DE2725781C2 - Verfahren zur Verarbeitung von Lebensmitteln, insbesondere von Fleisch- und Wurstwaren und Einrichtung zur Steuerung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von' Lebensmitteln, insbesondere zum Kochen und/oder Räuchern von Fleisch- und Wurstwaren in Großanlagen mit automatischer Steuerung, bei welchen zur Überwachung aufeinanderfolgender Verarbeitungsvorgänge die Ist-Werte der Kerntemperatur des verarbeiteten Produktes sowie der trockenen und der feuchten Temperatur im Verarbeitungsraum jeweils durch Temperaturfühler erfaßt und nach einer Umsetzung in Digitalwerte mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen und bei Abweichungen geändert werden, bis der jeweilige Soll-Wert erreicht ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Bei der industriellen Verarbeitung von Fleisch- und Wurstwaren in Großanlagen ist es erforderlich, die für verschiedene Arbeitsgänge, wie Reifen, Schwitzen,

ίο Trocknen, trocken oder feucht Räuchern, Brühen, Kochen, Duschen, Kühlen usw. die durch eine Arbeitsoder Kochanleitung vorgeschriebenen unterschiedlichen Temperaturen und Zeiten genau einzuhalten, um die Anlage zu schonen und bei geringem Wertungsaufwand eine hohe Lebensdauer der Verarbeitungskammern und eine einwandfreie Qualität der hergestellten Produkte zu erreichen.

Zu diesem Zweck wird bereits seit längerem versucht, den Arbeitsablauf bei der Herstellung oder Bearbeitung von Fleisch- und Wurstwaren möglichst weitgehend zu automatisieren.

Es sind bereits Anlagen im Gebrauch, die außer einer Koch- oder Räucherkammer als Verarbeitungsraum mit den für die Verarbeitung benötigten Maschinen und Aggregaten sowie einem Kraftstrom-Steuerteil auch einen sogenannten Prozessorteil besitzen.

Dieser Prozessorteil besteht bei neueren Anlagen im wesentlichen aus einem Mikroprozessor, d. h. also aus einem Kleinstrechner zur Funktionssteuerung einzelner Arbeitsvorgänge mit Hilfe eines in Speicherbausteinen fest gespeicherten Programms. Die Rechenfähigkeit des Mikroprozessors führt zu einer im Vergleich zu konventionellen Steuereinheiten erheblichen Verbesserung und ermöglicht demgegenüber beispielsweise eine vereinfachte Verarbeitung von Eichkurven der jeweils vorgesehenen Meßfühler und eine auch in kritischen Bereichen gut angepaßte Steuerung und führt damit auch bei aufwendigen und komplizierten Anlagen und/oder Verfahrensabläufen zu einer erheblich verein-

■to fachten Bedienung und Überwachung.

Die Vorteile einer derartigen Steuerung des Arbeitsprozesses sind jedoch erheblich eingeschränkt, da die bisher bekannten Anlagen nur halbautomatisch arbeiten.

Der Arbeitsprozeß läuft dabei so ab, daß die bei den einzelnen Arbeitsgängen einzuhaltenden unterschiedlichen Zeiten und Temperaturen jeweils zu Beginn des betreffenden Verfahrensschrittes dadurch eingestellt werden, daß die Daten der vorgeschriebenen Parameterwerte mit Hilfe einer Tastatur eingegeben und fest gespeichert werden. Bei Beendigung eines der jeweils gesonderen einzustellenden Arbeitsschritte wird beispielsweise durch ein akustisches Signal angezeigt, daß die Werte für den nachfolgenden Arbeitsschritt eingegeben werden müssen.

Die Vermeidung von Fehlbedienungen beim Eintasten der Eingabewerte erfordert also trotz des Einsatzes eines für die Steuerung an sich sehr vorteilhaften Mikroprozessors eine erhöhte Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals, die auch bei einer zusätzlich vorgesehenen Speicherung von Prüf- und Korrekturdaten unentbehrlich ist und zu einer starken Belastung des Personals führt.
Weitere Nachteile und Fehlerquellen ergeben sich

b5 dadurch, daß bei keiner der bisher gebräuchlichen Anlagen eine unmittelbare Erfassung und Anzeige der Feuchtigkeit in der Arbeitskammer vorgesehen ist, obwohl die genaue Einhaltung bestimmter Feuchtewer-

te gerade bei der Herstellung und Verarbeitung von Fleisch- und Wurstwaren eine vorrangige Bedeutung hat und deshalb bei jedem Arbeitsgang besonders sorgfältig überwacht werden muß.

Die notwendige Überwachung der Feuchtigkeit in der Verarbeitungskammer wird bisher in der Weise vorgenommen, daß vom verantwortlichen Bedienungspersonal die von einem feuchten und einem trockenen elektrischen Temperaturfühler erfaßten Werte beispielsweise mit Hilfe einer Abfragetaste in einem Anzeigefeld nacheinander einzeln festgehalten und abgelesen werden. Aus den abgelesenen Werten wird dann die sogenannte psychrometrische Differenz der beiden Temperaturen gebildet und hierfür die relative Feuchtigkeit bei der jeweiligen Raumtemperatur aus der in einer Psychrometertafel aufgezeichneten psychrometrischen Tabelle abgelesen. Eine zur Erzielung einwandfreier Arbeitsergebnisse gerade auf dem Sektor der Lebensmittelhersteliung praktisch unumgängliche ständige Überwachung der relativen Feuchte in der Verarbeitungskammer ist also verhältnismäßig umständlich und schwierig und erfordert zur Vermeidung von Ablesefehlern ebenfalls die volle Aufmerksamkeit der Bedienungsperson.

Trotz dieser augenscheinlichen Nachteile ist bisher weder eine völlig selbsttätige Steuerung des gesamten Verfahrensablaufes noch eine selbsttätige Ermittlung des sehr wichtigen Feuchtewertes bekannt geworden.

Zwar ist es in der chemischen Technik bekannt, mit Hilfe der Messung einer feuchten und einer trockenen Temperatur eine Feuchteregelung vorzunehmen, um eine bei chemischen Prozessen häufig notwendige Konstanthaltung der Feuchte zu erzielen.

Trctz der oben erläuterten Nachteile bekannter Verfahren für die Lebensmittelverarbeitung ist aber eine völlig selbsttätige Steuerung des gesamten Verfahrensablaufes einschließlich einer selbsttätigen Nachführung des bei der Verarbeitung von Lebensmitteln besonders wichtigen Feuchtewertes bisher nicht bekanntgeworden. Dies liegt insbesondere auch daran, daß die jeweiligen Verhältnisse im Arbeitsraum nicht nur von der Art der verarbeiteten Lebensmittel, sondern auch von der jeweils verarbeiteten Menge abhängt. Da die mengenabhängigen Einflüsse nur schwer im voraus abzuschätzen sind, sah man bisher keine Möglichkeit für eine von solchen Einflüssen unabhängige Regelung.

Ein wesentlicher Grund dafür, daß eine weitergehende Automatisierung bei der Steuerung und Überwachung des Arbeitsprozesses bisher nicht verwirklicht wurde, ist darin zu sehen, daß die Steuereinrichtungen bisher aus Raumgründen und zur Vermeidung eines weiter erhöhten Aufwandes durch zusätzlichen technischen Aufwand und eine noch höhere Belastung des Bedienungspersonals so im Bereich der Verarbeitungskammer aufgestellt sind, daß ein Einfluß aer darin notwendigerweise auftretenden erheblichen Temperaturunterschiede auf die Steuereinrichtung nicht oder nur mit beträchtlichem Mehraufwand vermieden werden kann, obgleich bekannt ist, daß digital arbeitende Steuereinrichtungen und insbesondere Mikroprozessoren sehr empfindlich gegen Temperaturschwankungen sind.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, bei welchem durch weitere Automatisierung die Sicherheit gegen μ mögliche Bedienungsfehler und/oder Ablesefehler bei der Eingabe und/oder Ermittlung wesentlicher Parameter und dadurch die Qualität der hergestellten Ware erhöht und die notwendige Überwachung des Verfahrensablaufes so vereinfacht wird, daß die Beanspruchung des keinesfalls zusätzlich belasteten Bedienungspersonals möglichst gering ist.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken sämtliche Arbeitsparameter mit Hilfe einer Folgesteuerung selbsttätig nacheinander ablaufen zu lassen, wobei die 1st- und Sollwerte aller wesentlichen Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit und Gesamtzeit, die Stellung der Klappen für die Frischluft- und Rauchzufuhr, die Drehgeschwindigkeit des für die Durchlüftung der Verarbeitungskammer vorgesehenen Ventilators, der Ein- bzw. Ausschaitzustand der für die Temperaturerzeugung vorgesehenen Heizungen usw. gleichzeitig und zu jedem Zeitpunkt des gerade laufenden Verfahrens in eir.em gemeinsamen Anzeigefeld sichtbar sind, so daß eine einfache und umfassende Kontrolle unter Vermeidung von Bedienungsfehlern wegen zu hoher Belastung des Personals möglich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren während der gesamten Verarbeitungszeit auch die jeweils im Verarbeitungsraum herrschende Feuchtigkeit durch einen Vergleich der Digitalwerte der feuchten und der trockenen Ist-Temperaturen selbsttätig ermittelt und angezeigt und erforderlichenfalls bei einer Abweichung vom eingegebenen Soll-Wert nachgeregelt.

Um eine Beeinträchtigung der kontinuierlichen Feuchtemessung durch die bei verschiedenen Verfahrensstufen unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten in der Verarbeiiungskammer zu vermeiden, wird die Geschwindigkeit der am feuchten Temperaturfühler vorbeistreichenden Luft während der gesamten Verarbeitungszeit selbsttätig in vorgegebenen Grenzen gehalten.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß zu jedem Zeitpunkt die für eine einwandfreie Messung erforderliche Mindestgeschwindigkeit der Luftströmung am Feuchtefühler nicht unterschritten wird. Gleichzeitig wird sichergestellt, daß die Geschwindigkeit der am feuchten Temperaturfühler vorbeistreichenden Luft nicht zu hoch wird, so daß ein zu schnelles Austrocknen des feuchten Temperaturfühlers und dadurch bedingte Meßfehler vermieden werden.

Die einfaene und ohne großen apparativen Aufwand durchführbare Maßnahme der Einhaltung eines vorgegebenen Bereiches der Luftgeschwindigkeit gewährleistet eine von Störeinflüssen unabhängige Einhaltung eines für eine einwandfreie Feuchteregelung benötigten Bezugswertes beim Vergleich der feuchten und trockenen Ist-Temperaturen.

Damit gewährleistet die Erfindung eine genauere Arbeitsweise als bekannte Verfahren und außerdem eine Automatisierung des Arbeitsablaufes mit einer Einrichtung, die verhältnismäßig einfach aufgebaut ist, die bisher notwendige Überwachung des Verfahrensablaufes weitgehend entbehrlich macht und in jedem Fall eine einwandfreie Qualität des verarbeiteten Produktes gewährleistet.

Die völlig automatisch ablaufende Zeitfolgesteuerung des gesamten Arbeitsablaufes wird erfindungsgemäß mit einem Mikroprozessor ausgeführt, dessen Vorteile somit weit besser ausgenützt werden als bei bekannten An'agen, bei welchen vor jedem neuen Arbeitsschritt ein Eingriff des Bedienungspersonals erforderlich ist.

Die Regelung der am feuchten Temperaturfühler vorbeistreichenden Luft kann dabei in einfacher Weise so vorgenommen werden, daß vor den feuchten

Temperaturfühler eine oder mehrere verstellbare Ablenk- oder Drosselklappen für den Luftstrom angeordnet werden. Die automatische Steuerung dieser Klappen erfolgt dann beispielsweise mit Hilfe von Schrittmotoren, welchen vom Mikroprozessor ein Steuersignal zugeführt wird, sobald der mit einem beispielsweise nach dem Staudruck-Prinzip arbeitende Anemometer gemessene Ist-Wert der Luftgeschwindigkeit, der wie die Temperaturfühler über Ferngeber nach Analog-Digital-Umwandlung in den Mikroprozessor eingegeben wird, die vorgegebene Grenzgeschwindigkeiten über- oder unterschreitet.

Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur völlig selbsttätig gesteuerten Durchführung des erfindungsgemäßen Verarbeitungsverfahrens ist vorzugsweise als tragbares Gerät ausgestaltet, in dessen Gehäuse der gesamte Prozessorteil, die vorgesehenen Speichereinheiten und die in den Signalleitungen liegenden Schaltstufen zusammengefaßt sind, und in dem außerdem der für die gleichzeitige Anzeige der zu überwachenden Verfahrensdaten vorzugsweise vorgesehene Bildschirm untergebracht ist.

Das erfindungsgemäße Steuergerät zeichnet sich durch verhältnismäßig geringes Gewicht und raumsparenden Aufbau aus, der auch mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine verbesserte Temperaturabschirmung ermöglicht. Ein gerade im Hinblick auf die Temperaturabschirmung wesentlicher Vorteil für den Benutzer der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß diese ohne weiteres auch in größerer Entfernung von der Verarbeitungs-Anlage aufgestellt werden kann, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren äußere Eingriffe während des Verfahrensablaufes erheblich seltener vorkommen als bei den bisherigen Einrichtungen, bei welchen die Dateneingabe für jeden einzelnen Verfahrensschritt gesondert vorgenommen werden muß.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zu dessen Durchführung beispielsweise erläutert ist. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung für die völlig selbsttätig gesteuerte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

F i g. 2 eine schematisch vereinfacht dargestellte Bildschirmanzeige während der Verarbeitung eines bestimmten Produktes.

Das zur Veranschaulichtung des grundsätzlichen Aufbaus einer Steuereinrichtung für eine vollautomatische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellte Blockschaltbild zeigt einen Mikroprozessor 10 als Zentraleinheit, weicher fur die Rechenvorgange die in der Darstellung angegebenen Eingabe- Ausgabe- und Speichereinheiten zugeordnet sind.

Den in der Zeichnung mit P-Eingabe angegebenen Prozeßeingängen werden die in der mit 12 angedeuteten Verarbeitungskammer mit entsprechenden Meßfühlern in analoger Form aufgenommenen Ist-Werte über einen Analog-Multiplexers 14 und einen Analog-Digital-Konverter 16 zugeführt

Ein in der Zeichnung als T-Eingabe angegebener Eingabe-Teil ist mit der Tasten-Bngabe 18 eines Eintast-Gerätes für Start-Stop- und evtL gewünschte Korrekturdaten verbunden. Ober die T-EJngabe können also der Anlauf und gegebenenfalls gewünschte Unterbrechungen oder Korrekturen des Verfahrens durch Eintasten entsprechender Daten oder Signale ermöglicht werden.

An den mit S-Eingabe angegebenen Eingabe-Teil ist eine zur Speicherung der Soll-Werte und weiterer Steuerdaten vorgesehene Speichereinheit 20 angeschlossen, die vorzugsweise aus einem Magnetplattenspeicher besteht.

Der mit Ausgabe bezeichnete Ausgabe-Teil liefert über Digitalausgänge 22 die zur Steuerung der überwachten Parameter bei der Ausführung des

ίο Verfahrens im Rechner durch Vergleich der 1st- und Soll-Werte ermittelten Steuersignale an die jeweiligen Steuerorgane des Lüftungs-, Heizungs- und Raucherzeugungssystems und dgl., um die Ist-Werte mit den vorgeschriebenen Soll-Werten in Übereinstimmung zu bringen.

Außerdem ist die Ausgabe-Einheit an eine Anzeigevorrichtung 24 angeschlossen, für die vorzugsweise ein Fernsehschirm vorgesehen ist, auf dem gleichzeitig sämtliche Ist- und Soll-Werte sowie weitere für den Verfahrensablauf und dessen Überwachung notwendige Angaben angezeigt werden. Um eine deutlich ablesbare Anzeige zu gewährleisten, ist vorzugsweise ein 12'- oder 30- bzw. 31 -cm-Bildschirm vorgesehen.

Die vorstehend beschriebenen Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, welches durch die strichpunktierte Linie 26 angedeutet ist. In der durch eine Doppellinie angedeuteten Verarbeitungskammer 12 sind beispielsweise drei nur schematisch angedeutete Temperaturfühler Ti für die Kerntemperatur des Prozeßgutes, 7} für die trockene und Tj für die feuchte Temperatur angeordnet, die jeweils mit einem Analogeingang des Analog-Multiplexers 14 verbunden sind. Der feuchte Temperaturfühler unterscheidet sich von dem trockenen Temperaturfühler nur dadurch, daß er ständig, beispielsweise mit einem Saugstrumpf befeuchtet wird.

Durch ein gekrümmtes Rohr 28 ist ein Luftgeschwindigkeitsmesser schematisch vereinfacht dargestellt, dessen flüssigkeitsgefüllter U-förmig gebogener Abschnitt eine Meßanzeige liefert, die beispielsweise mit Hilfe eines schematisch angedeuteten Schwimmers 30 über einen elektrischen Meßwertwandler 32 in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt und einem weiteren Analogeingang des Multiplexers 14 zugeführt wird.

Mit der gezeigten Einrichtung können auch noch weitere Größen, wie z. B. der pH-Wert erfaßt und überwacht oder ggf. auch geregelt werden.

so Die erfindungsgemäße Einrichtung ist also sehr vielseitig einsetzbar.

In Richtung der Luftströmung in der Kammer ist vor dem Geschwindigkeitsmesser noch eine ebenfalls nur schematisch angedeutete Klappe 34 gezeigt, die mittels eines Schrittmotors 36 durch ein vom Ausgang 22 kommendes Steuersignal bei einer Änderung der Luftgeschwindigkeit so verstellbar ist, daß die Luftgeschwindigkeit am feuchten Temperaturfühler auch bei veränderter Einstellung der Kammer durch Lüftung in dem für eine einwandfreie Messung einzuhaltenden Bereich liegt

In ähnlicher Weise sind auch die übrigen Maschinen bzw. Aggregate, wie Heizung bzw. Heizungen, Frischluftklappen, Rauchklappen oder dergleichen mit Hilfe

es von Stellmotoren oder entsprechenden Stellgliedern während der Durchführung des Arbeitsprozesses zur Steuerung der auf bestimmten Sollwerten zu haltenden Größen einstellbar.

F i g. 2 zeigt in schematisch vereinfachter Form einen Bildschirm, wobei eine beispielsweise mögliche Anzeige bei der Verarbeitung eines bestimmten Produktes, welches ebenfalls in der Anzeige erscheint, so weit in der Darstellung angegeben ist, daß eine weitere Erläuterung entbehrlich ist.

Sämtliche Daten für die selbsttätige Durchführung des Verabeitungsprozesses, wie z. B. Gesamtzeit, Istzeit, Zeiten der einzelnen Verfahrensstufen, Sollwerte der einzelnen Parameter, beispielsweise Temperatur und Feuchte, sind in Form eines Zeitfolgeprogramms, dessen Ablauf an dem in Fig. 2 gezeigten Bildschirm überwacht werden kann, zusammen mit Eichkurven der einzelnen Meßfühler und den ebenfalls gespeicherten psychrometrischen Tabellen auf einer Platte des Speichers 20 magnetisch gespeichert. Dabei ist noch zu

erwähnen, daß auf einer Platte mehrere Programme untergebracht sein können, wobei der vorzugsweise eingesetzte Plattenspeicher insbesondere auch hinsichtlich seiner schnellen Zugriffsmöglichkeit besonders vorteilhaft ist. Die dem Mikroprozessor 10 gemäß Blockschaltbild zugeordneten RAM-Speicher mit direktem Zugriff und die festprogrammierten PROM-Speicher sind für die Ausführung der Rechenvorgänge zur Ermittlung der digitalen Ausgangssignale für die Steuerung oder Regelung einzelner Parameter sowie für die Ausführung solcher Befehle vorgesehen, die über die Tastatur 18 eingegeben werden.

Die Ermittlung der Feuchte erfolgt über die im Plattenspeicher aufgezeigte psychrometrische Tabelle unmittelbar aus den jeweiligen Isttemperaturen, so daß eine vorausgehende Differenzbildung eingespart wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verarbeitung von Lebensmitteln, insbesondere von Fleisch- und Wurstwarten in Großanlagen, bei welchen zur Überwachung aufeinanderfolgender Arbeitsgänge die Istwerte der Kerntemperatur des verarbeiteten Gutes, der trockenen und der feuchten Temperatur im Verarbeitungsraum jeweils durch Temperaturfühler erfaßt und nach Umsetzung in Digitalwerte mit vorgegebenen Sollwerten verglichen und bei Abweichungen bis zur Erreichung des jeweiligen Sollwertes geändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß während der gesamten Verarbeitungszeit die jeweilige Feuchtigkeit in der Verarbeitungskammer durch einen Vergleich der Digitalwerte der feuchten und der trockene.] Ist-Temperaturen kontinuierlich ermittelt, angezeigt und bei Abweichungen nachgeregelt wird, wobei gleichzeitig ständig die Geschwindigkeit der am feuchten Temperaturfühler vorbeistreichenden Luft selbsttätig in einem vorgegf benen Geschwindigkeitsbereich gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitfolgesteuemng der Arbeitsvorgänge mit einem Mikroprozessor durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte und deren zeitliche Veränderungen zusammen mit den Eichkurven der verwendeten Meßfühler in einem Programmspeicher aufgezeichnet werden, von welchem die Befehle zur Ausführung der aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte in den Mikroprozessor eingegeben werden, und daß mit einer Tasteneingabe ggf. zusätzliche Daten mit Hilfe einer Eingabetastatur in den Mikroprozessor gegeben werden.

4. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Verarbeitung von Lebensmitteln, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Mikroprozessor als Zentraleinheit zur Ermittlung der in Digitalwerte umgesetzten, gemessenen Istwerte mit gespeicherten Sollwerten, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertspeicher für das Gesamtprogramm ein Plattenspeicher (20) ist, daß zusätzlich eine Dateneintastvorrichtung zur Eingabe weiterer Daten an den Mikroprozessor (10) angeschlossen ist, während zur gleichzeitigen Anzeige sämtlicher verfahrenswesentlichen Daten ein Bildschirm (24) an die Ausgabe des Mikroprozessors angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Einheiten (10, 14, 16, 18) einschließlich der Bildschirmanzeige (24) als tragbares Gerät in einem gemeinsamen Gehäuse (26) zusammengefaßt sind.