Система автоматического управления процессом сквашивания молока при производстве кисломолочных продуктов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1gi)5 0 05 D 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C (0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4442238/30-13 (22) 30.05.88 (46) 23.12.90. Бюл. У 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт молочной промышленности (72) А. В. Пустыльников (53) 663.1 (088.8) (56) Отчет по теме "Провести поиско вые исследования по разработке технологических процессов непрерывного производства кисломолочных продуктов", M., 1987, iV- гос. per. 01850080844. (54) СИ ТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СКВАШИВАНИЯ МОЛОКА ПРИ

ПРОИЗВОДСТВЕ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ (57) Изобретение относится к молочИзобретение относится к молочной промьппленности, а именно к процессам управления непрерывным производством кисломолочных продуктов.

Цель изобретения — сокращение потерь продукта в непрерывном процессесквашивания молока.

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

Система содержит расходомер i, установленный на линии подачи подсквашенного молока в резервуар 2 для сквашивания, при этом количество резервуаров может быть не более десяти, гечератор 3 пилообразного (линейно нарастающего) напряжения, контур регули„„SU„1615690 А 1

2 ной 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 пода-1 ча в систему подсквашенного молока и отбор готового для дальнейшей обработки сгустка происходят непрерывно.

Использование дополнительно введен-.. ного функционального преобразователя позволяет реализовать управление в соответствии с известными законами микробиологической кинетики, определяющими оптимальный ход процесса и возможность получения продуктов заданного качества, 1 ил. рования температуры продукта в резер" вуаре 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 дат" чик 7 рН, рН-метр 8, последовательно соединенные функциональный преобразователь 9 и 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 к;поч 16, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 17, RSтриггер 18 и пороговый элемент 19, 1615690

Ч

) вшх Ч о где Ч х — выходной электрический сигнал преобразователя 15; постоянная р определяемая технологическими параметрами процесса.

Кроме того, сигнал расходомера устанавливает пороговый элемент в такое состояние) в котором сигнал на выходе последнего приобретает уровень логической единицы. Указанный сигнал подается на R-вход RS-триггера 18 и устанавливает на его выходе

4S подключенный входами к выходам расходомера 1 и RS-триггера 18, а выходом — к входу триггера 18. Выход

ШИМ 17 подключен к входу hS-тригге5 ра 18, исполнительному механизму 19 подачи продукта в резервуар 2 и управляющим входам последовательно соединенных генератора 3 и преобразователя 9, подключенных параллельно вы- lp ходу блока 10 сравнения и входам счет-, чика 20 импульсов, цифровые выходы которого соединены с входами дешифратора ll, выход которого подключен ! к устройству. 21 звуковой и световой сиг нализ ации, усилителю 22 мощности и регулятору 5 температуры, причем усилитель 22 связан с исполнительным механизмом 23 подачи в резервуар 2 биостимулятора роста бактерий, .хра- 20 нящегося в емкости 24. Выход рН-мет-- ра 8 соединен с входом блока 10 сравнения и входами дополнительных сравнивающих устройств 25 и 26, вторые

1 входы которых соединены с источника-, 25 ми 27 и 28 калиброванного напряжения соответственно, причем выход сравнивающего устройства 25 соединен с управляющим входом исполнительного механизма 12 отбора сгустка, а вы- 30 ход дополнительного сравнивающего ус- : тройства 26 — с шиной питания усилителя 22.

Система работает следующим образом.

: 35

При поступлении подсквашенного молока на линию подачи в резервуар . 2 расходомер I генерирует электрический сигнал V. пропорциональный производительности Я подачи. Этот сиг-, 40 нал поступает на вход преобразователя 15 и на вход 1 порогового элемента !9 ° Преобразователь 15 функциони- рует по закону сигнал, соответствующий уровню логической единицы и подаваемый на опорный вход аналогового ключа 16. Ключ открывается, и выходной сигнал преобразователя !5 поступает на вход ШИМ !

7, преобразующего входной электрический сигнал в длительность Ф прямоугольного импульса. С момента возникновения укаэанного импульса до момента его прекращения механизм подачи подсквашенного молока в резервуар

2 находится в рабочем состоянии. Задним фронтом выходного импульса ШИМ

17 запускается RS-триггер 18, в результате чего на выходе RS-триггера

18 устанавливается сигнал, соответствующий уровню логического нуля, который, запирая ключ !6, отключает вход ШИМ 17 от выхода преобразователя 15 и устанавливает пороговый элемент 19 в новое устойчивое состояние, чем предотвращается :. управление состоянием НЯ-триггера !8, осуществленное расходомером 1. Указанный выходной сигнал RS-триггера !8 поступает на В-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 IIIHM 17 поступает в аналоговом виде на управляющие входы генератора 3 и преобразователя 9.

При этом в соответствии с известным соотношением между временем с и ваял заполнения резервуара и временек с Äe досквашивания молока до заданного значения величины рН генератором 3 автоматически устанавливаются крутизна линейно нарастающего напряжения и подбор коэффициентов квадратичного преобразователя, реализуемый преобразователем 9. Таким образом, генератор

3 и преобразователь 9 в совокупности являются имитатором выходного сигнала рН-метра 8 при оптимальном течении процесса досквашивания молока. В блоке 10 сравнения происходит непрерывное алгебраическое сложение текущего выходного сигнала системы измерения величины рН (датчик 7 и рН-метр 8) и имитационного сигнала с выхода преобразователя 9. Получено соотношение, справедливое для непрерывного процесса сквашивания молока, реализованного на линии, представляющей собой набор одинаковых резервуаров:

1615690 п ЬаП . сКВ ° гуляции белков молок..:, так как при подаче указанного реагента в продукт

4 смесь необходимо тщательно перемеши45 сгустка. Для предотвращения возможности указанных воздействий на сква50 где А и  — 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 рН=а(t gо) +4 6 (2) где а — постоянный коэффициент, регулируемый в процессе управления (1/см );

C — текущее время, ч; „ - время досквашивания молока до заданного значения величины рБ, ч.

При оптимальном течении процесса сквашивания молока выходное напряжение рН-метра 8 меняется по закону (2). Имитация оптимального процесса осуществляется посредством квадратичного преобразования. линейно нарастающего 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 превышает некоторого определенного значения, то на выходе этого блока сохраняется постоянный уровень напряжения. Это означает, что процесс сквашивания протекает нормально (оптималъно с точки зрения условий культивирования микроорганизмов). Если по каким-либо причинам процесс доскашивания начинает отставать от оптимального, то разность сигналов на входе блока 10 сравнения достигает порого-. 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 но5 10

35 вых коэффициентов квадратичного преобразователя, соответствующих текущей скорое ти процесса досквашивания молока. При повторении описанного явления происходит дополнительная установка коэффициентов преобразования.

В случае продолжения отставания процесса сквашивания от имитированного оптимального процесса счетчик 20 импульсов вырабатывает сигнал, посту-. пающий на дешифратор 11 и преобразуемый последним иэ цифровой формы в аналоговую. Этот сигнал подается на управляющий вход регулятора 5 температуры (клемма А) и усилитель 22 мощности. При этом возможны одновременно увеличение температуры культивирования микроорганизмов в резервуаре

2 и подача в рабочий объем продукта раствора стимулятора роста микроорганизмов. Если в результате перечисленных операций процесс сквашивания продолжается отставать от рассчитываемого, включается устройство 21 сигнализации, привлекающее внимание оператора.

Последовательность операций подстройки преобразователя 9, подача сигналов на управляющий вход регулятора 5 температуры (клемма А), на исполнительный механизм 23 либо на устройство 21 сигнализации определяются конкретным технологическим процессом и имеют следующие ограничения, Добавление к молоку биостимуляторов возможно до момента начала явной коавать, а при определенном значении рН последнее может вызвать преждевременное отделение сыворотки и нарушение процесса структурообразования шиваемое молоко в состав системы управления включено дополнительное сравнивающее устройство 26, вход 2 которого соединен с источником 28 напряже ния U <, с о о тв етс твующе ro выходному напряжению рН-метра 8 при минимальном значении.рН, при котором еще допустимо перемешивание продукта без риска преждевременного разрушения структуры образующегося сгустка. На1 пример, для творожных заквасок рН цин

5,1, для кефирных грибков 4,9, для . заквасок йогурт» 5,4 и т.д. Таким

1615690 образом, величина U выбирается в за,,висимости от вида вырабатываемого продукта. При достижении величиной

1 Н молока в резервуаре 2 значения, Н,,д„ сравнивающее устройство 26 от5 ключает питание усилителя 22 мощнос ти, тем самым исключая возможность

1 дальнейшего использования описанного канала регулирования. Ограничеыя, связанные с использованием каала регулирования температуры, дикуются технологическими регламентами ля используемых культур микрооргазмов и интенсивностью процесс" тепоотдачи от стенок резервуара к проукту, т.е. возможностью пригарания алака к горячей поверхности. Указан-.

1 ые факторы, т.е. последовательность число операций подбора коэффициенов преобразователя 9,последователь— ость использования возможных каналов егулирования и вызов оператора предусотрены структурой дешифратора 11, коорым и реализуется организация собст- 25 енно процесса управления, В случае, когда процесс протекает ормальна или интенсивней, чем преусмотрено имигатором, используется

Цополнитсльное сравнивающее устройст- 3Q о 25, второй вход которого подключен ж источнику 27 калиброванного напряжевия, равного выходному напряжению фН-метра 8 при значении рН продукта, С ответствующем готовности сгустка к дальнейшей переработке. - При достижении величиной рН продукта указанного значения сравнивающее устройство 25 . включает механизм 12 отбора сгустка.

При опорожнении резервуара 2 по сиг-" О йалу датчика 14 уровня регулятор 13

Отключает механизм 12 отбора, приЧем указанный сигнал отключения пода

Ется на управление запуском процесса иойки резервуара, а также к выходу с!равнивающего устройства 25, следующе

> о по порядку резервуара, образуя с

Выходным сигналом последнего схему

Я. Описанное включение реализует заОрет на отбор сгустка из второго ре:-!ервуара 2 до момента достижения величиной рН продукта в последнем заданного значения и разрешение на отбор со стороны системы управления npegiûäóùèì резервуаром. При нормальном

)5 течении процесса сквашивания или плавОом изменении качества молока от резервуара к резервуару процессы подаЧи и отбора будут непрерывными, при этом значение величины рН отбираемаго сгустка стабализиравано ка заданком уровне.

Кроме тоro, параллельна расхадомеру может быть включен вискоэиметр непрерывного действия. При этом общность приведенных рассуждений не нарушается при условии использования соответствующей имитационной модели или корреляционной зависимости между значениями величины рН и вязкости молока в процессе ега сквашивания.

Таким образом, предлагаемая система управления позволяет получить в непрерывном процессе кисломолочныи сгусток с заданными параметрами качества, т. е. рН и вязкостью.

Связь между и ь с имеет вид

Л, A.

5Q tl и л л (М-2} 6,щ = сс ь+ ",гл где N — число резервуаров в линии;

c. y, — время мойки резервуара, ч.

Закон функционирования преобразователя 15 выбран исходя из соотношения л - 1/ скь °

Регулирование температуры продукта реализуется с учетом зависимости удельной скорости роста микроорганизмов закваски от температуры р =р,е где P — удельная скорость роста ьыкроорганизмов при некоторой фиксированной температуре (1/ч);

В=с onst

T — температур а культивиров ания, В результате реализации данной системы обеспечивается выработка продуктов требуемого качества при колеба- . нии состава исходного молока и эконоi щ4и сырья е

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом сквашивания молока при гфоиэводстве кисломолочных продуктов, содержащая расходомер, установленный на линии подачи подсквашеннога молока в- резервуаре для сквашивания и подключенный к управляющему входу генератора пилообразного напряжения, контуры регулирования температуры в резервуаре и рН продукта в резервуаре, последнии контур вклю - ает рН-метр, соединенный с блоком сравнен я, !

615690 к входу которого подключен функциональный преобразователь, дешифратор и контур регулирования отбора готового продукта, включающий

5 датчик уровня, соединенный с регулятором, выход которого связан с исполнительным механизмом, установленным на линии отбора готового сгустка, отличающаясятем,что,с целью сокращения потерь продукта, она снабжена последовательно установлен— ными аналоговым ключом и широтно-импульсным модулятором, RS-триггером и пороговым элементом, а также генератором линейно нарастающего напряжения, счетчиком импульсов, источниками калиброванного напряжения, двумя дополнительными сравнивающими устройствами, усилителем мощности и устрой- о ством световой и звуковой сигнализации, при этом выход блока сравнения соединен с генератором линейно нарастающего напряжения и функциональным преобразователем, подключенным к 25 генератору линейно нарастающего напряжения, входы счетчика импульсов связаны с блоком сравнения, а выходы последнего — с дешифратором, который соединен с одним из входов усилителя gg мощности и устройством световой и звуковой сигнализации, а также с уп-, равляющим входом регулятора температуры, другой вход усилителя мощности подключен к дополнительному сравнивающему устройству, соединенному с одним из источников калиброванного напряжения, выход усилителя мощности связан с исполчительным механизмом, установленным на линии подачи стимулятора роста бактерий, вход второго дополнительного сравнивающего устройства связан с вторым источником калиброванного напряжения, выход его— с исполнительным механизмом, расположенным на линии отбора готового сгустка, причем рН-метр подключен к входам 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 широтно-HMпульсного модулятора связан с RSтриггером, функциональным преобразователем и исполнительным механизмом, установленным на линии подачи подсквашенного молока в резервуар, а второй вход порогового элемента подключен к расходомеру.