Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом производства пива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В современной конкурентной борьбе за продвижение своей продукции на рынки сбыта и завоевание доверия потребителей немыслимо обходиться без использования последних технологий в области автоматизации производства, повышения и контроля качества, а так же увеличения производительности. Это может быть внедрено в производство путем модернизации существующих автоматизированных систем или же разработкой принципиально новых систем, способных решать более широкий круг задач при минимальных затратах времени и человеческого труда.

Одной из таких отраслей, стремящихся максимально усовершенствовать технологию и качество продукции, является пивоваренное производство. Сегодня технологические линии представляют собой комплексное, полностью автоматизированное технологическое оборудование с возможностью подключения к централизованным управляющим системам предприятия. Задачей разработки автоматизированной системы является обеспечение максимальной автономности технологического процесса, минимальных затрат на контроль за параметрами со стороны операторского персонала. Объектом автоматизации выбран намывной фильтр, использующийся для осветления пива перед подачей на стадию розлива.

1. Сведения об объекте автоматизации

1.1 Краткая характеристика предприятия

3 ноября 2001 года в Краснодаре состоялась официальная церемония открытия пивоваренного производства Филиала №1 ЗАО МПБК «Очаково».

Введение в строй нового производства - профилирующего для пиво- безалкогольного предприятия- фактически знаменует начало полноценной работы Краснодарского завода мощностью 400 миллионов литров пива в год.

После выхода завода на полную проектную мощность краснодарский филиал «Очаково» стал самым крупным пищевым предприятием на юге России.

На сегодняшний день «Очаково» уже является безусловным лидером среди фигурантов пивного рынка Краснодарского региона (доля пива "Очаково" в Краснодарском крае составляет более 15%). Теперь, в связи с началом производства пива, эта цифра еще увеличится, поскольку продукция местного производства традиционно более популярна у населения. Немаловажным фактором предпочтений станет также и то, что все напитки будут более доступны по цене, чем производящиеся в Москве.

С начала 2001 года на Краснодарском заводе было произведено более 14,3 миллионов литров напитков:

Пиво:

марки «Очаково»: «Светлое», «Специальное», «Оригинальное», «Клас-сическое»-выпускается в ПЭТ объемом 1,5л, 2,25л, а также в кегах по 30л и 50л

марки «Ячменный колос»: «Светлое», «Крепкое»- выпускается в ПЭТ объемом1,5л, 2,25л, а также в кегах по 30л и 50л

«Золотое»- выпускается в классической стеклобутылке объемом 0,5л, премиальной бутылке рассчитано на 0,475л и в кегах по 30 и 50л

«Народное»- выпускается в ПЭТ объемом 0,5л.

безалкогольные напитки

Серии «Ах»: «Дюшес», «Колокольчик», «Экстра-ситро», «Крем-сода», «Саяны», «Аромат абрикоса», «Байкал».

серии «Джус-тим»: апельсиновый, апельсиново-морковный, персиковый, грейпфрутовый, ягодный- выпускается в ПЭТ объемом 0,5л и 1,5л

квас «Очаковский»- выпускается в ПЭТ объемом1,5л

4) слабоалкогольные напитки

марки «Очаково», «Джин-тоник», «Сидор», «Ром-кола», «Оранж» выпускается в ПЭТ объемом 0,5л и 1,5л.

минеральная вода

«Лучезарная»-выпускается в ПЭТ объемом 0,5л и 1,5л.

Появившийся на Кубанской земле завод не только выпускает про-дукцию и пополняет городской и краевой бюджеты - более 600 специалистов получили стабильную, хорошо оплачиваемую работу.Коли-чество сотрудников: 1003 человека. Средний возвраст сотрудников:30 лет. С введением новых производств число сотрудников Краснодарского "Очаково" увеличится до 1000. А, как известно, 1 рабочее место в пивова-ренной отрасли автоматически влечет за собой создание 8 рабочих мест в смежных отраслях производства

Все работы по вводу новых производственных мощностей завершены в 2002 году. По словам президента комбината «Очаково» Алексея Кочетова, компания ведет строительство на собственные средства, а также использует банковские кредиты. Планируемый срок окупаемости проекта - 6,5 лет.

Социальная ответственность

«Очаково»-процветающее предприятие, уделяющее большое внимание благотворительности. За годы существования поддержку Филиала получили многие организации.

Самые юные школьники по всему ЮФО получают поздравления от Филиала №1 ЗАО МПБК «Очаково» к 1 сентября. Круглый год Филиал выделяет продукцию для учащихся спецшкол и интернатов к праздничным праздникам.

Регулярно помощь от комбината получают военнослужащие Красно-дарского края. В ноябре 2003 года гуманитарная помощь была отправлена разведчикам в Чечню. Пострадавшим от наводнения, случившегося в Краснодарского крае летом 2002 года «очаковцы» отправляли питьевую воду и продукты, вещи и предметы гигиены.

Филиал №1 ЗАО МПБК «Очаково» постоянно принимает активное участие в жизни Краснодара. Ни один День города не проходит без участия комбината. Кроме того, при содействии «Очаково» проводились праздники в Новороссийске, Славянске-на-Кубани и других городах.

«Очаковские» пивные фестивали ежегодно собирают десятки тысяч пок-лонников нашей продукции. Теперь они проводят не только в Краснодаре, но и а других городах ЮФО.

Награды Филиала №1 ЗАО МПБК «Очаково»

Филиал №1 ЗАО МПБК «Очаково» имеет множество наград за качество продукции, объемы производства и активное участие в жизни города Краснодара.

Филиал является дипломантом краевой целевой программы «Качество» и имеет право ставить на своей продукции знак «Качество Кубани». За высокое качество и широкий ассортимент производимой продукции комбинат награжден в рамках выставок «Дни Краснодарского края в Ганновере», «Дни экономики Краснодара в Воронеже», «Дни экономики Краснодара в Екатеринбурге».

13-14 ноября 2003 года Филиал №1 ЗАО МПБК «Очаково» успешно прошел сертификацию по системе качества ISO 9001:2001. ISO- это международная организация по сертификации, которая работает с 1947 года.

Филиал №1 ЗАО МПБК «Очаково»- одно из первых пищевых предприятий на Юге России, прошедшее сертификацию. Признание того, что производство напитков на комбинате «Очаково» соответствует системе ISO, очень важно для компании. Наличие сертификата освобождает предприятие от проведения дополнительных экспертиз качества, дает возможность выйти на международный рынок, служит залогом высокого доверия со стороны партнеров и потребителей.

Многократно Филиал №1 ЗАО МПБК «Очаково» признавался лучшим предприятием пищевой отрасли по решению Совета директоров при администрации города Краснодара на конкурсе «Лучшее предприятие отрасли города Краснодара».

Кроме того, в 2003 году администрация города Краснодара наградила комбинат за большой вклад в развитие города в связи с присуждением городу Краснодару ордена «За честь и доблесть», премии «Российской национальный Олимп», и титул «Город России 2002».

1.2 Схема технологического процесса, применяемое оборудование, его характеристики

При дображивании и созревании в цехе дображивания пиво осветляется недостаточно. В нем во взвешенном состоянии остаются дрожжевые клетки, белковые и полифенольные вещества, хмелевые смолы, соли тяжелых металлов, различные микроорганизмы, образующие муть. Поэтому после дображивания пиво подвергается осветлению сепарированием или фильтрованием, или тем и другим вместе.

Применение высокопроизводительных фильтров во многом более выгодно с точки зрения снижения затрат на производство, чем применение сепараторов-осветлителей. В качестве намывного слоя фильтровального порошка используют диатомит(кизельгур), фильтроперлит и др. Производительность фильтров составляет от 5000 до 15000 дм3/ч и площадь поверхности фильтрования от 22 до 60 м3.

Объектами управления служат: дозатор фильтровального порошка; насос, обеспечивающий циркуляцию жидкости по замкнутому контуру через дозатор; линии подачи и откачивания воды в фильтрующую установку, линии подачи пива, а также сама фильтрующая установка.

Технологический процесс фильтрации состоит из следующих этапов. Подготовленную к работе установку заполняют водой, одновременно подается вода в дозатор и приступают к нанесению на листы опорного картона первого слоя фильтровального порошка путем прокачивания суспензии из дозатора.

Для приготовления суспензии в бункер дозатора засыпают фильтровальный порошок(диатомит сорта А), из расчета 0,6 кг на 1 м2 фильтрующей поверхности. Затем обеспечивают циркуляцию жидкости насосом через дозатор. Суспензию фильтровального порошка прокачивают до тех пор, пока вода в смотровом стекле станет прозрачной. После чего наносят второй фильтрующий слой порошка (диатомит сорта Б) из расчета 0,7 кг на 1 м2 фильтрующей поверхности.

После нанесения фильтрующего слоя приступают к фильтрованию пива. Для этого обеспечивается подача пива миную дозатор , а также подача суспензии фильтровального порошка в поток пива. Расход порошка составляет 1,5 -2 кг на 1000 дм3 пива. При нормальной работе дозатора в окне расходомера видно поступление фильтровального порошка в пиво. В зависимости от степени осветления дозу порошка можно регулировать.

Пиво фильтруют до момента, когда давление в фильтре повысится до 0,5 МПа или резко упадет скорость фильтрования. Тогда подачу пива прекращают и вытесняют его из фильтра водой. Насос останавливают и фильтр раскрывают, включая привод зажимного механизма, отводящий нажимную плиту. Рамы и плиты фильтра промывают холодной водой, удаляя слой диатомита с отфильтрованным осадком в канализацию.

При необходимости суспензию и промывные воды спускают из резервуара дозатора. Затем фильтр, дозатор и трубопроводы промывают холодной, а затем горячей водой (85-90°С) в течение 15-20 мин. Горячую воду затем вытесняют холодной водой и фильтр оставляют заполненным водой до следующего цикла фильтрации.

Если опорный картон будет использоваться в следующем цикле, то его промывают водой в направлении, обратном потоку пива, пропуская за 1 ч до 100 дал воды.

На Филиале №1 ЗАО МПБК «Очаково» имеется две линии фильтрации, фирмы Steineker Производительностью 350 hl/час, каждая. Линия фильтрации состоит из:

буферной емкости нефильтрованного пива;

кизельгуровый намывной фильтр с дозиматом текущей дозировки;

трап-фильтр;

фильтра ПВПП с дозиматом стапельной емкостью;

свечной трап-фильтр;

рамный фильтр-пресс;

буферной емкости фильтрованного пива;

карбонизатор;

фарфас.

1.3 Номенклатура, объемы выпускаемой продукции, виды и характеристики сырья

Таблица 1.1 - Перечень выпускаемой продукции

наименование продукции	ГОСТ
Напиток безалкогольный серии «Ах»:
«Дюшес»	28188-89
«Колокольчик»	28188-89
«Экстра-ситро»	28188-89
«Крем-сода»	28188-89
«Аромат абрикоса»	28188-89
«Байкал»	28188-89
«Саяны»	28188-89
напиток безалкогольный «Очаково-Кола»	28188-89
напиток безалкогольный «Кола»	28188-89
напиток слабоалкогольный «Сидр особый»	ОСТ 10-231-99
напиток слабоалкогольный «Джин-Тоник»	ОСТ 10-231-99
напиток слабоалкогольный «Ром-Кола»	ОСТ 10-231-99
напиток слабоалкогольный «Джин-Тархун»	ОСТ 10-231-99
напиток безалкогольный с натуральным соком «Джус-Тим»:
наименование продукции	ГОСТ
персиковый;	28188-89
апельсиново- морковный;	28188-89
апельсиновый;	28188-89
грейпфрутовый	28188-89
ягодный	28188-89
напиток брожения безалкогольный квас «Очаковский»	28188-89
пиво светлое «Ячменный колос» 11%	ТУ 9184-003-53439115-03
пиво «Ячменный колос золотое» 12%	ТУ 9184-003-53439115-03
пиво «Ячменный колос крепкое» 16%	ТУ 9184-003-53439115-03
пиво «Очаково специальное» 11%	ТУ 9185-018-05230650-03
пиво «Очаково светлое» 10%	ТУ 9185-018-05230650-03
пиво «Очаково классическое» 12%	ТУ 9185-018-05230650-03
пиво «Очаково оригинальное» 12%	ТУ 9185-018-05230650-03

1.3.1 Сырье пивоваренного производства

Для приготовления пива требуется четыре вида сырья: ячмень, хмель, вода и дрожжи. Качество этого сырья оказывает огромное влияние на качество изготовляемой продукции. Знание свойств сырья, его влияния на способ приготовления и на конечную продукцию является основой для подготовки и переработки сырья. Благодаря знаниям свойств сырья можно сознательно управлять технологическим процессом.

Ячмень(Hordeum vulgare) ГОСТ 5060-86. Основное сырье для приготовления пива. В нем содержится необходимый для приготовления пива крахмал, который позднее, в варочном цехе, превращается в сбраживаемый экстракт. Ячмень-это наиболее популярная культура, которая используется в пивоварении в качестве несоложенного материала. Между тем этот злак по многим показателям уступает двум другим культурам - рису и кукурузе. В частности, ячмень содержит меньше крахмала и больше гемицеллюлозы. Кроме того, он содержит антоцианогены, которые не имеют другие несоложенные злаки.

пиво автоматизация управление

Таблица 1.2 - Сравнительная характеристика несоложенных злаков по содержанию в них крахмалистых и некрахмалистых полисахаридов (гр/100гр продукта содержащего 86% СВ )

Компоненты	Несоложенные материалы
	Ячмень	Рис (зерно)	Рисовая крупа	Кукуруза (зерно)
Гемицеллюлоза	6,7	4,1	-	4,2
Клетчатка	4,3	9,0	0,4	2,1
Крахмал	48,1	55,2	70,7	56,9

Качество ячменя в решающей степени влияет на качество солода и производимого пива. Поэтому его оценка для солодовщика весьма важна. Оценка качества ячменя осуществляется: путем визуального и ручного обследования и путем технохимических методов анализа.Зачастую используются также несоложенные зерновые- кукуруза, рис, сор-го, ячмень, пшеница или приготовленные из них продукты- несоложенные зер-нопродукты (так называемые несоложенка).

Хмель (Homulus Lupulus L) ГОСТ 21946-76. Представляет собой въющееся многолетнее двудомное растение. Для пивоварения используют женские неоплодотворенные шишки сорта хмеля обыкновенного. Самая ценная часть хмеля- лупулон, который представляет собой клейкие зернышки (желестки), находящиеся на внутренней стороне прилистников. Лупулон содержит ароматические и специи-фические горькие вещества, благодаря которым хмель нашел применение в пивоварении.

Использование хмеля в пивоварении связано главным образом тем, что он придает пиву специфический горький вкус (за счет того, что б-кислоты во вре-мя кипячения сусла с хмелем изомеризуются в растворимые изо- б-кислоты) и аромат, который сообщает пиву эфирные масла хмеля. Хмель учавствует в коа-гуляции белков при кипячении сусла и обладает бактериостатическими свойствами, повышая биологическую стойкость пива. Кроме того, он способствует улучшению пенистых свойств. Полифенолы хмеля предохраняют пиво от «старения вкуса», связанного с окислительными процессами, но при этом отрицательно влияет на коллоидную стабильность пива.

Хмель а сухом виде состоит из: горьких веществ -18,5% , хмелевого масла -0,5%, дубильных веществ -3,5%, белки -20,0%, минеральные вещества -8,0%.

Остальное-это целлюлоза и другие вещества, не имеющие особого значения для производства пива. Важнейшими для него являются горькие вещества.

Горькие вещества являются наиболее ценными и характерными компонентами хмеля. Они придают пиву горьковатый вкус, улучшают его стабильность и повышают (благодаря своим антисептическим свойствам) биологическую стойкость пива.

Количество пивоваренных предприятий, к которым также относится филиал № 1 ЗАО МПБК «Очаково» г.Краснодара, использующих натуральный шишковый хмель, продолжает сокращаться, так как применение хмелепродуктов дает существенные преимущества, а именно:

благодаря применению гомогенных хмелепродуктов можно получить равномерную горечь пива;

хмелепродукты можно хранить практически неограниченное время. Бла-годаря этому можно управлять запасами хмеля, полученными в благоприятные для урожая годы; одновременно возрастает независимость от большого колебания цен на рынке хмеля;

можно повысить выход горьких веществ;

хмелепродукты требуют меньших затрат на их транспортировку и хра-нение;

Благодаря применению хмелепродуктов становятся ненужными хмелеот-делители;

хмелепродукты можно дозировать автоматически.

Наиболее распространенные хмелепродукты можно разделить на две груп-пы: гранулированный хмель; экстракты хмеля.

За последние 10 лет, во всем мире из всех хмелепродуктов был перерабо-тан- гранулированный хмель где цифры его таковы- 40-45%, по сравнению со всеми оставшимися 55-60% от всех видов хмелепродуктов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - хмелепродукты.

Гранулирование хмеля дает возможность для сохранения его компонентов. Для этого хмель размалывается и затем уплотняется в гранулы. В виде гранул хмель находится в сыпучем состоянии, что существенно облегчает его применение.

Оценка качества хмеля основывается на органолептическом исследо-вании и на результатах химического анализа.

В ходе органолептического исследования оценивается:

Внешний вид: желательны закрытый зонтик, средняя величина и толщина веретен, стебель не должен быть длиннее одного сантиметра.

Цвет: от светло-желтого до зеленого в зависимости от сорта и спелости; красный и коричневый цвет свидетельствует о том, что растение пострадало от вредителей; коричневые пятнышки свидетельствуют только том, что растение находилось на сильном ветре - их можно не принимать во внимание при оценке.

Следы деятельности вредителей (растений или животных): К числу растительных вредителей относится мучнистая роса, пероносфора, плесневые налеты- эти вредители проявляют себя во время вегетации хмеля в форме белых и черных налетов. Борьба с ними осуществляется путем опрыскивания растворами химикатов, например, купороса. К этой же группе следует отнести склеротиноз. К числу животных-вредителей относятся красный клещ, тля хмелевая и т.д.

Аромат: Хмель имеет очень характерный запах, который может различаться в зависимости от сорта; запах должен быть тонким, нежным и явно выраженным, посторонние запахи недопустимы.

Хмелевая мука (лупулин): Муки должно быть много, она должна иметь чистый желтоватый цвет; если мука имеет коричневатый оттенок, то либо хмель плохо просушен, либо он старый.

Дрожжи ТУ 10-04-06-156-88-3.1.2. - содержат 65 - 85% воды, примерно 60% которой приходится на внутриклеточную воду, а 10 - 30% - на гидратационную воду. Сухое вещество имеет следующий состав: соединения азота 45 - 60%, углеводы 15 - 37%, жиры 2 - 12%, следы витаминов и 6 - 12% золы. Эти вещества столь же необходимы для жизнедеятельности, как и перечисленные выше. Так, тиамин (витамин В, Р1, А), будучи коферментом карбоксилазы, играет очень важную роль в углеводном обмене. Рибофлавин (витамин В, Р2, А) в качестве флавинмононуклеотида входит в простетеические группы дегидрогеназ и за счет этого принимает участие в окислительно-восстановительных процессах. Пиридоксин (витамин В_Р6_А) в качестве простетической группы катализирует трансаминирование амино-кислот. Никотинамид (ниацин) представляет собой действующую группу фер-ментов, осуществляющих транспорт водорода - наряду с тиамином это важне-йщий витамин, участвующий в процессе брожения. Пантотеновая кислота (витамин В, Р5, А) является структурным элементом кофермента А. Этот витамин играет важную роль в процессах углеводного, белкового и жирового обмена. Фолиевая кислота и р-аминобензойная кислота играют важную роль в синтезе ряда аминокислот. Витамин Н (биотин) является фактором роста пивных дрожжей, выполняющий роль кофермента во всех реакциях карбо-ксилирования, протекающих с участием АТФ. Этот витамин участвует также и в жировом обмене. Нехватка биотина ведет к изменению мембран плазмы, что влечет за собой нарушения обмена веществ. Мезоинозит сам по себе не участвует в процессах обмена веществ, но он оказывает влияние на биотин в плане повышения его активности. Это соединение, равно как и холин, входящий в сотав кофосфатазы, не все специалисты относят к классу витаминов.

Используются два типа дрожжей: дрожжи низового брожения и дрожжи верхового брожения

Дрожжи низового брожения или низовые дрожжи- получили свое название из-за способности оседать (седиментировать, флоккулировать в конце брожения) на дно бродильного аппарата в виде хлопьев. Пиво, полученное с их участием, назвали пивом низового брожения.

Дрожжи верхового брожения- во время брожения поднимаются на поверхность бродящего сусла и образуют густую пену, которая периодически удаляется. К концу главного брожения эти дрожжи не оседают и продолжают размножаться, поэтому их назвали верховыми дрожжами, а пиво получило название пиво верхового брожения.

Штаммы дрожжей низового брожения и дрожжи верхового брожения хотя и относятся к одному роду Saccharomyces cereuisiae, имеют морфологические и физиологические отличия по производственным признакам. В частности, дрожжи верхового брожения склонны образовывать разветвленные сообщества клеток, в то время как низовые не образуют цепочки неотпочковавшихся клеток. Но основное отличие заключается в метаболизме, в максимальной температуре роста ( сбраживают сусло: верховые-14-250С, а низовые-6-180С, прекращениа е роста и размножение клеток, для низовых-370С, для верховых-420С) и синтезе некоторых специфических продуктов брожения.

Дрожжи являются одноклеточными микроорганизмами, которые могут получать свою энергию:

в присутствии кислорода (аэробно) путем дыхания;

в отсутствии кислорода (анаэробно) путем брожения.

Сахара сусла при производстве пива сбраживаются дрожжами в спирт.

Дикие дрожжи- часто обнаруживаются клетки различных диких дрожжей. Наиболее часто встречаются дикие виды Saccharomyces cerevisiae, Pichia memmbranaefaciens, Torulopsis sr. и Candida sp., реже - Hanseniaspora, Kloeckera, Rhodotorula.

Порча пива, обусловленная дикими дрожжами, может проявляться в помутнении, образовании пленки на поверхности и в изменении вкуса и аромата пива. Некоторые дикие дрожжи не погибают даже при пастеризации

Вода СанПиН 2.3.2.560.-96

Технологическая вода всегда представляет собой более или менее сильный солевой раствор. Этот факт объясняется естественным круговоротом воды в природе. Химический состав воды зависит в основном от геологических и геохимических особенностей грунтов, в которых протекает вода, но следует учитывать также возможности проникновения в воду химических веществ и микроорганизмов из других источников. Если вода протекает в породах, практически не содержащих растворимых солей, например, в скальных породах, то она как правило содержит мало примесей, но такая вода как правило отличается высоким содержанием углекислого газа, который при определенных условиях может проявлять агрессивность. В осадочных горных породах, таких, как известняк или доломит, вода под влиянием углекислого газа, поступающего из гумуса, набирает небольшие количества различных солей.

Некоторая часть этих солей взаимодействует с веществами, содержа-щимися в солоде и в сусле, что в первую очередь оказывает влияние на процессы ферментации. Ход и результаты этих реакций зависят от солевого состава воды, состава солода и технологического режима варки.

Концентрация солей в технологической воде довольно низка, что опре-деляет высокую степень их диссоциации в большинстве случаев. В связи с этим имеет смысл рассмотреть влияние на технологический процесс отде-льных катионов (водорода, натрия, калия, аммония, кальция, магния марганца, двух- и трехвалентного железа, алюминия) и анионов (гидрата, хлора, бикар-боната, карбоната, нитрата, нитрита, сульфата, фосфата, силиката). В водном солевом растворе анионы и катионы находятся в состоянии равновесия.

Ионы кальция и бикарбоната встречаются очень часто. Магний встречается также достаточно часто, но количества его сильно колеблются. Калий встречается редко. Концентрация кремниевой кислоты редко превышает 15 - 30 мг/л. Исключение составляют вулканические регионы, но там этому аниону как правило сопутствует сода. Ионы железа в количестве, превышающем 1 мг/л, нежелательны. Нитрат всегда содержится в воде, но следует принимать меры к тому, чтобы его концентрация не превышала 30 мг/л, так как дрожжи вырабатывают из нитрата нитрит, который оказывает на них токсичное действие. При низкой общей концентрации солей даже низкое содержание нитрата весьма нежелательно. Наличие нитрата, фосфата и аммония свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками.

Кроме перечисленных выше ионов вода может содержать некоторое количество органических веществ, которые в принципе не имеют технологического значения, но могут придавать воде неприятный вкус.

Наряду с ионом бикарбоната вода может также содержать недиссоциированную двуокись углерода. Некоторое количество свободного углекислого газа необходимо для того, чтобы поддерживать бикарбонат в растворенном состоянии. Избыточный углекислый газ оказывает агрессивное воздействие на известь и железные детали технологических емкостей и трубопроводов.

Жесткость воды, количественно характеризует химическую активность "солей", растворенных в воде. 1 немецкий градус жесткости (odH) соответствует концентрации CaOH, равной 10 мг/л.

Общая жесткость характеризует суммарную концентрацию любых солей кальция и магния. Жесткость может лежать в пределах от 1 до 30 odH и выше. При жесткости менее 8 odH вода считается мягкой, при жесткости от 8 до 12 odH - средней жесткости, при жесткости свыше 12 odH - жесткой. Такая классификация недостаточна для оценки технологических качеств воды и нуждается в детализации и уточнении. Так, в частности, необходимо различать карбонатную жесткость, обусловленную бикарбонатами кальция и магния, и некарбонатную жесткость, обусловленную кальциевыми и магниевыми соединениями серной, азотной и соляной кислоты. В связи с этим пивоваренную воду принято классифицировать по общей жесткости и ее карбонатной и некарбонатной составляющей. Если превалирует карбонатная жесткость, то говорят о карбонатной воде, если же превалируют соли серной кислоты, то говорят о сульфатной воде и так далее.

Наиболее знаменитые сорта пива совершенно четко связаны с пивоваренной водой определенного состава. Так, вода, применяемая на пивоваренных предприятиях Мюнхена, обладает почти исключительно карбонатной жесткостью. В жесткой дортмундской воде преобладают ионы сульфата, но она содержит достаточно много карбоната. Пильзенская вода, напротив, очень мягка и содержит мало солей.

По природному происхождению принято различать родниковую, грун-товую и поверхностную воду, т.е., воду из рек, озер и так далее.

Действие ионов, растворенных в воде, сказывается абсолютно на всех эта-пах изготовления сусла и пива.

Основным результатом реакции, является изменение кислотности затора, сусла и пива.

1.4 Структурная идентификация

Структуру связей при процессе фильтрации можно представить в следующем виде:

Рисунок 1.2 - Структура связей.

Где величины:

Gп - количество пива поступающего в фильтр,

Gф - количество отфильтрованного пива,

Go - количество осадка,

е0 - чистота нефильтрованного пива,

е1 - чистота фильтрованного пива,

В качестве входной величин примем Gп и е0, выходные величины Gф и е1.

1.5 Требования к системе

Требования к системе в целом: Система должна обеспечивать управление технологическим процессом фильтрации пива в автоматическом режиме, при контроле оператором технологических параметров.

Требования к функциям, выполняемым системой:

Автоматическое регулирование подачи суспензии фильтрующего порошка в установку.

Контроль параметров процесса фильтрации

Автоматическое управление кранами подачи/слива воды в технологическую установку

Автоматическое управление кранами подачи продукта

Контроль уровня продукта в фильтре

Контроль прозрачности продукта в процессе фильтрации

Автоматическая промывка установки после процесса фильтрации

Введение учета расхода продукта, сырья и энергоносителей.

Требования по безопасности:

Конструктивное исполнение устройств, электрический монтаж должны обеспечивать безопасность эксплуатации и соответствовать требованиям:

правил безопасности в промышленности

правил устройства электроустановок;

правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей;

правил эксплуатации и безопасного обслуживания средств автоматизации, телемеханизации и вычислительной техники.

2. Сведенья об известных приемах автоматизации объекта

В основе схемы автоматизации лежит управление всеми контурами регулирования с помощью микроконтроллера фирмы Siemens. Основная задача автоматизации - управление потоками входящего пива, фильтрата, и промывной воды, а так же контроль длительности процесса исходя из параметров фильтрации. Для заполнения подготовленного к работе фильтра водой, открываются краны, при открытом воздушных кране. Управление ими обеспечивается с помощью электроприводов (МЭО). Причем краны являются трехходовыми, и поэтому обеспечивается проток воды к фильтру. Включение электроприводов производится через реле Siemens Sirius. Одновременно включается подача воды через кран в дозатор-смеситель. И приступают к нанесению фильтровального слоя путем покачивания суспензии из дозатора. Затем дозирующий механизм на дозаторе и трехходовые краны устанавливают в положение, обеспечивающее циркуляцию жидкости насосом по замкнутому контуру через дозатор. Суспензию прокачивают до тех пор, пока вода не станет прозрачной. Это определяется с помощью мутномера Steineker. После чего наносят второй фильтрующий слой порошка.

После этого приступают к фильтрованию пива. Для этого краны устанавливаются в положении, обеспечивающее проход пива через них, минуя дозатор. Кран открывается для подачи фильтровального порошка в поток пива. После окончания фильтрации пиво вытесняется из фильтра водой. Для контроля расхода пива устанавливается счетчик расхода. Он передает контроллеру импульсы по истечению заданного количества продукта через него. Если какой-то из параметров выйдет за границы допустимых технологических норм, то сработает световая сигнализация.

3 Сведенья о применяемых при автоматизации математических методах

Требования к составу и технической реализации системы:

Система должна быть спроектирована с применением отечественных средств автоматизации и применением контроллеров фирмы Siemens, прошедших процедуру сертификации Госстандарта РФ.

АСУ должна удовлетворять требованиям:

высокой эксплуатационной надежностью и безопасностью работы оборудования;

удобством работы оперативного персонала в процессе контроля и управления;

наличием аппаратных и программных средств для организации информационного обмена с системой управления верхнего уровня;

дистанционное управление технологическим оборудованием;

автоматическая аварийная остановка УСК по команде оператора;

Структурная идентификация

Структуру связей при процессе фильтрации можно представить в следующем виде:

Рисунок 3.1 - Структура связей.

Где величины:

Gп - количество пива поступающего в фильтр,

Gф - количество отфильтрованного пива,

Go - количество осадка,

е0 - чистота нефильтрованного пива,

е1 - чистота фильтрованного пива,

В качестве входной величин примем Gп и е0, выходные величины Gф и е1.

Моделирование объекта

Уравнение материального баланса для фильтра можно записать в следующем виде:

Gп = Gф + Gо;

Для процесса фильтрации пива важнейшим показателем качества фильтрации является степень осветления пива. Его можно охарактеризовать следующей величиной:

где Gчп - количество чистого пива,

Gпр - количество примесей в пиве.

С учетом этого уравнение материального баланса можно переписать:

Gчп + Gпр = Gчп + (Gпр - Gо ) + Gо,

До процесса фильтрации продукт характеризуется содержанием чистого продукта е0. После процесса е1.

Сам процесс фильтрации подчиняется согласно закону Дарси уравнению:

гдеJ - поток фильтрата,

?Р - перепад давления потока пива на фильтре,

м - динамическая вязкость пива,

Rф - сопротивление фильтрующего слоя.

На процесс фильтрации так же влияет множество других параметров: рН(кислотность), температура, вязкость, величина частиц, их концентрация. Если увеличивается поступление продукта, то снижается сопротивление фильтрующего слоя, и тем самым увеличивается поток фильтрата. Приток фильтрата увеличивается и с повышением температуры, т.к. вязкость понижается.

Процесс фильтрации пива в намывных фильтрах проходит при постоянных параметрах входных величин. Так же будем считать, что величина частиц и их концентрация постоянна. Поэтому изменениями указанных выше параметров пренебрежем.

Степень осветления пива е можно также выразить как:

,

гдее0 = Gчп/Gпр;

е1 = Gчп/Gпр-Gо; (Gо - количество осадка).

Подставив полученные выражения в формулу для определения е получим:

;

Величина осадка в свою очередь зависит от величины примесей в пиве, а также коэффициента осаждения К.

Gо = Gпр·К,

Коэффициент осаждения выражается следующей зависимостью:

,

где к1 - коэффициент пропорциональности, d - средний диаметр частиц диатомита, н - кинематическая вязкость пива. Таким образом степень осветления пива е можно представить:

,

Или же переходя к входным и выходным величинам:



Мы получили уравнение модели для фильтра. Исходя из нее можно сделать вывод, что при данном технологическом процессе, протекающем при постоянных входных параметрах степень осветления пива зависит он начальной чистоты пива, а так же от параметров фильтрующего слоя.

Передаточную функцию по каналу е0 - е1 можно представить в виде усилительного звена:

,

Ограничения модели можно представить в виде:

Gп ? 15 000 л/ч

40 < е0 < 50 (единиц)

Выбор критерия оптимизации.

Сначала сформулируем критерий решения оптимизационной задачи. Одним из наиболее важных факторов является уменьшение затрат на сам процесс фильтрации. Во многом это зависит от количества расхода фильтровального порошка(диатомита), из которого формируется фильтрующий слой, а так же его добавляют в пиво идущее на фильтрацию для повышения качества процесса. Кроме того, изменение расхода диатомита влияет на износ и обслуживание фильтра. Запишем формализованный вид критерия:

I(t)=З1+З2+З3?З4> min

Где: I(t)- затраты на процесс осветления пива, руб

З1 - затраты на приобретение диатомита, руб

З2 - затраты на потери при производстве, руб

З3 - затраты на ликвидацию износа оборудования, руб

З4 - выгода, получаемая за счет внедрения средств автоматизации и сокращения обслуживающего персонала.

На основании взаимосвязи затрат с расходом диатомита (З1,З3,З4 прямопропорциональны расходу порошка, а З2 обратнопропорциональны) критерий можно записать в виде:

I(t)=k1*t+k2/t+k3*t?k4*t> min

где t - расход диатомита кг/1000 дм3. Этот параметр и будет определяющим при решении оптимизационной задачи. То есть ее решение сводится к нахождению оптимального расхода фильтрующего порошка.

к1,к2,к3,к4 - эмпирические коэффициенты согласовывающие размерность и показывающие зависимости затрат от m.

Рисунок 3.2 - Целевая функция.

4. Сведенья о применяемых при автоматизации технических средствах

Таблица 4.1 - Элементы автоматизации в шкафах и щитовых «Тухенхаген»

Автоматы
Автомат однополюсный GB2-CB06 In=1A	38 шт
Автомат «Telemecanique» GV2-M16 (9-14A) Ue=690V, 50-60Hz, Uimp=6kV	6 шт
Автомат «Siemens» Sirius 3R (22-32A) Ue=690V, 3RV1031-4EA10	1 шт
Автомат «Merlin Gerin» Multi9 C60N ~230/400V C6	20 шт
Автомат «Siemens» Sirius 3R (20-25A), 3RV1021-4DA10	3 шт
Автомат «Siemens» Sirius 3R (36-45A), 3RV1031-4GA10	1 шт
Автомат «Telemecanique» Square D (25A) GV2L22	5 шт
Автомат «Telemecanique» Square D (18A) GV2L20	1 шт
Автомат однополюсный GB2-CB10 In=5A	33 шт
Автомат «Telemecanique» GV2-M20 (13-18A)	2 шт
Автомат однополюсный GB2-CB07 In=2A	6 шт
Автомат «Telemecanique» GV2-M05 (0,63-1A)	6 шт
Автомат «Telemecanique» GV2-M08 (2,5-4A)	7 шт
Автомат «Telemecanique» GV2-M10 (4-6,3A)	2 шт
Реле
Реле «Finder» 34.51.7.024.0010, 24V, 6A-250V.	11 шт
Реле «Omron» MY4IN1-D2, 24V, 250V-5A.	1 шт
Реле «Finder» 5532, ~230V, 250V-10A.	2 шт
Реле времени «Siemens» Sirius 3R 3RP1574-1NP30 (1..20c)	2 шт
Контакторы (Пускатели)
Пускатель «Siemens» Sirius 3R 3RH1140-1BB40, +24V ~230V-6A.	3 шт
Пускатель «Telemecanique» +24V, ~230V-1,5A (сдвоенный)	1 шт
Пускатель «Telemecanique» Square D +24V, ~250V	25 шт
Пускатель «Siemens» Sirius 3R 3RT1034-1A..4, ~230V-50Hz, ~250V.	1 шт
Пускатель «Siemens» Sirius 3R 3RT1024-1A..4, ~230V-50Hz.	6 шт
Пневмораспределители
Соленоид «FESTO» MSZC-3-21 DC, 18-26,4V DC, 0,65W IP00/65	204 шт
Предохранители
Предохранитель плавкий 6,3A	44 шт
Предохранитель плавкий	243 шт

Таблица 4.2 - Элементы автоматизации в шкафах и щитовых «Steinecker».

Наименование	Варочное	Подработка	Фильтрация	Итого
Автоматы
Автомат однополюсный Е-Т-А; 2А	51	34	88	173
Автомат однополюсный Е-Т-А; 4А	98	25	12	135
Автомат однополюсный Е-Т-А; 6А	10	8	1	19
Автомат однополюсный Е-Т-А; 8А			10	10
Автомат однополюсный Е-Т-А; 10А	36	6	11	53
Автомат однополюсный Е-Т-А;16A			4	4
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-0DA10(0,22-0,32A)			3	3
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-0EA10 (0,28-0,4A)	2			2
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-0HA10 (0,55-0,8)A		4		4
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-0KA10 (0,9-1,25)A	4	5	1	10
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1AA10 (1,1-1,6)A		1		1
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1BA10 (1,4-2)A		7		7
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1CA10 (1,8-2,5)A		7	3	10
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1DA10 (2,2-3,2)A		1	6	7
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1421-1DA10(2,2-3,2A)			1	1
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1EA10 (2,8-4)A	6	5	7	18
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1FA10 (3,5-5A)	2		3	5
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1GA10 (4,5-6,3)A		1		1
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1421-1GA10(4,5-6,3A)			1	1
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1HA10 (5,5-8)A	12	1		13
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1JA10 (7-10)A	4	4	2	10
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1421-1JA10(7-10A)			2	2
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-1KA10 (9-12,5)A	4	3		7
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-4AA10 (11-16)A	2	1		3
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-4BA10 (14-20)A	4	4		8
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-4CA10 (17-22)A	2	2		4
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1021-4DA10 (20-25)A		4	3	7
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1031-4EA10 (22-32)A	2	1	3	6
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1031-4FA10 (28-40)A	14	1		15
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1041-4JA10 (46-63A)	2		2	4
Автомат SIEMENS Sirius 3R 3RV1041-4KA10(67-75)			1	1
Пускатели
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1024-1A..4; 5.5kW	48	49	26	123
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1025-1A..4; 7.5kW	10	8	1	19
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1026-1A..4; 11kW	12	6	4	22
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1034-1A..4; 15kW	10	1	4	15
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1035-1A..4; 17kW		1	2	3
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1044-1A..4; 30kW	2		1	3
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1025-1B..0; 7.5kW			4	4
Пускатель SIEMENS Sirius 3R 3RT1036-1A..4; 22kW			2	2
Реле
Реле SIEMENS Sirius 3R 3RH1122-1AP00		6		6
Реле SIEMENS Sirius 3R 3RH1140-1BB40	70	3	15	88
Реле SIEMENS Sirius 3R 3RH1040-1BB40			9	9
Реле OMRON MY4IN1-D2 24V DC	132	174	48	354
Реле OMRON MY4IN 220V AC	4			4
Реле токовое ML9701, I=2,5-5A; Art.-Nr0029943	2			2
Реле времени MZA03	4		1	5
Реле времени 3RP1574-1NP30	8		2	10
Контроллер аварийного останова PILZ PN0Z3 24VDC 5S10N	1	2	1	4
Реле RT424024,24VDC			15	15
Вторичные приборы для термисторов
SIEMENS 3VN21		13		13
3RN1013-1BW01	2			2
Прибор контроля вращения
Speed monitor D45127 ESSEN		8		8
NORIS TACHOMETERWERK Gmbh&Co Nurnberg,Typ VV44.1,220V,300Hz			3	3
Сигнализатор уровня
Сигнализатор уровня TURCK MK91-121-R/24VDC	40		59	99
Пневмоострова
Пневмоостров FESTO MEH-3-09 (на 8 соленоидов)	43		32	75
Блок управления гидроагрегатом
PBM16,24V AC\DC,1A;0-20Ma			1	1

5. Формирование требований к автоматизированной системе

Требования к системе в целом: Система должна обеспечивать управление технологическим процессом фильтрации пива в автоматическом режиме, при контроле оператором технологических параметров.

Требования к функциям, выполняемым системой:

Автоматическое регулирование подачи суспензии фильтрующего порошка в установку.

Контроль параметров процесса фильтрации

Автоматическое управление кранами подачи/слива воды в технологическую установку

Автоматическое управление кранами подачи продукта

Контроль уровня продукта в фильтре

Контроль прозрачности продукта в процессе фильтрации

Автоматическая промывка установки после процесса фильтрации

Введение учета расхода продукта, сырья и энергоносителей.

Требования к составу и технической реализации системы:

Система должна быть спроектирована с применением отечественных средств автоматизации и применением контроллеров фирмы Siemens, прошедших процедуру сертификации Госстандарта РФ.

АСУ должна удовлетворять требованиям:

высокой эксплуатационной надежностью и безопасностью работы оборудования;

удобством работы оперативного персонала в процессе контроля и управления;

наличием аппаратных и программных средств для организации информационного обмена с системой управления верхнего уровня;

дистанционное управление технологическим оборудованием;

автоматическая аварийная остановка УСК по команде оператора;

Требования по безопасности:

Конструктивное исполнение устройств, электрический монтаж должны обеспечивать безопасность эксплуатации и соответствовать требованиям:

правил безопасности в промышленности

правил устройства электроустановок;

правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей;

правил эксплуатации и безопасного обслуживания средств автоматизации, телемеханизации и вычислительной техники.

6. Сведения о цехе (службе) контрольно-измерительных приборов и автоматики, метрологической службе и службе стандартизации

Общие положения

Настоящее положение разработано на основе Закона Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений», Постановления Правительства Российской Федерации от 12.02.94 №100 «Об организации работ по стандартизации, обеспечению единства измерений, сертификации продукции и услуг», Типового положения о метрологической службе Государственных органов управления Российской федерации и Юридических лиц» - ПР 50-732-93, Устава предприятия. В филиале производятся измерения, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, поэтому в соответствии со статьями 11 и 13 закона «Об обеспечении единства измерений» создание метрологической службы является обязательным.

Метрологическая служба филиала представлена метрологической лабораторией и цехом КИП и А и возглавляется главным метрологом - начальником цеха КИП и А. Метрологическая лаборатория включает сектор калибровки средств измерений, группу ремонта средств измерений, группу метрологического обеспечения производства, группу метрологической экспертизы технической документации и возглавляется начальником метрологической лаборатории. Главный метролог в своей деятельности подчиняется непосредственно главному инженеру филиала, начальник метрологической лаборатории - главному метрологу. Структура метрологической службы приведена в приложении А.

Структура и штаты метрологической службы определяются директором филиала и утверждаются президентом комбината, исходя из объемов работ с учетом того, что работы по обеспечению единства измерений относятся к основным видам работ, а подразделения метрологической службы - к основным производственным звеньям.

В своей деятельности метрологическая служба филиала руководствуется действующим Законодательством Российской федерации, Постановлениями Госстандарта России, приказами и руководящими документами вышестоящих органов, настоящим положением.

Задачи метрологической службы предприятия

Обеспечение единства и требуемой точности измерений, повышение уровня метрологического обеспечения производства.

Внедрение в практику современных методов и средств измерений, направленное на повышение эффективности производства, технического уровня и качества продукции.

Организация и проведение калибровки и ремонта средств измерений, находящихся в эксплуатации, своевременное представление средств измерений на поверку.

Проведение работ по метрологическому обеспечению подготовки производства.

Участие в подготовке к аттестации производств и сертификации систем качества.

Осуществление метрологического надзора за состоянием средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами, применяемыми для калибровки средств измерений, соблюдением метрологических правил и норм, нормативных документов по обеспечению единства измерений.

Обязанности метрологической службы филиала

Проведение систематического анализа состояния измерений, контроля и испытаний на всех стадиях производства продукции с целью решения проблем полного удовлетворения требований потребителя в части функциональных характеристик продукции, внедрения системы бездефектного изготовления продукции, обеспечения прибыльности ее изготовления.

Разработка планов организационно-технических мероприятий по повышению эффективности производства на основе совершенствования метрологического обеспечения.

Определение номенклатуры и подготовка перечня средств измерений, попадающих в сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора. Ведение графиков поверки средств измерений. Своевременное представление средств измерений на поверку.

Изучение потребности в средствах измерений, контроля и испытаний, эталонов для калибровки средств измерений, согласование и формирование заявок на их приобретение.

Участие в аттестации испытательного оборудования, предназначенного для контроля качества продукции.

Участие в проведении работ по унификации, стандартизации и аттестации методик выполнения измерений.

Участие в установлении рациональной номенклатуры измеряемых параметров, оптимальных норм точности измерений при контроле показателей качества продукции и параметров технологических процессов.

Проведение работ по установлению соответствия номенклатуры измеряемых параметров, норм точности измерений, методик выполнения измерений, применяемых средств измерений требованиям и нормам точности измерений показателей качества готовой продукции, сырья, материалов и характеристик производительности и точности технологического оборудования и заданий достоверности контроля...