завод, а затем за слив воды в канализацию. В связи с этим размораживание мяса в проточной воде является очень затратным, не говоря уже о таких недостатках, как риск обсеменения микроорганизмами и вымывание водорастворимых белков.

2. Размораживание в водном растворе. Содержит около 1% соли и 0,2% фосфата. Этот способ не относится к категории «размораживание в воде», поскольку процесс протекает в растворе с определенными добавками и не требует применения проточной воды, что выгодно с экономической точки зрения. В этом процессе температура воды, или лучше сказать «раствора для размораживания», поддерживается на уровне 4-6 °С, и при таких условиях мясо размораживается достаточно быстро. В дефростационный танк зачастую подают воздух, и воздушные пузырьки создают легкий тумблирующий эффект, который также способствует уменьшению потерь при размораживании. Благодаря присутствию соли и фосфатов эти потери значительно сокращаются по сравнению с размораживанием в проточной воде - нормой потерь для данного метода являются 2-4%. Другое преимущество состоит в том, что мясо сразу после размораживания имеет температуру около 4 °С, которая идеальна для дальнейшей обработки.

3. Размораживание под вакуумом. Размораживание таким способом удобно, поскольку при пониженном давлении температура насыщения воздуха парами воды составляет около 18 °С, и передача теплоты дефростируемому материалу происходит очень эффективно. Этот метод размораживания, как правило, приводит к увеличению массы на 1-2%, что не типично для данного этапа обработки. Для размораживания под вакуумом применяют специальныевакуум-дефростационные тумблеры, в которые через равные промежутки времени инжектируется пар.

4. СВЧ-размораживание. Использование микроволновой обработки для размораживания (или, более точно, для темперирования) позволяет добиться очень быстрого повышения температуры мяса: от -20 до -3 °С в течение 3-4 минут практически без потери массы. Микроволновое облучение вызывает колебания диполей воды в содержащем влагу материале (в частности, мясе), за счет чего происходит быстрое повышение температуры.В настоящее время основной проблемой, связанной с применением микроволнового размораживания мяса, является этап повышения температуры от -3 до 0 °С, т. е. до температуры, при которой нужно шприцевать мясо, поскольку этот этап занимает много времени. Это объясняется изменением агрегатного состояния воды, которая находится внутри клетки в виде льда и должна перейти снова в жидкое состояние. В течение довольно длительного времени капельки воды, образовавшиеся на поверхности мяса, действуют как увеличительные стекла при продолжающемся воздействии микроволнового потока, таким образом, поверхностный слой мяса «варится», что нежелательно. Поскольку мясо не может быть полностью разморожено с использованием микроволн, обычно для микроволновой обработки более применим термин «темперирование» мяса, поскольку термин «размораживание» подразумевает, что лед полностью превращается в воду.

5. Размораживание с помощью воздуха или паровоздушной смесью. В камеру размораживания подается пар, затем камера быстро охлаждается; воздух направляется с высокой скоростью. Этот цикл подачи пара и быстрого охлаждения многократно повторяется, его параметры устанавливаются в соответствии с размером мясного блока; программу определяют на основании толщины куска или блока мяса.Потери при размораживании при использовании этого метода составляют около 2-5% (по сравнению с 8-15% при дефростации проточной водой), и мясо после завершения необходимого количества циклов получается полностью в размороженном состоянии, внутри него не остается замороженных участков. Размороженное сырье имеет температуру между 0 и 4 °С, что вполне подходит для дальнейшей обработки, например, для шприцевания.

Очевидно, что для оттаивания замороженного мясного сырья его надо подвергнуть воздействию тепловой энергии с определенным по времени профилем интенсивности. А каким способом сообщается это количество теплоты - дело десятое.

В итоге остановимся на быстром размораживании паровоздушной смесью, так как этот способ размораживания видится наиболее экономически выгодным.

 

РАЗДЕЛ II

Технико-экономическое обоснование проекта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Необходимость стабильного обеспечения населения мясной продукцией особенно остро ставит вопрос о разработке и внедрении в практику научно обоснованных технологий размораживания мяса с использованием новых и совершенствованием существующих методов с целью минимизации потерь мясного сока.

Интенсификация производственных процессов и рационального использования сырья для мясной промышленности, в которой материальные затраты составляют более 90 % всей стоимости продукции, являются наиболее актуальными проблемами.

В связи с расположением в крупных промышленных центрах мясоперерабатывающих предприятий роль процессов размораживания постоянно возрастает, т.к. они работают в основном на замороженном сырье.

При прохождении преддипломной практики на мясоперерабатывающем заводе (далее МПЗ) ОАО «Парнас-М» был произведен анализ поставки мороженого мясного сырья, который показал, что основное количество блочного мяса замораживается на разнообразных скороморозильных установках, использующихся на большинстве отечественных и зарубежных предприятиях – поставщиках блочного мяса (так как своего забойного и разделочного цеха завод не имеет). «Парнас-М» получает качественное мороженое блочное мясо температурой -18°С и средней массой 25 кг, также стоит учесть и его транспортирование – ведь это очень серьезный вопрос. Технические характеристики существующего современного рефрижераторного транспорта позволяют сохранить качество мяса, но выдерживание температурных режимов и особенно недопущение повышения температуры блоков выше минус 8 – минус 5 ºС лежат исключительно на совести транспортных компаний. Полное пренебрежение к введению сопроводительного термохронометража приводит к получению на приемке в МПЗ мясных блоков непредсказуемого качества. Значительным подспорьем в оценке порядочности транспортных и логистических компаний в плане сохранения качества сырья, становится экспресс-анализ качества мяса в специальных ветеринарных лабораториях «Парнас-М». К сожалению, доступ в лабораторию был недоступен по понятным причинам, поэтому стоит лишь предложить оборудовать лабораторию вет-контроля небольшой и недорогой СВЧ-установкой для размораживания одного блока мяса, с помощью которой, разморозив блок мяса за 5–8 мин, можно было бы по количеству вытекающего из блока мясного сока определить, насколько полно выдерживались температурные режимы хранения и транспортирования блоков, а заодно и провести ветеринарный контроль поступившего сырья.

Следует отметить, что промежуточное место между традиционным размораживанием для фаршевых мясопродуктов (колбас) занимает размораживание с использованием блокорезок,активно использующимся на ОАО «Парнас-М». В этом методе блочное мясо, темперированное от температур хранения до среднеобъемных температур минус 8 ºС, подвергается скоростному измельчению (нарезанию мясной стружки). За счет механического воздействия ножей мясо разогревается (размораживается) до температур минус 3 – минус 1 ºС, т.е. почти мгновенно преодолевается самый опасный температурный интервал: минус 5 – минус 1 ºС, в котором интенсивность биохимических реакций максимальна. Замедление процесса размораживания в этой зоне приводит к увеличению потерь мясного сока.

Безусловно, этот метод хорош с точки зрения сохранения качества мясного сырья, но он имеет два основных недостатка:

- метод может использоваться только для фаршевых изделий;

- могут возникнуть организационные затруднения (человеческий фактор), связанные с необходимостью выделять камеры, в которых будут термостатироваться блоки мяса от температуры хранения минус 18 до минус 8 ºС, а также с необходимостью загружать в эти камеры блоки, а затем выгружать блоки и перевозить их к блокорезке.

По логике основной массы производственников, проще поставить блоки в цеху и подождать, когда их можно будет измельчать. Такой способ используется на ОАО «Парнас-М». В результате на поверхности блока температура почти сразу становится близкой к цеховой (18÷20 ºС), поверхностные слои отепляются, что сопровождается бактериальной обсемененностью и вытеканием мясного сока, т.е. снижением качества поверхностных слоев, в то время как в центре блока температура поднимается всего до минус 12 – минус 10 ºС. Такие блоки режутся неравномерно: верхние слои не рубятся, а давятся; повышенные нагрузки на вал блокорезки приводят к более частым ремонтам и т.д.

В такой ситуации лучше всего сочетание блокорезок с камерой размораживания при помощи паровоздушной смеси для темперирования блоков мяса от температур минус 18 до минус 5 ºС. Это одновременно улучшит условия работы блокорезки и качество получаемых фаршей (стружки). Сразу же после размораживания можно будет вывозить размороженные блоки в цеха для переработки. Таким образом можно максимально сократить время контакта поверхностей блока с теплым воздухом помещений МПЗ.

На МПЗ ОАО «Парнас-М» есть бездейственная камера размораживания, которая не использовалась несколько лет. Расстояние до помещения с блокорезками составляет чуть более 10 м. Автоматизируя камеру размораживания, получим:

- минимальную усушку 3-5%, а при современном уровнеавтоматизации эту цифру можно снизить до 1-3%;

- лучшее качество мяса, что сказывается на конкурентоспособности на рынке;

- простое и недорогое оборудование, а следовательно, быстрый период окупаемости;

- использование для любых пищевых продуктов без ограничений;

- гибкость технологических настроек и способов отепления.

Как говорилось ранее, можно разными способами подавать тепловую энергию для размораживания замороженного мяса. Существуют таблицы теплосодержания (энтальпий) различных продуктов при различных температурах кДж/кг. Например, энтальпия мясных продуктов:

Таблица 2.1

 

Итак, о чем говорят эти цифры? Они косвенно рассказывают о том, сколько тепла надо сообщить для разморозки мяса. Вот и подумаем, когда и сколько надо подать тепла на примере МПЗ ОАО «Парнас-М». Допустим, что надо разморозить 3000 кг блоков свинины за 6 часов с -18 до 0. Конечно, на предприятиях по экономическим соображениям могут ставиться задачи за максимально короткий срок разморозить ту или иную партию, либо с целью выполнения нормы производительности в сутки, либо по «строгому велению» заказчика. На «Парнас-М» - это 30-35 тонн в сутки (т/сут). Также стоит заметить, что этот короткий срок (разморозки) может быть и 2, и 3 часа, но тогда - очевидно, какого качество получится продукт. Продолжим расчет:

Разница энтальпий конечного и начального периода:

Умножаем разницу энтальпий конечного и начального периода на массу сырья:

С учетом коэффициента (5%), получим около 650000 кДж. Конечно, при конкретных расчетах принимается во внимание средневзвешенная температура и несколько дополнительных параметров. Итак, это столько тепла надо сообщить мясу. Переводим это значение в кВт:

Вот эту цифру надо сообщить 3000 кг свинины для ее размораживания. За 6 часов - получается средняя цифра 30 кВт/ч. Заглянув в таблицу 2.1, можно заметить, что при разных температурах энтальпии зависят нелинейно, особенно при фазовом переходе. На основании таких расчетов и составляются программы размораживания. Каждый градус важен и вносит лепту. Строятся графики, учитываются параметры среды, чтобы не допустить повышения температуры, не подсушить и прочее. Конечно, это все задача главного технолога предприятия, а также передавать всю нужную информацию непосредственно инженеру по автоматизации. Поэтому конкретные расчеты технологии размораживания мяса в данной дипломной работе проводиться не будут. Для дальнейшего проектирования системы автоматизации будем отталкиваться от алгоритма расчета, приведенного выше, а также ссылаться на данные, полученные в ходе прохождения преддипломной практики на МПЗ «Парнас-М».

 

 

Раздел III

Структурно-параметрический анализ поддержания требуемых параметров в процессе размораживания

 

 

 

Входные параметры:

X₁– средняя масса мясных блоков на входе, кг;

X₂– средняя температура мясных блоков на входе, ᴼ С;

Управляющие воздействия:

Y₁– Скорость потока воздуха в камеру размораживания, м/с;

Y₂– влажность в камере размораживания, %;

Y₃– время размораживания, ч;

Y₄– температура воздуха в камере размораживания, ᴼ С;

Показатели качества (выходные параметры):

Z₁– температура поверхности мяса, ᴼ С;

Z₂– потеря массы мясных блоков по окончанию размораживания, %;

Z₃– температура внутри мясного блока, ᴼ С.

 

 

Раздел IV

Разработка алгоритма

и информационного обеспечения проекта

Блок 1 Чтение из памяти времени последнего запуска системы t_пз.

Блок 2 Сравнение времени последнего запуска системы с настоящим временем, если оно превышает 12 часов, то переходим к Блоку 3, иначе к Блоку 41.

Блок 3 Вывод на панель управления сообщения: «Инициализация не требуется».

Блок 4 На панели управления задаются значения параметров и их границы процесса размораживания, соответствующие определенному режиму работы: по времени или по температуре в блоке в зависимости от задания и потребностей предприятия.

Блок 5 Ожидание сигнала от концевого выключателя двери GS

7-1, если дверь закрыта, то переход кБлоку 7 иначе к Блоку 6.

Блок 6 На щите управления загорается сигнальная лампа HL5, на панель управления выводится сообщение: «Человек в камере!». Возврат к Блоку 5.

Блок 7 Опрос ПЛК. Запись в память текущего времени и старт таймера.

Блок 8 Запуск электродвигателя осевого вентилятора. Подача сигнала на частотный преобразователь осевого вентилятора мощностью 50 %.

Блок 9 Запуск электродвигателя подающего вентилятора. Подача сигнала на частотный преобразователь подающего вентилятора мощностью 50 %.

Блок 10 Опрос датчика температуры в камере размораживания.

Блок 11 Если температура в камере размораживания меньше

16 °С, то переход к Блоку 12 иначе Блоку 13.

Блок 12 Подача сигнала на открытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 13 Если температура в камере размораживания меньше либо равна 20 °С, то переход к Блоку 17 иначе Блоку 16.

Блок 14 На щите управления загорается сигнальная лампа HL1, на панель управления выводится сообщение: «Подача пара в камеру!».

Блок 15 Выдерживается пауза 30 секунд (время может быть изменено в настройках системы). Возврат к Блоку 10.

Блок 16 Подача сигнала на закрытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 17 Подача сигнала на закрытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 18 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL1, сигнализирующая о прекращении подачи пара в камеру. Возврат к Блоку 10.

Блок 19 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL1, сигнализирующая о прекращении подачи пара в камеру.

Блок 20 Опрос датчика влажности воздуха в камере размораживания.

Блок 21 Если влажность воздуха в камере размораживания меньше 90 %, то переход к Блоку 22 иначе Блоку 23.

Блок 22 Подача сигнала на открытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 23 Если влажность воздуха в камере размораживания меньше либо равна 95 %, то переход к Блоку 27 иначе Блоку 26.

Блок 24 На щите управления загорается сигнальная лампа HL2, на панель управления выводится сообщение: «Подача острого пара!».

Блок 25 Выдерживается пауза 30 секунд (время может быть изменено в настройках системы). Возврат к Блоку 20.

Блок 26 Подача сигнала на закрытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 27 Подача сигнала на закрытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 28 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL2, сигнализирующая о прекращении подачи острого пара в камеру. Возврат к Блоку 20.

Блок 29 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL2, сигнализирующая о прекращении подачи острого пара в камеру.

Блок 30 Опрос датчика температуры внутренней части мясного блока.

Блок 31 Опрос датчика температуры наружной поверхности мясного блока.

Блок 32 Если температура внутри и на поверхности мясного блока меньше 0 °С, то переход к Блоку 35 иначе Блоку 33.

Блок 33 Останов таймера фиксирования времени размораживания. Запись в память ПЛК.

Блок 34 Подача сигнала на закрытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 35 Сравнение температур поверхности и внутренней части мясного блока. Если их разница больше либо равна 5°С, то переход к Блоку 37 иначе возврат к Блоку 30.

Блок 36 Подача сигнала на закрытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 37 Подача сигнала на частотный преобразователь подающего и осевого вентиляторов мощностью 20 %.

Блок 38 Подача сигнала на останов осевого вентилятора.

Блок 39 Подача сигнала на останов подающего вентилятора.

Блок 40 Включение звуковой сигнализации, свидетельствующей об окончании процесса размораживания.

Процедура инициализации системы

Блок 41 Подача сигнала на проверку всех сигнальных, щитовых лапм HL.

Блок 42 Если все лампы загорелись, то переход к Блоку 44 иначе к Блоку 43.

Блок 43 На панель управления выводится сообщение: «Авария! Лампа неисправна!». Переход к Блоку 79.

Блок 44 Ожидание сигнала от концевого выключателя двери GS

7-1. Выдерживается пауза 7 секунд (время может быть изменено в настройках системы).

Блок 45 Если дверь закрыта, то переход к Блоку 47 иначе к Блоку 46.

Блок 46 На щите управления загорается сигнальная лампа HL5, на панель управления выводится сообщение: «Человек в камере!». Возврат к Блоку 45.

Блок 47 Запуск электродвигателя осевого вентилятора. Подача сигнала на частотный преобразователь осевого вентилятора мощностью 50 %.

Блок 48 Запуск электродвигателя подающего вентилятора. Подача сигнала на частотный преобразователь подающего вентилятора мощностью 50 %.

Блок 49 Выдерживается пауза 7 секунд (время может быть изменено в настройках системы).

Блок 50 Опрос датчика FS 5-1 реле потока воздуха для проверки работоспособности осевого вентилятора.

Блок 51 Опрос датчика FS 6-1 реле потока воздуха для проверки работоспособности подающего вентилятора.

Блок 52 Если скорость потока больше 1 м/с (минимальная скорость срабатывания датчика), то переход к Блоку 54иначе к Блоку 53.

Блок 53 На щите управления загораются соответствующие сигнальные лампы HL3, HL4. На панель управления выводится сообщение: «Авария! Отказ вентиляторов». Переход к Блоку 79.

Блок 54 Опрос датчика температуры в камере размораживания.

Блок 55 Если температура в камере размораживания меньше 16 °С, то переход к Блоку 56 иначе к Блоку 61.

Блок 56 Подача сигнала на открытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 57 На щите управления загорается сигнальная лампа HL1. На панель управления выводится сообщение: «Подача пара в камеру».

Блок 58 Выдерживается пауза 60 секунд (время может быть изменено в настройках системы).

Блок 59 Если температура в камере размораживания стала больше начальной (последней по показаниям датчика), то возврат к Блоку 55 иначе к Блоку 60.

Блок 60 На панель управления выводится сообщение: «Авария! Горячий калорифер неисправен».

Блок 61 Если температура в камере размораживания меньше либо равна 20 °С, то переход к Блоку 63 иначе Блоку 62.

Блок 62 Подача сигнала на закрытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 63 Подача сигнала на закрытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 64 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL1, сигнализирующая о прекращении подачи пара в камеру. Возврат к Блоку 10.

Блок 65 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL1, сигнализирующая о прекращении подачи пара в камеру. Возврат к Блоку 10.

Блок 66 Опрос датчика влажности воздуха в камере размораживания.

Блок 67 Если влажность воздуха в камере размораживания меньше 90 %, то переход к Блоку 68 иначе Блоку 69.

Блок 68 Подача сигнала на открытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 69 Если влажность воздуха в камере размораживания меньше либо равна 95 %, то переход к Блоку 73 иначе Блоку 72.

Блок 70 На щите управления загорается сигнальная лампа HL2, на панель управления выводится сообщение: «Подача острого пара!».

Блок 71 Выдерживается пауза 60 секунд (время может быть изменено в настройках системы).

Блок 72 Подача сигнала на закрытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 73 Подача сигнала на закрытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 74 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL2, сигнализирующая о прекращении подачи острого пара в камеру. Возврат к Блоку 67.

Блок 75 Если влажность в камере размораживания стала больше начальной (последней по показаниям датчика), то возврат к Блоку 67 иначе к Блоку 60.

Блок 76 На щите управления гаснет сигнальная лампа HL2, сигнализирующая о прекращении подачи острого пара в камеру.

Блок 77 На панель управления выводится сообщение: «Авария! Проблемы в котельной». Переход к Блоку 79.

Блок 78 На панель управления выводится сообщение: «Инициализация прошла успешна». Возврат к Блоку 4.

Блок 79 Подача сигнала на закрытие клапана 2-3 подачи пара в камеру размораживания.

Блок 80 Подача сигнала на закрытие клапана 3-3 подачи острого пара в камеру размораживания.

Блок 81 Останов электродвигателя осевого вентилятора. Подача сигнала на частотный преобразователь осевого вентилятора мощностью 0 %.

Блок 82 Останов электродвигателя подающего вентилятора. Подача сигнала на частотный преобразователь подающего вентилятора мощностью 0 %.

Блок 83 Включение аварийной сигнализации.

 

 

Раздел V

Разработка схемы автоматизации

Модернизированная система размораживания мясных блоков методом воздушного душирования на ОАО «Парнас-М» послужит для точного поддержания всех технологических параметров в заданных пределах. Модернизация этой системы направлена на более точечное и гибкое размораживание каждой партии сырья с целью получения мяса более высокого качества и минимальными потерями мясного сока.

Система автоматизации постоянно отслеживает темпера­туру и влажность внутри камеры, корректируя процесс и предотвращая перегрев и усушку продукта. За счет заполнения паром всего внутреннего пространства, а также пе­риодической активности вентиляторов, достигается равномерность нагрева сырья. Постоянный мониторинг температуры как на повер­хности, так и в центре продукта позволяет избежать большого температурного разброса за счет своевременного отключения автоматики и переход к естественному теплообмену, и обратно. Все это позволяет на выходе добиться требуемой, заданной до начала процесса, конечной температуры размораживания. В зави­симости от нужд производства может быть задана как плюсовая, так и мину­совая температура.

Система автоматизации обеспечивает рациональное использование энергоресурсов за счет контроля и регистрации расхода пара (пар поступает из городской котельной), а также дозированного впрыскивания в камеру размораживания с максимальной тепло­отдачей.

Инициализация системы

Инициализация системы происходит после длительного простоя системы (двенадцать часов и более). Во время этой процедуры система автоматизации проверит состояние всех агрегатов, проверит их работоспособность, а также проанализирует входные параметры. В первую очередь происходит проверка всех щитовых ламп HL1-HL7. Если какая-то из ламп не горит, необходимо до начала процесса заменить неработающую лампу. Затем проверяется дискретный сигнал от датчика положения двери (GS-7-1); срабатывание датчика происходит при открытии двери в результате чего загорается лампа HL5. Далее производится запуск электродвигателей вентиляторов (NS-11-1) и (NS-12-1). Запуск возможен как в автоматическом, так и в ручном режиме с щита управления, с помощью кнопок SB6 и SB8.Также отдельным пультом возле двери вынесены кнопки останова электродвигателей вентиляторов SB5 и SB7. Работа вентиляторов проверяется реле-потока воздуха (FS 5-1), (FS 6-1). Если поток не наблюдается, загораются лампы HL3 и HL4 соответственно. Головное устройство останавливает процесс инициализации, дает сигнал на выключение вентиляторов (предварительно определив неисправный), и переводит систему в аварийный режим, о котором свидетельствует мигающая лампа HL7. Также предусмотрены кнопки аварийного останова по месту на пульте управления (возле двери) и на щите SB10.

Затем получаем сигналы от датчика температуры (TЕ-2-1) и влажности воздуха (МЕ-3-1). Открываются регулирующие клапаны 2-3 и 3-3 исполнительных механизмов подачи пара. Индикация открытых клапанов осуществляется лампами HL1 и HL2 соответственно. Выжидается пауза 60 секунд, после чего происходит повторное снятие показаний с датчиков. В случае увеличения температуры и влажности воздуха процедура инициализации завершается, иначе система переходит в аварийный режим с сообщением вида неисправности «Калорифер неисправен/Проблемы в котельной».

Данные диагностики могут быть проигнорированы, и система может быть переведена в ручной режим принудительно оператором при помощи ключа (HS/SA1).

 

Рабочий режим

Система управления размораживанием мясным блоков методом воздушного душирования предусматривает использование локального контроллера ПЛК ОВЕН154 в качестве Masterи модулей аналогового и дискретного входов-выходов ОВЕН МВ110-8А, МУ110-16Р в качестве Slave. Взаимосвязь аппаратуры осуществляется с помощью интерфейса RS-485 и RS-232. По RS-232 подключается ИП-320, выведенная на переднюю часть щита управления и обеспечивающая показания параметров процесса.

В рабочем режиме постоянно анализируются по указанию датчиков: (TE-2-1) - температура в камере размораживания; (МЕ-3-1) - влажность в камере размораживания; (ТЕ-4-1) – температура внутри мясного блока; (ТЕ-4-3) - температура на поверхности мясного блока. Также снимаются и регистрируются показания расходомеров (FE-1-1) и (FE-1-2). Производится соотношение расходов и дозирование в соответствии с показаниями датчиков температуры и влажности, а также режима работы нашей системы, заданного вначале размораживания. Затем управляющий сигнал через нормирующий преобразователь-усилитель (FC-1-8) с контроллера поступает на электропневмопреобразователь (FY-1-7) и регулирующие органы 2-3 и 3-3 исполнительных механизмов подачи пара. Причем на щите управления установлен ключ (HS/SA1), позволяющий переходить с автоматического регулирования на ручное управление исполнительными механизмами. Для ручного управления подачей пара имеются кнопки SB1/SB2(меньше/больше) и острого пара SB3/SB4 (меньше/больше). Сигналы с реле потока воздуха (FS 5-1), (FS 6-1) поступают только во время работы вентиляторов.

Все действия системы, а также оператора, в том числе и принудительные запуск системы и игнорирования ошибок записывается в системный журнал, защищенный от редактирования и удаления, во внутренний памяти головного устройства и дублируется на внешнем устройстве хранения данных.