лопатка (створка) откидывается, вертикальные ножи мешалки открываются
(режим резка). Это означает, что направление вращения лопастей мешалки
определяет режим, перемешивание, либо резка.
На первоначальном этапе осуществляется подогрев сыроизготовителя.
Далее происходит заполнение установки для варки сыра молоком. Контроль
концентрации молока осуществляется датчиком электропроводности.
Оператор контролирует количество поступающего молока, а так же его
температуру. По достижении требуемого количества молока в установки,
оператор вносит требуемые культуры и закваски по рецептуре.
После полного заполнения установки для варки сыра и перемешивания
продукта в течение 20 мин, оператором добавляются ферменты, процесс
перемешивания осуществляется еще в течение 2 мин. при повышенных
оборотах мешалки. На следующем этапе осуществляется процесс коагуляции
для получения сгустка с отключенной мешалкой. Готовность сгустка
определяется оператором на излом. По готовности, сгусток разрезается.
Перед первым нагреванием необходимо произвести удаление сыворотки.
Удаление сыворотки из сырного зерна позволяет сократить время его
нагрева, тем самым улучшить качество готовой продукции. Для осаждения
зерна на дно перед откачкой сыворотки производится остановка мешалки.
После осаждения зерна, устройство для откачки сыворотки опускается,
включается насос и сыворотка с поверхности откачивается в специальный
резервуар.
По завершении откачки и подъеме откачивающего устройства в
верхнее положение, происходит включение мешалки. Зерно поднимается со
дна, а через 2мин, мешалка меняет направление вращения для разрезания
слипшихся сгустков и вращается еще 2 мин. Далее осуществляется первое
нагревание сгустка до температуры 45
0
С со скоростью помешивания 50%.
Следующим этапом идет перемешивание и постановка зерна 20мин,
проверка консистенции осуществляется оператором.
45
Второе нагревание производится до температуры 50
0
С со скоростью
перемешивания 50%. После второго нагревания сырное зерно подается на
пресс.
2.3.3 Установка прессования сырного зерна
Кассетный пресс изображен на рисунке 17 и предназначен для
производства сырных головок или брусков из сырного зерна.
Рисунок 17 – Внешний вид установки прессования сырного зерна
В состав кассетного пресса прессования сырного зерна входит:
1. Устройство подъема пресс-детали.
2. Пресс-деталь.
3. Пресс-ванна с направляющими рельсами.
4. Скребок.
5. Погрузочно-разгрузочное устройство.
6. Кассеты.
7. Разливочное устройство.
46
8. Шкаф управления.
9. Пульт управления выгрузкой.
Зерно с сывороткой из сыроизготовителя подается в кассеты 6, через
перемещающееся в горизонтальном направлении разливочное устройство 7,
равномерно заполняя их. Зерно, попавшее на поверхность кассет, при
движении разливочного устройства сбрасывается скребком 4, в кассеты.
После заполнения кассет, пресс-деталь 2, опускается и при помощи
пневматических цилиндров расположенных внутри нее, производит отжим
сыворотки и прессование сырного зерна в кассетах пресса. В процессе
прессования зерна производится откачивание сыворотки из пресс-ванны в
специальный резервуар. По истечении времени прессования пресс-деталь 2
поднимается.
Оператор при помощи погрузочно-разгрузочного устройства 5
поднимает кассеты из пресс-ванны 3 и переворачивая их, извлекает из них
сырные головки.
2.4. Анализ средств автоматизации управления технологическими
процессами варки сыра
В настоящее время в системе автоматизации управления
технологическими процессами варки сыра АО «Дмитровский молочный
завод» для контроля температуры молока в установке сыроизготовителя
«Bertsch» применяется датчик ТСМУ-0,05/280, который позволяет измерять
температуру в диапазоне от 0
0
С до 100
0
С. Термопреобразователь позволяет
преобразовывать значение температуры в унифицированный токовый сигнал.
Погрешность датчика температуры ТСМУ составляет 0,25% [8].
Для сигнализации уровня в установке сыроизготовителя «Bertsch»
применяется ультразвуковой сигнализатор УЗС-207.
К техническим характеристикам сигнализатора уровня УЗС-207
относятся:
47
- температура окружающего воздуха от -30
0
С до 50
0
С;
- погрешность прибора 2 мм при вертикальной установке датчика.
Для контроля регулирующих приборов в системе автоматизации
применяется привод Belimo NM230ASR и исполнительный механизм МЭОФ.
К техническим характеристикам привода привод Belimo NM230ASR
относятся:
- номинальное напряжение от 100 до 240 ВА при частоте до 60 Гц;
- потребляемая мощность 6,5 ВА;
- время поворота 70 с.
К основным техническим характеристикам исполнительного
механизма МЭОФ относятся:
- напряжение питания при однофазной сети 220 В при частоте 50 Гц;
- степень защиты IP54.
В системе автоматизации основные функции выполняются модульным
программируемым контроллером Simatic S7-400 компании Siemens. В состав
программируемого контроллера входит локальная система управления и
система распределенного ввода и вывода данных [17].
Центральным ядром программируемого контроллера Simatic S7-400
является центральной процессор CPU 414-2. Также в состав контроллера
входят сигнальные модули, позволяющие вводить и выводить дискретные и
аналоговые сигналы.
В состав сигнальных модулей входят модули для ввода дискретных
сигналов SM 421, вывода дискретных сигналов SM 422, ввода аналоговых
сигналов SM431.
Модули ввода дискретных сигналов имеют 32 входа и позволяют
преобразовывать входные дискретные сигналы контроллера в логический
сигнал. К входам модуля подключены контактные и бесконтактные датчики.
Модуль вывода дискретных сигналов позволяет преобразовывать
внутренние логические сигналы контроллера в выходные дискретные
48
сигналы. К выходу модуля подключено реле, а также сигнальные лампы,
установленные на установке сыроизготовителя «Bertsch».
Модули вывода дискретных сигналов позволяют преобразовывать
внутренние логические сигналы контроллера в выходные дискретные
сигналы, и управлять подключенными к ним вентилями, контакторами.
Модули ввода аналоговых сигналов позволяют выполнять аналогово-
цифровую обработку входных сигналов и формировать цифровые величины,
которые используются центральным процессом для исполнения программы.
Рассмотрим текущий алгоритм автоматизации управления
технологическими процессами варки сыра АО «Дмитровский молочный
завод», приведенный на рисунке 18.
Рисунок 18 – Алгоритм автоматизации управления технологическими
процессами варки сыра АО «Дмитровский молочный завод»
49
В блоке 1 производится установка необходимой температуры
сыроизготовителя «Bertsch», а также времени первого подогрева
сыроизготовителя.
В блоке 2 производится включение электродвигателя M1 установки
сыроизготовителя «Bertsch» для включения установки в режим изготовления
сыра.
В блоке 3 производится проверка, достигнут ли нижний уровень в
установке сыроизготовителя «Bertsch» подаваемого молока. Если уровень не
достигнут, то производится возврат на блок 2, в обратном случае в блоке 4
включается электродвигатель М2 мешалки установки сыроизготовителя
«Bertsch».
В блоке 5 осуществляется проверка, достигнут ли уровень в дозаторе
молока установки сыроизготовителя «Bertsch». Если необходимый уровень
не получен, то осуществляется возврат в блок 4, в обратном случае
производится переход в блок 6.
В блоке 6 включается электродвигатель М2 мешалки установки
сыроизготовителя «Bertsch», а в блоке 7 производится проверка достигнут ли
верхний уровень. Если проверка прошла не успешно, то осуществляется
возврат в блок 2, в обратном случае осуществляется переход в блок 8, а затем
9.
В блоке 9 формируется сигнал для открытия клапана установки
сыроизготовителя «Bertsch» для слива сыворотки. В блоке 10 производится
проверка данного процесса с возвратом на блок 9 или переходом на блок 11.
В блоках 12,13 формируется сигнал на закрытие клапана для второго
нагревания сгустка. В блоках 14,15 осуществляется проверка, достигнут ли
необходимый уровень формирования сырного зерна. Если необходимый
уровень не получен, то осуществляется возврат в блок 9.
50
В блоке 16 формируется сигнал на открытие клапана K3 для контроля
температуры зерна с сывороткой. Далее включается электродвигатель M5
установки сыроизготовителя «Bertsch» и запускается счётчик времени.
В блоке 17 производится проверка, прошёл ли отсчет времени и
производится повторный контроль температуры зерна по датчику ТСМУ-
0,05/280. Если температура соответствует регламенту, то производится
переход в блоки 18, 19. В блоке 19 производится проверка, достигнут ли
необходимый уровень варки сыра и переход в блок 20. В блоке 22
производится контроль температуры, установленном на установке
сыроизготовителя «Bertsch» с заданным значением.
В случае соответствия текущих параметров температуры заданным
параметрам осуществляется переход в блок 24 для проверки времени
технологического процесса.
В блоках 25-44 производится резка мешалкой (вращаясь в одну сторону
мешалка производит перемешивание, а вращаясь в другую сторону режет
сгусток ножами внутри емкости) и завершение процесса варки сыра.
Схема автоматизации технологического процесса варки сыра АО
«Дмитровский молочный завод» приведена в приложении А.
Принципиальная электрическая схема технологического процесса варки сыра
АО «Дмитровский молочный завод» приведена в приложении Б.
В приведенной схеме кнопка SB-26 применяется для проверки
работоспособности установленных на установке сыроизготовителя «Bertsch»
сигнальных ламп.
При нажатии на кнопку SB-26 ток направляется на диодную развязку и
включает лампы, а при снятии сигнала с кнопки лампы на установке
сыроизготовителя «Bertsch» затухают. Такой вид проверки позволяет
оценить работоспособность установки.
Ключи СА работают в трех режимах: автоматическом (А), ручном (Р) и
нейтральном (0). При включении установки сыроизготовителя «Bertsch» все
51
ключи переходят в нейтральный режим, если ключ устанавливается в
положении «А», то работу установки контролирует микропроцессорный
контроллер Simatic S7-400. Если ключ устанавливается в ручное положение,
то работу установки сыроизготовителя «Bertsch» и температуры
технологического процесса контролирует обслуживающий персонал АО
«Дмитровский молочный завод» вручную, путем нажатия на кнопки SB. Для
питания электродвигателей М1-М20 на заводе используется трехфазный
переменный ток с напряжением 380 В (маркировка фаз A, B и C).
В состав цепи электродвигателей установки сыроизготовителя
«Bertsch» входят автоматические выключатели QF1-QF20, магнитные
пускатели KM1-KM20 и нагревательные элементы трехфазных тепловых
реле КК1-КК20. Каждый из электродвигателей M1-M6 оснащен
индивидуальным переключателем режимов SA1-SA6. Это позволяет
защитить установку сыроизготовителя «Bertsch»от аварий и сбоев.
Запуск установки сыроизготовителя «Bertsch» в автоматическом
режиме производится контроллером Simatic S7-400 по сигналу
обслуживающего персонала.
При нажатой кнопке SF ток направляется на щит управления и
производит питание всех комплектующих, с установкой сигнальной лампы
HL1. После этого контролером Simatic S7-400 запускаются электродвигатели.
Работа электродвигателей производится аналогично, например, включение
шнека для подачи молока в установку сыроизготовителя «Bertsch»
предусматривает передачу сигнала с модуля дискретного вывода
контроллера Simatic S7-400 на катушку реле К1.
После этого реле замыкается, а сигнал направляется на пускатель KM1.
При этом производится замыкание разомкнутого контакта KM1 и замкнутого
контакта К1 с включением сигнальной лампы на установке сыроизготовителя
«Bertsch» HL4.
52
При положении переключателя в режиме SA1, работу управления
электродвигателем установки сыроизготовителя «Bertsch» производит
обслуживающий персонал АО «Дмитровский молочный завод», нажимая на
кнопку SB2. При этом ток направляется в магнитный пускатель KM1 и
замыкает контакт для его запуска.
Поддержка необходимого уровня в установке сыроизготовителя
«Bertsch» производится следующим образом. При опускании уровня молока
до нижнего значения сигнал с дискретного выхода контроллера Simatic S7-
400 направляется на реле К1, которое включает цепь управления приводом
установки сыроизготовителя «Bertsch» и включает сигнальную лампу HL4.
При достижении верхнего уровня молока сигнализатор направляет сигнал на
реле К17, а затем на соответствующий вход контроллера Simatic S7-400.
С дискретного выхода контроллера Simatic S7-400 сигнал направляется
на катушку реле К1, а затем на лампу HL4.
Система стабилизации температуры сырного зерна в установке
сыроизготовителя «Bertsch» осуществляется следующим образом. При
положении ключа в режиме SА11, к входу контроллера Simatic S7-400
подключается датчик температуры, имеющий унифицированный токовый
сигнал от 4 до 20 мА. При достижении нижней уставки с реле выхода
контролера сигнал направляется на катушку реле К15, её контакт замыкается
и клапан открывается.
При этом производится замыкание нормально разомкнутого контакта и
включение лампы HL19. При достижении верхней уставки с реле выхода
контроллера сигнал направляется на катушку реле К16, где производится
замыкание контакта и закрытие клапана.
В ручном режиме обслуживающий персонал АО «Дмитровский
молочный завод» поддерживает температуру зерна в установке
сыроизготовителя «Bertsch» посредствам управления кнопкой SB24.
53
2.5. Оценка качества системы автоматического регулирования
технологического процесса варки сыра
Для анализа технологических процессов на заводе применяется
SCADA-система Trace Mode, которая позволяет контролировать
технологический процесс варки сыра в реальном режиме времени, а для его
визуализации использовать мнемосхемы и полученные графики [40].
Основные участки технологического процесса варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch» АО «Дмитровский молочный завод» приведены
на рисунке 19.
Рисунок 19 – Основные участки технологического процесса варки сыра в
установке сыроизготовителя «Bertsch» АО «Дмитровский молочный завод»
Рассмотрим основные участки технологического процесса варки сыра в
установке сыроизготовителя «Bertsch» АО «Дмитровский молочный завод».
На участке 1 наблюдается, при первом нагревания сгустка наблюдается
стационарный режим. На участке 2 наблюдается увеличение сыворотки,
которая затем удаляется из установки сыроизготовителя «Bertsch» с целью
получения необходимого качества сырного зерна.
На участке 3 наблюдается стационарный режим. На участке 4
наблюдается снижение влажности сырного зерна в результате второго
54