SU1615690A1 - Система автоматического управлени процессом сквашивани молока при производстве кисломолочных продуктов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к молочной промышленности, а именно к процессам управлени  непрерывным производством кисломолочных продуктов. Целью изобретени   вл етс  сокращение потерь продукта. Предложена система управлени , в которой процесс управлени  организован так, что подача в систему подсквашенного молока и отбор готового дл  дальнейшей обработки сгустка происходит непрерывно. Использование дополнительно введенного функционального преобразовател  позвол ет реализовать управление в соответствии с известными законами микробиологической кинетики, определ ющими оптимальный ход процесса и возможность получени  продуктов заданного качества. 1 ил.

Description

Изобретение.относитс  к молочной промьшшенности, а именно к- процессам управлени  непрерывным производством кисломолочных продуктов.

Цель изобретени  - сокращение потерь продукта в непрерьтном процесса-, сквашивани  молока

На чертеже изображена блок-схема системы автоматического управлени  процессом сквашивани  молока при про- изводстве кисломолочных продуктов.

Система содержит расходомер 1, установленный на линии подачи подсквашенного молока в резервуар 2 дл  сквашивани , при этом количество резервуаров может быть не более дес ти, генератор 3 пилообразного (линейно нарастающего ) напр жени , контур регулировани  температуры продукта в резервуаре 2, включающий датчик 4 температуры , регул тор 5 температуры и исполнительный механизм 6 подачи.теплоносител  в рубашку резервуара 2, контур регулировани  величины рН продукта в резервуаре, включающий датчик 7 рН, рН-метр 8, последовательно соединенные функциональный преобразователь 9 h блок 10 сравнени , дешифратор 11, исполнительный механизм 12 отбора готового сгустка, св занный с регул тором 13, соединенным с датчиком 14 уровн , последовательно соединенные функциональный преобразователь 15, аналоговый ключ 16, широт- но-импульсный модул тор (ШИМ) 17, RS- триггер 18 и пороговый элемент 19,

О)

СП

05

СО

подключенный входами к выходам расходомера 1 и.НЗ-триггера 18, а выходом - к входу триггера 18, Выход ШИМ 17 подключен к входу S-тригге- ра 18, исполнительному механизму 19 подачи продукта в резервуар 2 и управл ющим входам последовательно соединенных генератора 3 и преобразовател  9, подключенных параплельно вы- ходу блока 10 сравнени  и входам сче чика 20 импульсов, цифровые выходы которого соединены с входами дешифратора 11-, выход которого подключен к устройству; 21 звуковой и световой сигнализации, усилителю 22 мощности и регул тору 5 температуры, приче усилитель 22 св зан с исполнительным механизмом 23 подачи в резервуар 2 биостимул тора роста бактерий, ,хра- н щегос  в емкости 24. Выход рН-мвтра 8 соединен с входом блока 10 сравнени  и входами дополнительных срав- ниваю-щих устройств 25 и 26, вторые входы которых соединены с источника- ми 27 и 28 капиброванного напр же- ни  соответственно, причем выход сравнивающего устройства 25 соединен с управл ющим входом исполнительного механизма 12 отбора сгустка, а выход дополнительного сравнивающего ycтройства 26 - с шиной питани  усилител  22,,

Система работает следующим образом .

При поступлении подсквашенного молока на линию подачи в резервуар .2 расходомер 1 генерирует электрический сигнал Vj,, пропорциональный производительности Q подачи. Этот сигнал поступает на вход преобразовател  15 и на вход 1 порогового элемента 19. Преобразователь 15 функционирует по закону

вых

V.

вых выходной электрический

сигнал преобразовател  15; А - посто нна , определ ема  технологическими параметрами процесса.

Кроме того, сигнал расходомера 1 устанавливает пороговый элемент в такое состо ние, в котором сигнал на выходе последнего приобретает уровень логической единицы. Указанный сигнал подаетс  на R-вход RS-тригге- ра 18 и устанавливает на его выходе

- , I

20

25

сигнал, соответствуклций уровню.логической единицы и подаваемый на опорный вход аналогового ключа 16. Ключ открываетс , и выходной сигнап преобразовател  15 поступает на вход ШИМ 17, преобразующего входной электрический сигнал в длительность Ц- пр моугольного импульса. С момента воз- 0 никновени  указанного импульса до момента его прекращени  механизм подачи подсквашенного молока в резервуар 2 находитс  в рабочем состо нии. Задним фронтом выходного импульса ЩИМ 15 17 запускаетс  RS-триггер 18, в результате чего на выходе RS-триггера 18 устанавливаетс  сигнал, соответст- вуюпщй уровню логического нул , который , запира  ключ 16, отключает вход ШИМ 17 от выхода преобразовател  15 и устанавливает пороговый элемент 19 в новое устойчивое состо ние, чем предотвращаетс -: управление состо нием RS-триггера 18, осуществленное расходомером 1. Указанный выходной сигнап КЗ-триггера 18 поступает на Н-вход триггера 18 в системе управлени  следующим по пор дку резервуаром , т.е. подача подсквашенного молока, прекративша с  в первом резервуаре , непрерывно продолжаетс  во втором, затем в третьем и т.д.

Выходной сигнал ШИМ 17 поступает в аналоговом виде на управл ющие входы генератора 3 и преобразовател  9. При этом в соответствии с известным соотношением между временем f ,„„ заполнени  резервуара и временем (скв досквашнвани  молока до заданного 40 значени  величины рН генератором 3 автоматически устанавливаютс  крутизна линейно нарастающего напр жени  и подбор коэффициентов квадратичного преобразовател , реализуемый преобра- 45 зователем9. Таким образом, генератор 3 и преобразователь 9 в совокупности  вл ютс  имитатором выходного сигнала рН-метра 8 при оптимальном течении процесса досквашивани  молока. В бло- 0 ке 10 сравнени  происходит непрерывное алгебраическое сложение текущего выходного сигнала системы измерени  величины рН (датчик 7 и рН-метр 8) и - имитационного сигнала с Ьыхода преоб- ,, разовател  9. Получено соотношение, справедливое дл  непрерывного процес- са сквашивани  молока, реализованного на линии, представл ющей собой набор одинаковых резервуаров:

30

35

л

jan Гскб

где А и В - посто нные, величины которых завис т от типа вырабатываемого сгустка, Кроме того, кинетика процесса сквашивани  молока в интервале изменени  величины рН от 5,4 до 4,6 с достаточной дл  практики точностью описываетс  уравнением

(-tof+4,6, (2)

где а - посто нный коэффициент, регулируемый в процессе управлени  (1/см); с - текущее врем , ч; Со врем  досквашивани  молока

до заданного значени  величины рИ, ч.

При оптимальном течении процесса сквашивани  молока выходное напр жение рН-метра 8 мен етс  по закону (2), Имитаци  оптимального процесса осуществл етс  посредством квадратичного преобразовани , линейно нарас- тающего во времени выходного сигнала генератора 3. Подбор коэффициентов квадратичного преобразовани  осуществл етс  автоматически посредством коммутации элементов входных цепей квадратичного преобразовател  9, осуществл емой выходным сигналом блока 10 сравнени .

Если величина сигнала разбаланса на входе блока 10 сравнени  не пре- вьшает некоторого определенного значени , то на выходе этого блока сохран етс  посто нный уровень напр жени . Это означает, что процесс сквашивани  протекает нормально (оптимально с точки зрени  условий культивировани  микроорганизмов). Если по каким-либо причинам процесс доскаши- вани  начинает отставать от оптимального , то разность сигналов на входе блока 10 сравнени  достигает порогог вого значени , и на его выходе имеет место скачок потенциала, который зано- ситс  в счетчик 20 импульсов и одновременно поступает на управл ющие входы генератора 3 и преобразовател  9. При этом указанный скачок потенциала , а также его фаза (переход из нул  в единицу или наоборот) выполн ют функцию сигнала, управл ющего преобразователем 9, в котором при воздействии указанного сигнала происходит автоматическа  установка но

- 6156906

вых коэфс)ициентов квадратичного преобразовател , соответствун)пц1х текущей скорости процесса досквашнвани  молока . При повторении описа нного  влени  происходит дoпoл штeJIЬнa  установка коэффициентов преобразовани , В случае продолжени  отставани  процесса сквашиваш1  от имитированного Q оптимального процесса с четч11к 20 импульсов вырабатывает сигнал, посту-: пающий на дешифратор 11 и преобразуемый последним из цифровой формы в аналоговую. Этот сигнал подаетс  на 5 управл ющий вход регул тора 5 температуры (клемма А) и усилитель 22 мощности . При этом возможны одновременно увеличение температуры культивировани  микроорганизмов в резервуаре 20 2 и подача в рабочий объем продукта раствора стимул тора роста микроорганизмов . Если в результате перечисленных операций процесс сквашивани  продолжаетс  отставать от рассчитыва- 25 емого, включаетс  устройство 2 сигнализации , привлекающее оператора .

Последовательность операций подстройки преобразовател  9, подача 30 сигналов на управл ющий вход регул тора 5 температуры (клемма А), на исполнительный механизм 23 либо на устройство 2 сигнализации определ ютс  конкретным технологическим процес- 2 сом и имеют следующие ограничени . Добавление к -молоку биостимул торов возможно до момента начала  вной коагул ции белков молока, так как при подаче указанного реагента в продукт 40 необходимо тщательно перемешивать , а при определенном значении рН последнее может вызвать преждевременное отделение сыворотки и нарушение процесса структурообразовани  45 сгустка. Дл  предотвращени  возможности указанных воздействий на сквашиваемое молоко в состав системы управлени  включено дополнительное сравнивающее устройство 26, вход 2 кото- 50 рого соединен с источником 28 напр жени  и, соответствующего выходному напр жению рН-метра 8 при минимальном значении.рН, при котором еще допустимо перемешивание продукта без 55 риска преждевременного разрушени   структуры образующегос  сгустка. Например , дл  творожных заквасок рНддин 5,1, дл  кефирш,1х грибков 4,9, дл  . заквасок йогурта S,4 и т,д. Таким

рбразом, величина 1/ 2 выбираетс  в за 1ВИСИМОСТИ от вида вырабатываемого . продукта. При достижении величиной юН молока в резервуаре 2 значени  сравнивающее устройство 26 от- лючает питание усилител  22 мощнос- ги, тем самым исключа  возможность

10

Дальнейшего использовани   описанно- го канала регулировани . Ограничени , св занные с использованием канала регулировани  температуры, диктуютс  технологическими регламентами ,:щ  используемых культур микроорга- гшзмов и инте нсивностью процесса теп- 15 лоотдачи от стенок резервуара к продукту , т. в,, возможностью пригорани  молока к гор чей поверхности. Ук азан- ше факторы, Тав. последовательность л число операций подбора коэф4)ициен- тов преобразовател  9,последовательность использовани  возможных каналов егулировани  и вьгаов оператора предус- ютрены структурой дешифратора 1 1 , ко- орым и реализуетс  организаци  собст- , енно процесса управлени .

В случае, когда процесс протекает :ормально или интенсивней, чем пре- (усмотрено имитатором, используетс 

Кроме того, параллельно расходомеру, может быть включен вискозиметр непре- рывного действи . При этом общность приведенных рассуждений не нарушаетс  при условии использовани  соответствующей имитационной моделиили коррел ционной зависимости между значени ми величины рН и в зкости молока в процессе его сквашивани .

Таким образом, предлагаема  система управлени  позвол ет получить в непрерывном процессе кисломолочный сгусток с заданными параметрами качества .

Св зь межд,у ( и С . имеет вид

20

25

1} т.е. рН и в зкостью, л. „А

СКВ

м,

« (-2)С,„,,,+ 1

где Я - число резервуаров в линии: /ч„

с-д - врем  мойки резервуара, ч.

Закон функционировани  преобразовател  15 выбран исход  из соотношени 

уЛ

мов закваски от температуры

(U

35

где

U.

40

Q-1/ скьРегулирование температуры продук |опол1-штельное сравнивающее устройст- ЗО та реализуетс  с учетом зависимости io 25, второй вход которого подключен удельной скорости роста микроорганиз- фисточьшку 27 калиброванного напр же- , равного выходному напр жению ; Н-метра 8 при значении рН продукта, Соответствующем готовности сгустка к Дальнейшей переработке.- При достиже- величиной рН продукта указанного Значени  срав швающее устройство 25

включает механизм 12 отбора сгустка,Щри опорожнении резервуара 2 по сиг-{ йалу датчика 14 уровн  регул тор 13 Отключает механизм 12 отбора, при-, , ijeM указанный сигнал отключени  пода. (&ТСЯ на управление запуском процесса мойки резервуара, а также к выходу дс сравнивающего устройства 25, следующе-| ро по пор дку резервуара, образу  с ыходным сигналом последнего схему

И. Описанное включение реализует за- itpeT на отбор сгустка из второго ре- йервуара 2 до момента достижени  ве- тичиной рН продукта в последнем за- . Данного значени  и разрешение на отбор со стороны системы управлени  предыдущим резервуаром. При нормальном i течении процесса сквашивани  или плав- йом изменении качества молока от резервуара к резервуару процессы цода- Цк и отбора будут непрерывными, при

50

ое

удельна  скорость роста микроорганизмов при некоторой фиксированной те:мпера- туре (1/ч)|

onstI

Т - температура культивировани .

Claims (1)

1. В результате реализации данной системы обеспечиваетс  выработка продук-, тов требуемого качества при колеба- . НИИ состава исходного молока и эконо- 1МИИ сырь . Формула изобретени 

   Система автоматического управлени  процессом сквашивани  молока при гфоизводстве кисломолочных продуктов, содержаща  расходомер, установленный на линии подачи подсквашенного молока в-резервуаре дл  сквашивани  и подключенный к управл ющему входу генератора , пилообразного напр жени , контуры регулировани  температуры в резервуаре и рН продукта в резервуаре, последний контур включает рН-метр, соединенный с блоком сравнени .

   8

   0

   5

   этом значение величины рН отбираемого сгустка стабапизировано на заданном уровне.

   Кроме того, параллельно расходомеру, может быть включен вискозиметр непре- рывного действи . При этом общность приведенных рассуждений не нарушаетс  при условии использовани  соответствующей имитационной моделиили коррел ционной зависимости между значени ми величины рН и в зкости молока в процессе его сквашивани .

   Таким образом, предлагаема  система управлени  позвол ет получить в непрерывном процессе кисломолочный сгусток с заданными параметрами качества .

   Св зь межд,у ( и С . имеет вид

   0

   1} т.е. рН и в зкостью, л. „А

   СКВ

   м,

   « (-2)С,„,,,+ 1

   где Я - число резервуаров в линии: /ч„

   с-д - врем  мойки резервуара, ч.

   Закон функционировани  преобразовател  15 выбран исход  из соотношени 

   уЛ

   Q-1/ скьмов закваски от температуры

   та реализуетс  с учетом зави удельной скорости роста микр

   (U

   где

   U.

   та реализуетс  с учетом зависимости удельной скорости роста микроорганиз-

   ое

   удельна  скорость роста микроорганизмов при некоторой фиксированной те:мпера- туре (1/ч)|

   onstI

   Т - температура культивировани .

   В результате реализации данной системы обеспечиваетс  выработка продук-, тов требуемого качества при колеба- . НИИ состава исходного молока и эконо- 1МИИ сырь . Формула изобретени 

   Система автоматического управлени  процессом сквашивани  молока при гфоизводстве кисломолочных продуктов, содержаща  расходомер, установленный на линии подачи подсквашенного молока в-резервуаре дл  сквашивани  и подключенный к управл ющему входу генератора , пилообразного напр жени , контуры регулировани  температуры в резервуаре и рН продукта в резервуаре, последний контур включает рН-метр, соединенный с блоком сравнени .

   к входу которого подключен функциональный преобразователи, дешифратор и контур регулировани  отбора готового продукта, включающий датчик уровн , соединенный с р гул - тором, выход которого св зан с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора готового сгустка, отличающа с  тем, что, с целью сокращени  потерь продукта, он снабжена последовательно установленными аналоговым ключом и широтно-им- пульсным модул тором, RS-триггером и пороговым элементом, а также генератором линейно нарастающего напр жени , счетчиком импульсов, источниками калиброванного напр же ш , двум  дополнительными сравнивающими устройствами , усилителем-мощности и устройством световой и звуковой сигнализации , при этом выход блока сравнени  соединен с генератором линейно нарастающего напр жени  и функциональным преобразователем, подключенным к генератору линейно нарастающего напр жени , входы счетчика импульсов св заны с блоком сравнени , а выходы последнего - с дешифратором, который соединен с одним из входов усилител  мощности и устройством световой и

   9010

   звуковой сигнализации, а также с уп-.. равл ющим входом регул тора темпера- туры, другой вход усилител  мощности подключен к дополнительному сравнивающему устройству соединенному с одним из источников калиброванного напр жени , выход усилител  мощности св зан с исполнительным механизмом,

   установленным на линии подачи стимул тора роста бактерий, вход второ- го дополнительного сравнивающего устройства св зан с вторым источником калиброванного напр жени , выход его с иеполнительным механизмом, располо- женнь М на линии отбора готового сгустка , причем рН-метр подключен к вхо- дам дополнительных сравнивающих устройств , а генератор пилообразного напр жени  св зан с одним из входов аналогового ключа, другой вход последнего соединен с RS-триггером и пороговым элементом, выход пиротно-им- пульсного модул тора св зан с RS- триггером, функциональным преобразователем и исполнительным механизмом, установленным на линии подачи под- сквашенного молока в резервуар, а второй вход порогового элемента подключен к расходомеру.

   /tofoMajrftvrfc.

   Отбоо сгустка