Система автоматического управления процессом сквашивания молока при производстве кисломолочных продуктов Советский патент 1990 года по МПК G05D27/00 

Изобретение.относится к молочной промьшшенности, а именно к- процессам управления непрерывным производством кисломолочных продуктов.

Цель изобретения - сокращение потерь продукта в непрерьтном процесса-, сквашивания молока

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

Система содержит расходомер 1, установленный на линии подачи подсквашенного молока в резервуар 2 для сквашивания, при этом количество резервуаров может быть не более десяти, генератор 3 пилообразного (линейно нарастающего) напряжения, контур регулирования температуры продукта в резервуаре 2, включающий датчик 4 температуры, регулятор 5 температуры и исполнительный механизм 6 подачи.теплоносителя в рубашку резервуара 2, контур регулирования величины рН продукта в резервуаре, включающий датчик 7 рН, рН-метр 8, последовательно соединенные функциональный преобразователь 9 h блок 10 сравнения, дешифратор 11, исполнительный механизм 12 отбора готового сгустка, связанный с регулятором 13, соединенным с датчиком 14 уровня, последовательно соединенные функциональный преобразователь 15, аналоговый ключ 16, широт- но-импульсный модулятор (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 управляющим входам последовательно соединенных генератора 3 и преобразователя 9, подключенных параплельно вы- ходу блока 10 сравнения 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 регулятору 5 температуры, приче усилитель 22 связан с исполнительным механизмом 23 подачи в резервуар 2 биостимулятора роста бактерий, ,хра- нящегося в емкости 24. Выход рН-мвтра 8 соединен с входом блока 10 сравнения и входами дополнительных срав- ниваю-щих устройств 25 и 26, вторые входы которых соединены с источника- ми 27 и 28 капиброванного напряже- ния соответственно, причем выход сравнивающего устройства 25 соединен с управляющим входом исполнительного механизма 12 отбора сгустка, а выход дополнительного сравнивающего ycтройства 26 - с шиной питания усилителя 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 преобразователя 15 и на вход 1 порогового элемента 19. Преобразователь 15 функционирует по закону

вых

V.

вых выходной электрический

сигнал преобразователя 15; А - постоянная, определяемая технологическими параметрами процесса.

Кроме того, сигнал расходомера 1 устанавливает пороговый элемент в такое состояние, в котором сигнал на выходе последнего приобретает уровень логической единицы. Указанный сигнал подается 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 открывается, и выходной сигнап преобразователя 15 поступает на вход ШИМ 17, преобразующего входной электрический сигнал в длительность Ц- прямоугольного импульса. С момента воз- 0 никновения указанного импульса до момента его прекращения механизм подачи подсквашенного молока в резервуар 2 находится в рабочем состоянии. Задним фронтом выходного импульса ЩИМ 15 17 запускается RS-триггер 18, в результате чего на выходе RS-триггера 18 устанавливается сигнал, соответст- вуюпщй уровню логического нуля, который, запирая ключ 16, отключает вход ШИМ 17 от выхода преобразователя 15 и устанавливает пороговый элемент 19 в новое устойчивое состояние, чем предотвращается-: управление состоянием RS-триггера 18, осуществленное расходомером 1. Указанный выходной сигнап КЗ-триггера 18 поступает на Н-вход триггера 18 в системе управления следующим по порядку резервуаром, т.е. подача подсквашенного молока, прекратившаяся в первом резервуаре, непрерывно продолжается во втором, затем в третьем и т.д.

Выходной сигнал ШИМ 17 поступает в аналоговом виде на управляющие входы генератора 3 и преобразователя 9. При этом в соответствии с известным соотношением между временем f ,„„ заполнения резервуара и временем (скв досквашнвания молока до заданного 40 значения величины рН генератором 3 автоматически устанавливаются крутизна линейно нарастающего напряжения и подбор коэффициентов квадратичного преобразователя, реализуемый преобра- 45 зователем9. Таким образом, генератор 3 и преобразователь 9 в совокупности являются имитатором выходного сигнала рН-метра 8 при оптимальном течении процесса досквашивания молока. В бло- 0 ке 10 сравнения происходит непрерывное алгебраическое сложение текущего выходного сигнала системы измерения величины рН (датчик 7 и рН-метр 8) и - имитационного сигнала с Ьыхода преоб- ,, разователя 9. Получено соотношение, справедливое для непрерывного процес- са сквашивания молока, реализованного на линии, представляющей собой набор одинаковых резервуаров:

30

35

л

jan Гскб

где А и В - постоянные, величины которых зависят от типа вырабатываемого сгустка, Кроме того, кинетика процесса сквашивания молока в интервале изменения величины рН от 5,4 до 4,6 с достаточной для практики точностью описывается уравнением

(-tof+4,6, (2)

где а - постоянный коэффициент, регулируемый в процессе управления (1/см); с - текущее время, ч; Со время досквашивания молока

до заданного значения величины рИ, ч.

При оптимальном течении процесса сквашивания молока выходное напряжение рН-метра 8 меняется по закону (2), Имитация оптимального процесса осуществляется посредством квадратичного преобразования, линейно нарас- тающего во времени выходного сигнала генератора 3. Подбор коэффициентов квадратичного преобразования осуществляется автоматически посредством коммутации элементов входных цепей квадратичного преобразователя 9, осуществляемой выходным сигналом блока 10 сравнения.

Если величина сигнала разбаланса на входе блока 10 сравнения не пре- вьшает некоторого определенного значения, то на выходе этого блока сохраняется постоянный уровень напряжения. Это означает, что процесс сквашивания протекает нормально (оптимально с точки зрения условий культивирования микроорганизмов). Если по каким-либо причинам процесс доскаши- вания начинает отставать от оптимального, то разность сигналов на входе блока 10 сравнения достигает порогог вого значения, и на его выходе имеет место скачок потенциала, который зано- сится в счетчик 20 импульсов и одновременно поступает на управляющие входы генератора 3 и преобразователя 9. При этом указанный скачок потенциала, а также его фаза (переход из нуля в единицу или наоборот) выполняют функцию сигнала, управляющего преобразователем 9, в котором при воздействии указанного сигнала происходит автоматическая установка но

- 6156906

вых коэфс)ициентов квадратичного преобразователя, соответствун)пц1х текущей скорости процесса досквашнвания молока. При повторении описа нного явления происходит дoпoл штeJIЬнaя установка коэффициентов преобразования, В случае продолжения отставания процесса сквашиваш1я 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 подается на 5 управляющий вход регулятора 5 температуры (клемма А) и усилитель 22 мощности. При этом возможны одновременно увеличение температуры культивирования микроорганизмов в резервуаре 20 2 и подача в рабочий объем продукта раствора стимулятора роста микроорганизмов. Если в результате перечисленных операций процесс сквашивания продолжается отставать от рассчитыва- 25 емого, включается устройство 2 сигнализации, привлекающее оператора.

Последовательность операций подстройки преобразователя 9, подача 30 сигналов на управляющий вход регулятора 5 температуры (клемма А), на исполнительный механизм 23 либо на устройство 2 сигнализации определяются конкретным технологическим процес- 2 сом и имеют следующие ограничения. Добавление к -молоку биостимуляторов возможно до момента начала явной коагуляции 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 структурообразования 45 сгустка. Для предотвращения возможности указанных воздействий на сквашиваемое молоко в состав системы управления включено дополнительное сравнивающее устройство 26, вход 2 кото- 50 рого соединен с источником 28 напряжения и, соответствующего выходному напряжению рН-метра 8 при минимальном значении.рН, при котором еще допустимо перемешивание продукта без 55 риска преждевременного разрушени я структуры образующегося сгустка. Например, для творожных заквасок рНддин 5,1, для кефирш,1х грибков 4,9, для . заквасок йогурта S,4 и т,д. Таким

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

10

Дальнейшего использовани я описанно- го канала регулирования. Ограничения, связанные с использованием канала регулирования температуры, диктуются технологическими регламентами ,:щя используемых культур микроорга- гшзмов и инте нсивностью процесса теп- 15 лоотдачи от стенок резервуара к продукту, т. в,, возможностью пригорания молока к горячей поверхности. Ук азан- ше факторы, Тав. последовательность л число операций подбора коэф4)ициен- тов преобразователя 9,последовательность использования возможных каналов егулирования и вьгаов оператора предус- ютрены структурой дешифратора 1 1 , ко- орым и реализуется организация собст- , енно процесса управления.

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

Кроме того, параллельно расходомеру, может быть включен вискозиметр непре- рывного действия. При этом общность приведенных рассуждений не нарушается при условии использования соответствующей имитационной моделиили корреляционной зависимости между значениями величины рН и вязкости молока в процессе его сквашивания.

Таким образом, предлагаемая система управления позволяет получить в непрерывном процессе кисломолочный сгусток с заданными параметрами качества.

Связь межд,у ( и С . имеет вид

20

25

1} т.е. рН и вязкостью, л. „А

СКВ

м,

« (-2)С,„,,,+ 1

где Я - число резервуаров в линии: /ч„

с-д - время мойки резервуара, ч.

Закон функционирования преобразователя 15 выбран исходя из соотношения

уЛ

мов закваски от температуры

(U

35

где

U.

40

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

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

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

50

ое

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

onstI

Т - температура культивирования.

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

Система автоматического управления процессом сквашивания молока при гфоизводстве кисломолочных продуктов, содержащая расходомер, установленный на линии подачи подсквашенного молока в-резервуаре для сквашивания и подключенный к управляющему входу генератора, пилообразного напряжения, контуры регулирования температуры в резервуаре и рН продукта в резервуаре, последний контур включает рН-метр, соединенный с блоком сравнения.

8

0

5

этом значение величины рН отбираемого сгустка стабапизировано на заданном уровне.

Кроме того, параллельно расходомеру, может быть включен вискозиметр непре- рывного действия. При этом общность приведенных рассуждений не нарушается при условии использования соответствующей имитационной моделиили корреляционной зависимости между значениями величины рН и вязкости молока в процессе его сквашивания.

Таким образом, предлагаемая система управления позволяет получить в непрерывном процессе кисломолочный сгусток с заданными параметрами качества.

Связь межд,у ( и С . имеет вид

0

1} т.е. рН и вязкостью, л. „А

СКВ

м,

« (-2)С,„,,,+ 1

где Я - число резервуаров в линии: /ч„

с-д - время мойки резервуара, ч.

Закон функционирования преобразователя 15 выбран исходя из соотношения

уЛ

Q-1/ скьмов закваски от температуры

та реализуется с учетом зави удельной скорости роста микр

(U

где

U.

та реализуется с учетом зависимости удельной скорости роста микроорганиз-

ое

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

onstI

Т - температура культивирования.

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

Система автоматического управления процессом сквашивания молока при гфоизводстве кисломолочных продуктов, содержащая расходомер, установленный на линии подачи подсквашенного молока в-резервуаре для сквашивания и подключенный к управляющему входу генератора, пилообразного напряжения, контуры регулирования температуры в резервуаре и рН продукта в резервуаре, последний контур включает рН-метр, соединенный с блоком сравнения.

к входу которого подключен функциональный преобразователи, дешифратор и контур регулирования отбора готового продукта, включающий датчик уровня, соединенный с р гуля- тором, выход которого связан с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора готового сгустка, отличающаяся тем, что, с целью сокращения потерь продукта, он снабжена последовательно установленными аналоговым ключом и широтно-им- пульсным модулятором, RS-триггером и пороговым элементом, а также генератором линейно нарастающего напряжения, счетчиком импульсов, источниками калиброванного напряже шя, двумя дополнительными сравнивающими устройствами, усилителем-мощности и устройством световой и звуковой сигнализации, при этом выход блока сравнения соединен с генератором линейно нарастающего напряжения и функциональным преобразователем, подключенным к генератору линейно нарастающего напряжения, входы счетчика импульсов связаны с блоком сравнения, а выходы последнего - с дешифратором, который соединен с одним из входов усилителя мощности и устройством световой и

9010

звуковой сигнализации, а также с уп-.. равляющим входом регулятора темпера- туры, другой вход усилителя мощности подключен к дополнительному сравнивающему устройству соединенному с одним из источников калиброванного напряжения, выход усилителя мощности связан с исполнительным механизмом,

установленным на линии подачи стимулятора роста бактерий, вход второ- го дополнительного сравнивающего устройства связан с вторым источником калиброванного напряжения, 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 напряжения связан с одним из входов аналогового ключа, другой вход последнего соединен с RS-триггером и пороговым элементом, выход пиротно-им- пульсного модулятора связан 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.

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к процессам управления непрерывным производством кисломолочных продуктов. Целью изобретения является сокращение потерь продукта. Предложена система управления, в которой процесс управления организован так, что подача в систему подсквашенного молока и отбор готового для дальнейшей обработки сгустка происходит непрерывно. Использование дополнительно введенного функционального преобразователя позволяет реализовать управление в соответствии с известными законами микробиологической кинетики, определяющими оптимальный ход процесса и возможность получения продуктов заданного качества. 1 ил.

/tofoMajrftvrfc.

Отбоо сгустка