Адаптивная система управления мойкой оборудования городского молочного завода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Бунеев, Алексей Владимирович

• Бунеев, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бунеев, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ МОЙКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

1.1 Современное состояние автоматизации процессов проведения мойки технологических объектов.

1.2 Физико-химические и технологические особенности проведения мойки технологических объектов

1.2.1 Молочное загрязнение осадков на стенках аппаратов.

1.2.2 Механизм формирования жировых отложений на внутренней поверхности молокопроводов и теплообменного оборудования.

1.2.3 Классификация загрязнений и некоторые замечания по удалению загрязнений.

1.2.4 Обзор и требования к применяемым химическим санитарным средствам.

1.2.5 Мойка и дезинфекция как меры санитарной обработки.

1.2.6 Постановка задачи исследования.

Выводы.

2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МОЙКИ.

2.1 Адаптивная система управления. Выбор принципа управления для реализации адаптивной системы управления мойкой.

2.2 Математическое описание смыва загрязнений с внутренней поверхности.

Выводы.

3. СИНТЕЗ САУ ПРОЦЕССАМИ МОЙКИ

3.1 Синтез адаптивной системы управления внутренней мойки оборудования.

3.2 Расчет параметров, характеризующих загрязнение технологического оборудования.

Выводы.

4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОЙКОЙ ОБОРУДОВАНИЯ ГОРОДСКОГО МОЛОЧНОГО ЗАВОДА.

4.1 Состав и характеристики системы управления.

4.2 Техническая реализация результатов теоретических исследований

4.2.1 Влияние физических величин на оценку степени загрязненности оборудования.

4.2.2 Алгоритм работы адаптивной системы управления мойкой оборудования.

4.3 Результаты внедрения адаптивной системы управления.

4.4 Перспективы развития работы по оптимизации управления мойки оборудования.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптивная система управления мойкой оборудования городского молочного завода»

По мере развития в нашей стране рыночных отношений российские предприятия стали осознавать, что без радикального решения проблемы качества едва ли возможен успешный выход из экономического кризиса, формирование эффективной рыночной экономики, интегрирование в мировое хозяйство.

Доказательство качества становится необходимым коммерческим аргументом при заключении контрактов, а качество- определяющим фактором конкурентоспособности продукции.

Совершенствование качества- постоянный процесс, им должна управлять хорошо организованная система, стратегией которой является распространение менеджмента качества на все структурные подразделения, а тактикой- сочетание новых прогрессивных технологий с профессиональной подготовкой персонала.

Менеджмент качества осуществляется с помощью трех фундаментальных процессов:

1. Планирование качества.

2. Контроль качества.

3. Совершенствование качества.

Одними из основных аспектов управления качества являются:

1. Разработка процесса, который позволит произвести товар или услугу в соответствии с запланированными характеристиками. В производственном процессе должна быть заложена процедура, обеспечивающая соответствующую потребительскую характеристику. Если существующий производственный процесс хотя бы по одному из параметров не отвечает требованию получения товара или услуги с запланированными свойствами, нужно разработать новый процесс.

2. Разработка механизмов контроля процессов производства товара или услуги. Каждой потребительской характеристике соответствует характеристика процесса производства, обеспечивающая заданные свойства и соответствующий механизм контроля. Определяется объект контроля, единица, в которой будет выражаться оценка, масштаб допустимых отклонений и метод оценки.

Значение гигиены в процессе производства продуктов питания очень велико. Достаточно сказать, что от того, насколько чистым и стерильным является промышленное помещение и оборудование, на котором изготавливается продукт, зависит не только его вкус, набор полезных качеств и возможность хранения, но и, без всякого преувеличения, жизнь и здоровье потребителей.

Предприятия молочной промышленности, выпускающие продукты, ежедневно используемые потребителями различных возрастов, следят за соблюдением рецептуры изготовления самого товара так же серьезно, как и за процессом обработки помещений и оборудования /14/.

Многие фирмы по всему миру ведут разработки в области создания оптимальных по своим технологическим и экологическим параметрам средств для мойки и дезинфекции оборудования пищевой промышленности.

В директиве Европейского союза 93/43/ЕЕС (январь, 1996) показана необходимость принятия мер для обеспечения безопасности продукции, предусматривается внедрение на пищевых предприятиях системы автоматизированного контроля, основанной на идентификации параметров в критических точках. Данная директива основана на принципах метода НАССР (Hazard Analysis Critical Control Point), позволяющего гарантировать безопасность продукции.

Мойка и дезинфекция является одной из основных технологических операций молочной промышленности. Для успешного решения проведения качественной мойки потребуется создание нового, а также совершенствование существующего технологического оборудования, применение адаптивных систем управления, использующих получаемую в процессе функционирования информацию для уточнения и прогнозирования характеристик технологического процесса, коррекции на этой основе алгоритмов определения управляющих воздействий встроенных систем автоматического управления контроля качества с использованием микропроцессоров.

Вышеизложенное в силу своей актуальности определило тему диссертационной работы, посвященной исследованию проведения гарантированно качественной мойки технологического оборудования, введение адаптивности в процесс проведения моечного процесса.

Цель диссертационной работы: заключалась в введении текущего анализа загрязненности оборудования во время проведения процесса мойки и как следствие создание адаптивной системы управления мойкой оборудования городского молочного завода. Научная новизна:

1. Разработан и представлен новый принцип подхода к моделированию;

2. Получена математическая модель смыва загрязнений на базе недетектирующих элементов, отвечающая основным концептуальным представлениям о механизме процесса смыва загрязнений;

3. Разработан новый метод синтеза управления мойкой оборудования;

4. Разработана методика проведения анализа степени загрязненности оборудования, предложен новый подход по управлению и контролю за моечным процессом;

5. Разработан алгоритм управления адаптивной системы управления при проведении моечного процесса (происходит подстройка структуры модели в соответствии с текущим состоянием загрязненности оборудования соответственно с изменением функции управления).

Практическая ценность.

Применение разработанного способа адаптивного управления системы мойкой повышает эффективность проведения процесса мойки оборудования, даёт возможность контроля за качеством мойки, приводит к уменьшению времени мойки оборудования до 15%, уменьшению ресурсов по проведению мойки оборудования (уменьшение потребления количества моющих средств до 5%, уменьшение количества затрат на энергоносители до 7%), а также происходит повышение эффективности использования оборудования по сравнению с существующими способами при показателях качества мойки, отвечающим требованиям ГОСТ.

Реализация и внедрение результатов исследований. На основании выполненных исследований и предложенных технических решений внедрена и успешно работает адаптивная система управления мойкой оборудования на следующих предприятиях молочной промышленности:

• ОАО Лианозовский молочный комбинат (компания Вимм-Биль-Данн) Линия по производству йогуртов и десертов.

Внедрение - с июня 2004г;

• ЗАО «Компания «Нутритек» (завод по производству детских сухих молочных смесей).

Линия по производству детского и специального питания.

Внедрение - с сентября 2004г;

Результаты работы подтверждены актами о внедрении.

В первой главе сделан обзор существующего оборудования и систем автоматизации объектов мойки и моечных станций. Показан механизм отложения загрязнений и зависимость факторов, влияющих на количество отложений загрязнений. Приведена классификация загрязнений и их химический состав. Выделены основные факторы, влияющие на процесс мойки оборудования. Дана классификация моющих растворов, сформулированы основные требования к моющим растворам. Дана общая характеристика и осуществлен анализ процесса смыва загрязнений, в результате чего сформулированы основные цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке математического описания процесса смывания загрязнений. Предложена структура модели смывания загрязнений с поверхности оборудования. Представлена передаточная функция одного элемента модели с возможными состояниями в терминах детектирующих звеньев и недетектирующих элементов. На основе сформулированных принципов автоматизации определены свойства системы.

В третьей главе описан синтез адаптивной системы управления мойки оборудования. Первоочередной задачей этой главы, является получение функции управления. Описание связи между физическими величинами, характеризующими процесс контроля мойки оборудования и физическими величинами, влияющими на процесс очистки оборудования.

В четвертой главе рассмотрено аппаратное оснащения и предложен алгоритм решения задачи адаптивного управления. Так же приводится пример реализации управления моечным процессом на городском молочном заводе.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы на различных этапах её выполнения докладывались и обсуждались на четвертой международной научно-технической конференции «Пища, экология, человек» (Москва, 2001 г), на научно-технической конференции «Мойка технологического оборудования» (Германия, Гамбург, 2002г), пятом международном симпозиуме «Интеллектуальные системы INTELS2002» (Калуга, 2002г.), на тематических семинарах по гигиене молочных производств, организованных компанией «Anti-Germ Gerhard Ruff» (Москва, Самара, Нижний Новгород -2004г., Челябинск, Волгоград, - 2005г), и компанией «Dr. Weigert» (Москва, -2003г., Санкт-Петербург, Краснодар-2004г., Москва 2005г).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 3 печатных работы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель смыва загрязнений;

2. Метод синтеза управления мойкой оборудования;

3. Обоснование и выбор принципа управления;

4. Алгоритм адаптивного управления процессом мойки в соответствии с текущим состоянием загрязненности оборудования соответственно с изменением функции управления.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Бунеев, Алексей Владимирович

Основные результаты работы:

1. Получена математическая модель смыва загрязнений, отвечающая основным концептуальным представлениям о механизме процесса;

2. Разработана методика проведения анализа степени загрязненности оборудования, предложен новый подход по управлению й контролю за моечным процессом;

3. Разработан алгоритм управления, реализующий адаптацию системы управления при проведении моечного процесса (происходит подстройка структуры модели в соответствии с текущим состоянием загрязненности оборудования и как следствие изменение функции управления);

4. На основании выполненных исследований произведена модернизация системы управления мойкой линии по производству йогуртов и десертов на ОАО «Лианозовском молочном комбинате» и модернизация системы управления мойкой основного производства на ЗАО «Компания «Нутритек», что отражено в актах внедрения систем управления в промышленность;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В работе проведен анализ направлений совершенствования системы управления мойкой городского молочного завода. Разработана адаптивная система управления моечным процессом на городском молочном заводе, которая обеспечивает возможность оценки окончания процесса мойки по информации о загрязненности оборудования и позволяет управлять длительностью протекания моечного процесса. Совокупность вышеперечисленных свойств позволяет обеспечить ресурсосберегающее управление, позволяющее уменьшить энергозатраты, снизить расход моющих средств на единицу готовой продукции, повысить объем производства с проведением гарантированно качественной мойки оборудования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бунеев, Алексей Владимирович, 2005 год

1. Алагезяи Р.Г., Моргунова Г.С. Современные способы очистки тепло-обменных аппаратов: Обзорная информация. -М.: ЦНИИТЭИмясо-молпром, 1980.,-с.ЗО.

2. Бойерле Ханс-Петер, Бах-Беценар Г. Коммуникация в технике автоматизации. Автоматизация производства. // Руководство. АО Сименс, Берлин, Мюнхен, 1991.

3. Бунеев A.B., Смирнов H.H., Горшков И.К. Адаптивная система управления мойкой и дезинфекцией технологического оборудования молочного завода // Живые системы и биологическая безопасность населения : Материалы четвертой МНК. -М., 2005. с. 113-115.

4. Васильев Л.Г. Гигиеническое и противоэпидемическое обеспечение производства молока и молочных продуктов. -М.: Агропромиздат, 1990. с. 224-226.

5. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп. // Справочное издание. Под ред. Филова В.А. -Л.: Химия, 1989.

6. Гигиенические требования безопасности в пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН2.3.2.1078-01. -М.: Минздрав России, 2002.

7. Горбатова K.K. Биохимия молока и молочных продуктов. -М.: Колос, 1997. с.32-33, 59.

8. Ю.Горбатова К.К. Химия и физика белков молока. -М.: Колос, 1993.

9. Горбунов A.B., Митин В.В., Усков В.И. Механизация и автоматизация мойки оборудования на предприятиях молочной промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1979. -112с.

10. Дегтерев Г.П. Механизм образования и классификация молочных загрязнений. Молочная промышленность. Выпуск 6. -М., 1999., с.30-31.

11. Дигун П.И., Шевцов В.П. Эффективность производства молока. -М.: Нива России, 1992. с.102-108.14.«Молочное дело». Современные подходы к санитарии. Др. Вайгерт // Журнал №46. -М., 2002.

12. Информация по продуктам автоматизации и приводов. // Технические характеристики. АО Сименс, Департамент автоматизации и приводов. СА01, -М., 2003

13. Карабаев М.К., Совершенствование и автоматическое регулирование технологических процессов непрерывных регенеративных пастеризационных установок молока. Канд. дисс., -Т., 1986. с. 15-18

14. Кук Г.А. Пастеризация молока. -М.: Пищепромиздат, 1951.

15. Предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности (технологические процессы, сырье). Производство молока и молочных продуктов. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.3.4.551-96. -М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

16. Программируемый контроллер SIMATIC S5 115U. // Руководство ЦПУ 941/942/943/944, GWA4NEB 811 6000-01а.

17. Программируемые контроллеры S7-400 М7-400. // Руководство пользователя. Выпуск 2. C79000-G7076-C400-01.

18. Производство молочных продуктов. Качество и эффективность. -М.: Пищевая промышленность, 1979. -287с.

19. Под ред. Красовского Л.Л. Справочник по теории автоматического управления. Адаптивные системы.// Справочник. -М.:1990. с.467-472.

20. Молочников В.В., Тукан Л.И., Кулешова И.М. Мойка теплообменнных аппаратов в молочной промышленности: Обзорная информация. -М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1975., с-36

21. Моор, В., Мойка и дезинфекция в молочном деле./ Пищепромиздат. -М.: 1957

22. С. Аспекты качества при производстве в молочной промышленности. --М. 2002., с.13, 16

23. Основы РгоАЬиэ, АО Сименс, Издание 11, -М., 2001.

24. Современные системы автоматизации теплообменных установок. // Обзорная информация.ЦНИИТЭИмясомолпром СССР. -М., 1977. с.62

25. Музычкин П.А. «Информационные системы в экономике», МИПК, 2005., с.138-141

26. Стрелюхина А.Н. Стабилизация качества пищевых продуктов в процессе производства. // Пищевая промышленность. Выпуск 6.-Краснодар: КГТУ, 1999. с.50-52.

27. Сухарева С.С. Покрытия для снижения пригара в молочной промышленности. -М., 2000. с.20

28. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Безотходная технология в молочной промышленности, -М.: Агропромиздат, 1989.

29. Цюльсдорф М. Применение моющих и дезинфицирующих средств в молочной промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1967. с.5-7, 12, 62.

30. Шабшаевич М.Л. Изучение режима рециркуляции продукта в пастери-зационно-охладительных установках: труды ВНИЭКИПродмаш, №29, 1972, с.23-28.

31. Шабшаевич М.Л. Исследование нестационарных режимов работы пастеризационно-охладительных установок. Канд. Дисс.-М., 1972.

32. Электрические и оптические сети SIMATIC NET. // Руководство, C79000-G8976-C125-02, Выпуск 05,-М., 2001

33. Юзвяк А.Г. Синтетические моющие средства в молочной промышленности.-М.гЦИНТИ Пищепром, 1967. с. 14

34. Barts, Н.: Keg-Reinigung nur ein Maschinenproblem? In: Brauwelt, 125 (1985), Nr. 7, S. 255-257

35. Beckmann, J.: Kegsystem Systemkritik. In: Monatsschrift für Brauerei, 33 (1980) Nr. 2, S. 61-64

36. Bertsche, В., Lechner, G.: Zuverlässigkeit im Maschinenbau: Ermittung von Bauteil- und System-Zuverlässigkeiten. 2. Auflage, Springer, Berlin Heidelberg New York 1999, 42-43

37. British Standart Institution. Draft British Standart Code of Praktixe for Detergency in the Dairying Industry ,1953

38. Deutsches Institut fur Normung e.V.: DIN47 68 Erfassung der Rauheit von Oberflachen mit elektrischen Tastschnittgeraten

39. Dickinson, D. J.; Sage, D. E.: Spear washing in-place success or failure. In: Brewers'-Guardian, 103 (1974), Nr. 1, S. 31, 33-35, 37

40. Dürr, H.; Graßhoff, A.: Milk heat exchanger cleaning modelling of deposit removal. Trans IChemE Vol. 77, Part С, 114-118 (1999)

41. Dürr, H.; Graßhoff, A.: Milk heat exchanger cleaning modelling of deposit removal. Transact. Inst. Chem. Engng Dec. 1998 / March 1999

42. Dürr, H.; Graßhoff, A.: Milk heat exchanger cleaning modelling of deposit removal. Trans IChemE Vol. 77, Part С, 114-118 (1999)

43. Graßhoff, A.: Fundamental trials to clean UHT tubular modules. In Wilson, D. I.; Fryer, P. J.; Hasting, A. P. M. (Editors): Fouling and Cleaning in Food Processing 98, EUR 18804, 238-245 (1999) ISBN 92-828-5609-7

44. Graßhoff, A.: Über den Eintrag von Sauerstoff in wäßrige Fermentationsmedien mit Hilfe selbstansaugender Begasungsrührer.vt Verfahrenstechnik 15 247-255 (1981)

45. Graßhoff, A.: Untersuchungen zum Strömungsverhalten von Flüssigkeiten in zylindrischen Toträumen von Rohrleitungssystemen. Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte 32 (4) 273-298 (1980)

46. Graßhoff, A.: Die örtliche Flüssigkeitsbewegung und deren Einfluß auf den Reinigungsprozeß in zylindrischen Toträumen. Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte 35 (4) 471-492 (1983)

47. Graßhoff, A.: Produktverschleppung und Rekontamination an bewegten Ventilspindeln. Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte 38 (1) 3-38 (1986)

48. Graßhoff, A.: Zum Einfluß der chemischen Komponenten alkalischer Reiniger auf die Kinetik der Ablösung festverkrusteter Beläge aus Milchbestandteilen von Erhitzerplatten. Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte 40 (3) 139-177 (1988)

49. Graßhoff, A.: Studien über die Belagbildung auf Wärmeaustauschflächen beim Erhitzen von Milch mit einer Labor-Wärmeaustauscher-Apparatur. Milchwissenschaft 43 (12) 780-783 (1988)

50. Graßhoff, A.: Verfahrenstechnische Grundlagen zur alkalischen Reinigung von Plattenwärmeübertragern in der Molkereiindustrie. Tenside Surfactants - Detergents 27 (2) 130-135 (1990)

51. Graßhoff, A.; Reinemann, D. J.: Zur Reinigung von Milchsammelleitungen mit Hilfe einer 2-Phasen-Strömung. Kieler Milchvvirtschaftliche Forschungsberichte 45 (3) 205-234 (1993)

52. Grasshoff, A.: Fundamental trials to clean UHT tubular modules. In Wilson, D. I.; Fryer, P. J.; Hasting, A. P. M. (Editors): Fouling and Cleaning in Food Processing '98, EUR 18804, 238-245 (1999) ISBN 92-828-5609-7

53. Grasshoff, A.: Laborversuche zur Reinigung von Milcherhitzern mit enzymatischen Reinigungsmitteln. Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte 51 295-318 (1999)

54. Grasshoff, A.: Die Reinigung des Milcherhitzers mit Hilfe enzymhaltiger Reinigungsmittel. Milch-News 8 (6) 18-27 (2001)

55. Grasshoff, A.: Model tests for removing firmly encrusted milk deposits from heating plates using the CIP system. Kieler Milchwirtshaftliche Forshungsderichte 35 (4) 493-519, 1983

56. Grasshoff, A. Untersuchengen zum Stromungsverhalten von Flüssigkeiten in zylindrischen Totraumen von Rohrleitungssystemen. Kieler Milchwirtshaftliche Forshungsderichte 32 (4) 273-298, 1980

57. Grasshoff, A. Produktverschleppung und Rekontamination an bewegten Ventilspindeln. Kieler Milchwirtshaftliche Forshungsderichte 38 (1) 3-38, 1986

58. Hayes P.R.: Food microbiology and hygiene London; Elsevier appl. science, 1985, XVI,403 c., XK

59. Hauser, G., Michel, R.¡Zeitschrift fur Lebensmitteltechnologie und-verfahrenstechnik (ZFL) 35 (I) 40-45, 1984

60. Lang, V., Wildbrett, G., Linderer, M.: Spulergebnisse in einer gewerblichechen Geschirrspulmaschine. In: Ole, Fette, Wachse 122 (1996), 937-941.

61. Linderer, M.: Wirksamkeit des maschinellen Geschirrspulens gegenüber Starkeruckstanden. Diss. TU München 1993.

62. Luttgens. Organ. U. Anorg. Wasch-, Bleich, Reinigungsmittel, Heidelberg, 1952

63. Mohr, Weinert, Peters. Kieler Milchw. Forsch. Bericchte 5, 261-272, 1953

64. Mohr, Junger, Weinert: Kieler Milchw. Forsch. Bericchte 4, 437-454, 1952

65. Microbiology of ensiling. In: DR Buxton, et al. (eds), Silage Sei and Technol. Madison, WI: Amer Soc Agronomy, Crop Sei Soc Amer, Soil Sei Soc Amer, pp. 31-93.

66. Pahlow, G, RE Muck, F Driehuis, SJWH Oude Elferink, SF Spoelstra. 2003.

67. Prufstelle fur milchwirtschaftliche Maschinen, Apparate und Anlagen der Bundesanstalt fur Milchforschung, Kieler Milchwirtshaftliche Forshungsderichte 26 (2) 175-178, 1974

68. Reuter, H.: Reinigen und Desinfizieren im Molkereibetrieb. In: Chem. Ing. Technik 55 (1983), 293-301.

69. Risley, R. F.: Aseptic keg filling. In: Technical Quarterly, Master Brewers' Association of the Americas, 25 (1988), Nr. 3, S. 94-98

70. Schifferl, L.: Beitrag zur Reinigung von Kegs. In: Brauvvelt, 127 (1987), Nr. 35 S. 1521 1522, 1533

71. Skaarup, T.: FAO animal production and health paper. Rome, 1985, 5, 45

72. Tehnical descriptions. Operator panels OP27, OP37,Siemens AG, 11, -N., 1997.

73. Thor, W., Loncin, M.: Reinigen, Desinfizieren und Nachspülen in der Lebensmittel-Industrie.Institut für Lebensmittelverfahrenstechnik der Universität Karlsruhe, Kaiserstr. 12, 7500 Karlsruhe 1

74. Werksinformation ICHS Till GmbH Kriftel, 2003

75. Wildbrett G., Petelkau G., Kiermeier F.: Reinigung und Desinfektion von Tanks, II. Mitteilung: Untersuchungen mit Hochdrucksprühgerät zur Reinigung und Desinfektion von Tanks

76. Wildbrett G.(Hrsg.): Technologie der Reinigung im Haushalt. Ulmer, Stuttgard 1981, 100-101.