ITMI20001237A1

ITMI20001237A1 - Procedimento e dispositivo per ottimizzare la conduzione di processo,nonche' sorveglianza di processo in un impianto per produrre cioccolat

Info

Publication number: ITMI20001237A1
Application number: IT2000MI001237A
Authority: IT
Inventors: Hans Tobler; Edwin Boller; Frank Marcos Bobzin
Original assignee: Buehler Ag Geb
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2001-12-02
Also published as: DE19931181B4; DE19931181A1; IT1317771B1; ITMI20001237A0

Description

Inoltre l'invenzione riguarda un dispositivo per attuare il procedimento. (Figura 2)

Descrizione del trovato

L'invenzione riguarda un procedimento per ottimizzare la conduzione di processo, nonché la sorveglianza di processo in un impianto per la produzione di cioccolato, le masse di riempimento e di rivestimento, nonché essa riguarda un dispositivo per attuare il procedimento.

La produzione industriale di masse di cioccolato, già per processi parziali, come ad esempio procedimenti di laminazione, ha luogo ad un alto livello di automazione. Così il documento EP-A-0 129 892 B1 descrive un procedimento per la regolazione automatica della finezza nella cilindratrice di finitura. Inoltre il DE 42 43 262 descrive un procedimento per regolare la macinatura, nonché un impianto per attuare il procedimento.

Lo svolgimento tecnico ed in parte i parametri del procedimento sono disponibili come dati di comando. Sistemi di comando dell'impianto consentono comandi di svolgimento corrispondentemente ai processi scelti ed anche una visualizzazione dello stato dell'impianto. Relativamente ai sensori sono noti, ad esempio, sensori di temperatura e di umidità, indicatori del numero di giri (non sensore ma attore!) oppure sonde di pressione. Tuttavia in seguito a differenti valori delle materie prime, dell'usura delle macchine o di scostamenti per i sensori è difficile poter effettuare un'ottimizzazione on-line. Problematiche note sussistono relativamente alla materia prima (variazioni del tenore di grassi totali del tenore di grassi liberi per masse di cacao e latte in polvere e similari) anche in combinazione con la qualificazione del personale addetto, proprietà non costanti della macchine e altro.

Il DE-4433 593 Al illustra un procedimento per regolare un estrusore, laddove in base a dati sperimentali o conoscenze esperte si realizzano valori preassegnati prescritti di una regolazione, le cui grandezze di impostazione dipendono dalla qualità del prodotto. Per mezzo di questi valori prescritti preassegnati un punto di lavoro viene ottimizzato e stabilizzato e si realizza un regolatore integrato nel sistema di comando della macchina. Questo regolatore può essere un regolatore fuzzy di regolazione di processo. Dopo un inserimento ed una memorizzazione dei dati memorizzati vengono adattate in maniera automatica regolazioni per tratti di regolazione specifici e vengono regolati regolatori specifici. Quest'ultimo fatto impiegando generatori di codici integrati nell'ambito della regolazione.

Il DE-19734 711 CI descrive un regolatore con elementi di regolazione fuzzy dinamici, temporalmente discreti, per i quali si possono immettere selettivamente non-linearità per un comportamento di regolazione desiderato.

L'invenzione si pone ora il compito di sviluppare un'ottimizzazione della conduzione del processo di singoli processi parziali in un impianto per produrre masse di cioccolato, di rivestimento e di riempimento o similari, che consente una migliore regolazione di finezza, nonché sorveglianza di processo con l'ausilio di tecnologie software intelligenti. In particolare si intende ottenere una più semplice impostazione di regolazione ed una riduzione della mancata produzione. Il compito viene risolto in base alle caratteristiche della rivendicazione 1.

La soluzione di questo compito avviene con le caratteristiche della rivendicazione l, mediante l'impiego di tecnologie software intelligenti, come ad esempio un sensore virtuale (anche "sensore soft") per la consistenza del prodotto per il mescolatore e la cilindratrice di finitura o raffinatrice e la conca, con una regolazione della pressione, rispettivamente dell'intercapedine o fessura nel cilindratore preliminare, nonché quantità di dosaggio di grasso nel mescolatore o nella conca. È possibile mantenere entro i limiti ammessi la consistenza del prodotto finale ed altre proprietà di prodotto, nonché parametri di processo. Finora era impossibile ottenere informazioni in merito allo stato di produzione a valle del mescolatore, rispettivamente del cilindratore preliminare. Mediante misuratore on-line dello spessore dello strato sul quinto cilindro del cilindratore di finitura è possibile inoltre regolare la finezza finale del prodotto.

L'invenzione parte dalla conoscenza che i singoli processi parziali dipendono l'uno dall'altro e un'ottimizzazione puntiforme è poco promettente. Il fondamento è dato dalle interazioni fra proprietà di prodotto e comportamento delle macchine. Al riguardo si realizzano modelli fra i parametri di processo (impostazioni delle macchine, materie prime, miscugli della composizione) e le proprietà del prodotto (temperatura, tenore di grassi liberi, finezza) mediante tecnologie software statistiche ed intelligenti.

Le tecnologie software intelligenti (anche "Soft Computing") comprendono tecnologie come sistemi esperti, reti neurali, logica fuzzy ed algoritmi genetici (algoritmi evoluzionari). Questi sono descritti ad esempio nell'articolo "Soft Computing in der Automation" di P. Auer. Elektonik 34/1998.

Cambiando queste tecnologie (ad esempio Neuro-Fuzzy) si ottengono modelli ibridi, che possono prendere in considerazione sia la già presente conoscenza esperta (ad esempio con regole fuzzy), sia anche dati sperimentali (che vengono prodotti ad esempio mediante progettazione statistica sperimentale e sperimentazione di processo e modellati in reti neurali). Inoltre questi modelli vengono combinati con modelli analitici convenzionali (basati ad esempio su modelli fisici o calcolo regressivo) e indicati parimenti come ibrido.

In particole si prevedono anche nuovi metodi, che consentono una generazione automatica di modelli (ad esempio generazione automatica della struttura e parametri di reti neurali, mediante ad esempio algoritmi genetici oppure generazione automatica di regole fuzzy da dati di processo. In tal modo risulta più semplice un adattamento di modello on-line.

Con l'ausilio di questi modelli è possibili un'ottimizzazione relativamente a proprietà di prodotto, parametri di processo ed anche costi (costi delle materie prime, costi di esercizio). In tal modo risulta possibile una regolazione adattativa, finalizzata, basata su modelli. In tal modo è possibile regolare in particolare meglio anche sistemi non lineari.

Un ulteriore compito consiste nel realizzare un dispositivo per attuare il procedimento.

Il risultato è una regolazione adattativa per produrre masse di cioccolato, rispettivamente mescolare/impastare componenti grezzi e la relativa macinatura preliminare e di finezza, laddove l'impianto può essere condotto indipendentemente dal personale. Regolazioni adattative di semplici processi sono in verità note e tuttavia non trasferibili a processi così complessi.

È possibile impiegare sensori già presenti.

Aggiuntivamente si intendono conseguire condizioni ottimali di introduzione per il cilindratore di finezza di cioccolato misto, rispettivamente precilindrato, per garantire una finezza costante del prodotto finale con produzione specifica massima — espressa in kg/h/μιη

L'invenzione viene descritta più dettagliatamente in seguito in un esempio di realizzazione in base ad un disegno.

In particolare:

la figura 1 mostra lo svolgimento schematico in un impianto per la produzione di cioccolato con i processi parziali dosaggio, mescolamento, cilindratura e lavorazione in conca,

la figura 2 mostra lo svolgimento schematico in un impianto per la produzione di cioccolato con la disposizione di sensori on-line.

Da diversi elementi dosatori 1 per componenti solidi e liquidi le materie prime — come ad esempio zucchero cristallizzato, latte in polvere, burro cacao, massa di cacao — pervengono in un mescolatore/impastatore 2, dove avvengono un intenso mescolamento ed impastamento delle materie prime a formare un prodotto misto omogeneo.

Alla fine dell'operazione di mescolamento e di impastamento il prodotto viene trasportato su un recipiente preliminare 3 di un cilindratore preliminare 4 rispettivamente scaricato. Il sottostante cilindratore preliminare 4 calibra il prodotto ad una desiderata finezza preliminare, a seconda dell'impiego fra 60 e 300 μιη. Una coclea di omogeneizzazione 5 al di sotto del cilindratore preliminare 2 compatta ed omogeneizza il prodotto preventivamente cilindrato.

Successivamente il prodotto preventivamente cilindrato arriva nell'intercapedine di introduzione di un cilindratore di finezza 6, dove per mezzo di un non rappresentato passaggio di introduzione e tre seguenti passaggi di macinatura ha luogo la macinatura alla finezza finale desiderata. Un misuratore 7 dello spessore dello strato sul quinto cilindro del cilindratore di finezza 6 controlla la finezza finale e regola i rapporti di introduzione per mezzo di un dispositivo di azionamento variabile in corrispondenza del secondo cilindro.

Affinché il cilindratore di finezza 6 venga fatto funzionare con una buona alimentazione di prodotto sui cilindri di macinatura (alta portata specifica), i numeri di giri in corrispondenza del cilindro 2 possono variare soltanto nell'ambito di una finestra preassegnata. Questa finestra è eventualmente dipendente dalla composizione. Se si abbandona questo intervallo allora è necessario regolare corrispondentemente la pressione, rispettivamente l'intercapedine sul cilindratore preliminare. Questo principio di regolazione viene descritto dettagliatamente nel DE-4243 262 Al.

Aggiuntivamente qui il processo di regolazione viene effettuato sul cilindratore preliminare 3 e sul mescolatore 2. L'intervallo di regolazione di pressione, rispettivamente intercapedine nel cilindratore preliminare, dovrà variare nell'ambito di limiti definiti, affinché sia i parametri finezza come pure plasticità — combinati sotto la voce consistenza — coincidano per il seguente cilindratore di finezza 6. Questa finestra è eventualmente dipendente dalla composizione. Se si abbandona questo intervallo allora nel mescolatore 2 con il successivo mescolamento si dovrà variare corrispondentemente l'aggiunta di grassi. La regola è: in caso di valore troppo alto dell'intercapedine, rispettivamente basso valore di pressione in corrispondenza del cilindratore preliminare, è necessario aggiungere grasso rispetto ad una composizione preassegnata. Nel caso opposto, ossia intercapedine troppo bassa, rispettivamente valore di pressione troppo alto, si dovrà togliere un po' di grasso.

Legenda

1 Elementi dosatori

2 Mescolatore

3 Recipiente preliminare

4 Cilindratore preliminare

5 Coclea omogeneizzatrice

6 Cilindratore di finezza

7 Misuratore on-line dello spessore dello strato 8 Sensore on-line

Claims

Rivendicazioni 1. Procedimento per ottimizzare la conduzione di processo nonché la sorveglianza di processo in un impianto per la produzione di cioccolato, con i processi parziali dosaggio, mescolamento, cilindratura e lavorazione in conca, e con un sistema di guida e sistema di comando di linea, caratterizzato dal fatto che si impiega una regolazione automatica autocontrollantesi e regolantesi della qualità dei prodotti e dei parametri di processo mediante tecnologie software intelligenti e sensori on-line, sovrapposta al tradizionale sistema di guida e comando di linea, durante il processo di fabbricazione di cioccolato.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la conduzione del processo e la sorveglianza del processo avvengono in tutti i processi parziali (stadi del procedimento).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che ha luogo una misurazione della consistenza per il laminatoio di finezza o raffinatrice durante la lavorazione.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che ha luogo la regolazione dei parametri di impostazione della macchina, ad esempio della pressione, rispettivamente dell'intercapedine nel cilindratore preliminare (4) durante la lavorazione.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che una regolazione della composizione, ad esempio della quantità di dosaggio di grasso nel mescolatore (2) oppure dei parametri di impostazione della macchina, avviene durante la lavorazione.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che mediante misuratore on-line (7) dello spessore dello strato si regola inoltre la finezza finale del prodotto.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la finezza finale viene regolata in corrispondenza del quinto cilindro del cilindratore di finezza (6).
8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che fra i parametri di processo e proprietà di prodotto si impostano modelli mediante tecnologie software statistiche ed intelligenti.
9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che per la modellazione, l'ottimizzazione e la regolazione si impiegano reti neurali.
10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che per la modellazione, ottimizzazione e regolazione si impiega un sistema fuzzy oppure un sistema esperto.
11. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che per la modellazione, ottimizzazione e regolazione si impiegano modelli analitici.
12. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che per la modellazione, ottimizzazione e regolazione si impiegano modelli ibridi.
13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che per i modelli ibridi si impiegano combinazioni delle tecnologie menzionate nelle rivendicazioni 9 e 10.
14. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che per i modelli ibridi si impiegano combinazioni delle tecnologie menzionate nelle rivendicazioni 9 fino a 10 e 11.
15. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 14, caratterizzato dal fatto che per la modellazione, ottimizzazione e regolazione si impiegano algoritmi genetici od altri algoritmi di ottimizzazione.
16. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che al posto di sensori on-line si impiegano sensori virtuali.
17. Dispositivo per ottimizzare la conduzione di processo nonché la sorveglianza di processo in un impianto per la produzione di cioccolato con i processi parziali di dosaggio, mescolamento, cilindratura e lavorazione in conca per realizzare il procedimento secondo la rivendicazione 1, laddove il dispositivo presenta una unità dosatrice (1), un mescolatore (2), un recipiente preliminare (3), un cilindratone preliminare (4), una coclea omogeneizzatrice (5), nonché un cilindratore di finezza (6), caratterizzato dal fatto che le unità (1, 2), (3, 4, 5) e (6) presentano sensori on-line (8).
18. Dispositivo secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che il sensore on-line (8) è previsto in corrispondenza dell'unità (1, 2) per rilevare il grado di riempimento, numero di giri, temperatura della massa, intercapedine fra i cilindri e produzione.
19. Dispositivo secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che il sensore on-line (8) è previsto in corrispondenza dell'unità (6) per rilevare finezza del prodotto finale.
20. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni 17-19, caratterizzato dal fatto che i sensori on-line (8) sono collegati con un comando dell'impianto.