Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Харчова промисловість є однією з найбільших галузей господарства, що входять в агропромисловий комплекс країни. Розвиток консервної промисловості в Росії, наприклад, йде за рахунок будівництва нових заводів і модернізації існуючих підприємств. Одним з найбільш відповідальних технологічних процесів у консервному виробництві, від якого багато в чому залежить якість і збереження готової продукції, є стерилізація.

При стерилізації закупорені банки з продуктом піддаються дії високої температури, в результаті чого мікроорганізми, що знаходяться в банках, гинуть, тим самим забезпечується збереження харчових продуктів. Від якості проведення процесу стерилізації, який є найбільш важливим, складним і відповідальним етапом технології консервування, залежить якість готової продукції. Для стерилізації консервів найчастіше застосовують апарати періодичної дії - автоклави. Однак посібників і книг для вивчення і освоєння процесів стерилізації в останні роки майже не видавалося, особливо з питань ведення процесу за допомогою приладів автоматичного контролю та регулювання.

Висока якість консервної продукції забезпечується чіткою і злагодженою роботою всіх ланок процесу переробки. Стерилізація - один з найбільш відповідальних етапів переробки сільськогосподарських продуктів, для яких застосовують апарати періодичної дії - автоклави.

1. Актуальність теми

Відомі рішення, розроблені в сфері автоматизації автоклавів, відлякують замовників своєю ціною, або складністю реалізації самої системи автоматичного управління.Оскільки літератури, яка описує технологічний процес стерилізації в автоклавах періодичної дії, дуже мало. Її актуальність піддається безлічі питань, так як видана вона була в кінці 90-х років, а як відомо, прогрес давно ступив вперед.

Необхідність дотримання режиму стерилізації робить тему актуальною і практично корисною.

Введення автоматичного регулювання та контролю параметрів процесу стерилізації дозволить різко знизити обсяг бракованої продукції, скоротити час впливу підвищеної температури на продукт, знизити витрату електроенергії, а також зменшити чисельність обслуговуючого персоналу і вплив людського фактора на параметри процесу.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою роботи є дослідження і розробка системи автоматичного керування автоклавом періодичної дії.

Основні задачі дослідження:

  1. Аналіз процесу стерилізації в автоклаві періодичної дії. Проектування системи автоматичного керування трьома автоклавами періодичної дії.
  2. Розробка функціональної схеми системи автоматичного управління. Розробка принципової схеми системи управління.
  3. Розробка моделі системи автоматичного управління автоклавом
  4. Розробка алгоритму роботи системи автоматичного керування з трьох автоклавів.

Об'єкт дослідження: автоклав періодичної дії.

Предмет дослідження: контроль і стабілізація параметрів процесу стерилізації в автоклаві періодичної дії.

В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів по наступним напрямкам:

  1. Розробка підходу синтезу автоклава періодичної дії, орієнтованого на зменшення витрат апаратури, підвищення якості готової продукції.
  2. Модифікація відомих методів ідентифікації параметрів стерилізації.

    Для експериментальної оцінки отриманих теоретичних результатів і формування фундаменту наступних досліджень, як практичних результатів планується розробка системи автоматичного управління, побудована за сучасними тенденціями розвитку автоматизації.

    3. Огляд досліджень та розробок

    Оскільки автомати Мура є важливою частиною цифрових систем, то проблеми їх синтезу, аналізу, мінімізації і реалізації були широко досліджені як американськими, європейськими, японськими вченими, так і вітчизняними спеціалістами. Питанням реалізації цифрових пристроїв за допомогою FPGA і Verilog HDL також присвячений ряд робіт, головним чином, дослідників західної школи.

    3.1 Огляд міжнародних джерел

    На рубежі XVIII- XIX століть уряд Франції було проінформоване про те, що матроси і солдати на фронтах відчувають голод. Крім неврожаїв і спустошень, спричинених війною, особливо важко давалася запасати їжу про запас. Тому уряд звернувся до всіх громадян Франції з пропозицією знайти спосіб збереження їжі на тривалий термін. У Парижі з'явилися оголошення, які обіцяли 12 тис. Франків вирішив цю задачу. Премія дісталася Ніколя Апперу, який витратив більше десяти років на експерименти. Так з'явилася консервація[4].

    Хоча консервування їжі було відкрито у Франції, найбільший розвиток воно набуло в США. Американці винайшли багато машин, що прискорюють і спрощують роботу. Риборозділювальні автомати виконують, наприклад, всі операції, які раніше робила людина: вони відрубують рибам голови і хвости, чистять, миють, видувають сильним струменем повітря нутрощі, укладають рибу в бляшанки, стерилізують її і герметично закладають банки. Наступною сходинкою консервної техніки була блискавична гаряча стерилізація і швидке заморожування. Блискавична стерилізація заснована на тому, що швидке і сильне нагрівання, вбиваючи все бактерії, майже не впливає на смак і поживність продуктів. Здійснення блискавичного нагріву вимагає великої роботи.Треба, зокрема, змінювати теплопровідність продуктів, щоб тепло з достатньою швидкістю досягало найглибших шарів консервів.

    Іншими джерелами інформації про фундаментальні принципи стерилізації можуть служити статті з мікробіології А. Новака, Н. Вронковської, А. Дроздовича [5-6].

    При розробці систем автоматичного управління, необхідно у читав принцип побудови самого автоклава, котори й докладно описаний в статтях учених Американської стерилізаційної компанії Р. Бреинбридж, Р. Краш [7].

    У 60-х роках минулого століття вчений-розробник Е. Поітрас запатентував свій іноваційний метод парової стерилізації [8].

    Майже через 25 років, Американська стерилізаційна компанія патентує покращений метод парової стерилізації, розробниками якого стали Д. Янг і Ф. Халекк [9].

    Активну участь у процесі дослідження стерилізації приймали й російські розробники В.П. Ангелюк, Д.А. Скотников, Э.Р. Чинарова описали процес стерилізації банкових консервів [10].

    . В.П. Ангелюк, Е.А. Шибанова розробили систему виробництва баночних консервів на основі енергоресурсів заощадження [11].

    3.2 Огляд національних джерел

    У Київському національному університеті харчових технологій активно вивчалися апарати періодичної дії і управління ними на основі методів розробки программаторов кандидатом технічних наук І.Н. Кліменко. Також їм і професором В.Г. Трегубом була розроблена математична модель періодичних процесів з протитиском [12-14].

    Я І. Федишин (Львівський національний університет ветеринарної медицинции і біотехнологій імені С.Г. Гжицького), Т.В. Гембара (ЛНУ «Львівська політехніка ») і Т.Я. Федишин розробили алгоритм оптимального управління теплофізичних процесом стерилізації [15-16]. Пізніше вдосконалии його з урахуванням мінімізаціїпитомих теплових витрат із забезпеченням харчової цінності [17]. Создали дискретную математическую модель теплофизического процесса стерилизации [18].

    Створили систему автоматичного керування тепловою обробкою м'яса за параметрами біологічної цінності [20].

    СІснують розробки систем автоматичного управління автоклавами в харчовій промисловості, розроблені ОДЕССПРОДКОМПЛЕКС. Підприємство пропонує модернізовані промислові автоклави з автоматичним управлінням. В основі нього лежить метод душирования або парової стерилізації в автоклавах вертикального типу [21].

    3.3 Обзор локальных источников

    У Донецькому національному технічному університеті (кафедра автоматики і телекомунікацій) широко розроблятися лись системи авто ма тичного управління тепло обмінниками М.М. Чернишовим, його колегами і студентами [22].

    4. Структурно – параметрична ідентифікація моделі процесу стерилизації в автоклавах періодичної дії

    Проблема автоматизації процесу стерилізації готової продукції, незважаючи на численні технічні рішення в цій області і існуючі системи управління, продовжує залишатися актуальною. Труднощі її рішення пов'язані зі зміною динамічних характеристик об'єкту.

    Якісне регулювання процесу може бути досягнуто при реалізації самонастраивающейся системи, що можливо при використанні цифрового регулятора, в який введено блок ідентифікації еталонної моделі.

    Запропонована модель по каналу зміни температури, яка може бути використана в якості внутрішньої моделі регулятора, і алгоритм її параметричної ідентифікації.

    На рис. 1.1 приведен график подстройки коэффициента теплопередачи в процессе идентификации.

    Рисунок 4.1 – Графік змінення оцінки коефіціенту передавання тепла у процесі отримання нових вимірів

    Рисунок 4.1 – Графік змінення оцінки коефіціенту передавання тепла у процесі отримання нових вимірів

    Рисунок 4.2 – Графік змінення оцінки коефіціенту тепловіддачі у процесі отримання нових вимірів

    Рисунок 4.2 – Графік змінення оцінки коефіціенту тепловіддачі у процесі отримання нових вимірів

    Графік передавання тепла асимптотично наближається до відмітки 0,058 кДж/(с*м2*0C), це значення і є оцінка коефіціенту теплопровідності стін автоклаву.

    Висновки

    Отримані результати при використанні РМНК теоретично мають важливими з точки зору практичного застосування властивостями, а саме: незсуненостіодержуваних оцінок параметрів, мінімальною дисперсією помилки, збіжність до істинного значення параметрів при прагненні помилки до нуля.

    Таким чином, у моделі стерилізації у водному середовищі по каналу подачі гарячої води - температура гріючого середовища можна визначити методом найменших квадратів за спостереженнями об'єкта в залежності від керуючого впливу, що дозволяє вико ьзовать її для визначення найбільш ефективного впливу на об'єкт при зміні динамічних характеристик стерилізується продукції, параметрів пари, що гріє і ступеня завантаження автоклава.

    Дана модель призначена для реалізації в мікропроцесорної системі управління процесом стерилізації консервної продукції у вертикальних автоклавах періодичної дії.

    Перелік посилань

    1. Власов А.В. Підвищення ефективності стерилізації консервів паром в автоклавах. Автореф. дис. канд. техн. наук. Мурманськ, МГТУ, 20 с., 2010 року.
    2. Верболіз Є.І. Вдосконалення тепломасообмінних процесів в апаратах для стерилізації консервів // Вісник Міжнародної академії холоду. 2005. № 1. С. 42-43.
    3. Щагін А.В. та ін. Основи автоматизації технологічних процесів. - М .: Вища освіта, 2009. - 163 с.
    4. Невідомий І.П. Історія створення консервів [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://histnote.ru/istoriya-sozdaniya-konservov/.
    5. Nowak A., Wronkowska H. Zentralblatt fur Mikrobiologie Volume 142, Issue 7, 1987, Pages 521-525 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0232439387.
    6. Drozdowicz A. Zentralblatt fur Mikrobiologie Volume 142, Issue 7, 1987, Pages 487-493 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0232439387800574#!.
    7. Bainbridge R., Krahe R. Sterilizing apparatus and integrated sterilizer control [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.google.com/patents/US4261950.
    8. Poitras E. Steam sterilization method US 2868616 A [Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://www.google.com/patents/US2868616.
    9. Young J., Halleck F. Load conditioning control method for steam sterilization US 4164538 A [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.google.com/patents/US4164538.
    10. Ангелюк В.П. Спосіб стерилізації банкових консервів / Ангелюк В.П., Д.А. Скотарів, Е.Р. Чінарова // Збірник статей VI Всеросійської науково-практичної конференції. У 2 ч. Ч. 2. - Саратов: СГАУ, 201 2. - C. 147 - 14 9.
    11. Ангелюк В.П. Проізводство банкових консервів на основі енергоресурсу заощадження / В.П. Ангелюк, Е.А. Шибанова // Збірник статей VI Всеросійської науково-практичної конференції. У 2 ч. Ч. 2. - Саратов: СГАУ, 2012. - C. 149 - 151.
    12. Клименко О. М. Системи автоматизованого управління стерілізаторамі періодічної. Дії з використаних методів розробки програматорів: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.07 / Клименко Олег Миколайович; НУХТ. - К., 2015. - 24 с.
    13. Клименко О. М. Дослідження програматорів для систем управління апаратами періодичної дії / О. М. Клименко, В. Г. Трегуб // Наукові праці НУХТ. - 2012. - № 42. - С. 11-15.
    14. Клименко О. М. Математичне моделювання періодичних процесів в автоклавах з протитиском / О. М. Клименко, В. Г. Трегуб // Наукові праці НУХТ. – 2014. – Т. 20, № 6. – С. 14-20.
    15. Федишин Я.Н. Алгоритми оптимального управління теплофізичним процесом стерилізації / Я.Н. Федишин, Т.В.Гембара, Т.Я. Федишин // Науковий вісник ЛНУВМБТ імені С.Г. Гжицького. - 2015. - Т. 15, №1 (55). - С. 191-197.
    16. Федишин Я.Н. Оптимальне управління теплофізичним процесом стерилізації за мінімізацією прямих питомих теплових витрат із забезпеченням харчової цінності / Я.Н. Федишин, Т.В.Гембара, Т.Я. Федишин // Науковий вісник ЛНУВМБТ імені С.Г. Гжицького. - 2015. - Т. 16, №2 (59). - С. 212-217.
    17. Федишин Я.Н. Чисельні методи в оптимальному управлінні теплофизичним процесом стерилізації / Я.Н. Федишин, Т.В.Гембара, Т.Я. Федишин // Науковий вісник ЛНУВМБТ імені С.Г. Гжицького. - 2015. - Т. 17, №1 (61). - С. 127-134.
    18. Федишин Я.Н. Дискретне математичне моделювання теплофизичного процесу стерилізації із застосуванням модифікованих біофізичних характеристик термостійкості та летальності / Я.Н. Федишин, Т.В.Гембара, Т.Я. Федишин // Науковий вісник ЛНУВМБТ імені С.Г. Гжицького. - 2012. - Т. 14, №2 (3). - С. 276-281.
    19. Федишин Т.Я. Використання закону Арреніуса для теплофізичного розрахунку процесу стерилізації / Т.Я. Федишин, О.Г. Бурдо, Т.В.Гембара, Т.М. Демків // Наукові праці Одеської держ. академ. харч. технол. - 2001. – Вип. 22. - С. 152-159.
    20. Гембара Т.В. Управління тепловою обробкою м’яса за параметрами біологічної цінності / Т.В.Гембара , Я.И. Федишин, Т.Я. Федишин // Науковий вісник ЛНУВМБТ імені С.Г. Гжицького. – Львів. - 2003. - Т.5, №1. - С. 149-152.
    21. Соколов К. Автоклав (стерилізатор) з автоматичним управлінням [Електронний ресурс]. - Режим доступу:: https://www.tushe.od.ua/autoclave.
    22. Чернышев Н. Н. Система автоматичного управління протитечійним теплообмінних апаратом / Н.Н.Чернишов, В.А.Зайцев // Х V Міжнародна молодіжна наукова конференція «Севергеоекотех-2014» [Текст]: матеріали конференції (26-28 березня 2014 р.). У 5 ч. Ч. 1. - Ухта: УГТУ, 2014. - C. 36-39.