Проект модернизации линии по производству хлебобулочных изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Курганский государственный университет

Кафедра "Автоматизация производственных процессов"

Выпускная квалификационная работа по теме:

Проект модернизации линии по производству хлебобулочных изделий

Разработал студент гр. ИТЗ-50416

Цуркан А.В.

Руководитель: Доцент кафедры АПП, к.т.п.

Сбродов Н.Б.

Консультант: Таранов А.С.

Курган 2021

План

Введение

1. Обоснование модернизации линии по производству хлебобулочных изделий

1.1 Общая характеристика и состав оборудования линии по производству хлебобулочных изделий

1.2 Анализ направлений модернизации

1.3 Функционально-стоимостной анализ базового варианта

1.4 Разработка технического задания

2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств

2.1 Системный анализ модернизируемой линии по производству хлебобулочных изделий

2.2 Разработка структурной схемы автоматизированной системы управления

2.3 Разработка функциональной схемы модернизации линии по производству хлебобулочных изделий

2.4 Выбор оборудования и основных технических средств системы управления

2.5 Разработка подсистемы управления микроклиматом производственных и складских помещений

2.6 Разработка электрической принципиальной схемы автоматизированной системы управления линией

3. Информационное, алгоритмическое и программное обеспечение линии

3.1 Определение состава входных и выходных сигналов

Введение

На сегодняшний день жизни каждого человека трудно представить без автоматизации. Она является одним из основных и наиболее прогрессивных направлений технологического развития современности, поскольку эффективно применяется с целью достижения роста показателей ресурсосбережения, улучшения экологии окружающей среды, качества и надежности продукции. хлебобулочный модернизация автоматизированный

Эффект от внедрения автоматизации являются: снижение трудоемкости производства и трудозатрат, увеличение сменности производства, стабильная скорость работы, улучшение качества выполняемых контрольных и управленческих операций, решения задачи автоматизации основного технологического оборудования, анализа, контроля и управления технологическими процессами на основе математических методов и использования ЭВМ, автоматизация проектирования автоматизированных процессов, возможность выполнение работ во вредных условиях, уменьшение количества работников на предприятиях и на отдельных рабочих местах. Только с осуществлением автоматизации и использовании роботизированных технологических комплексов можно достичь высокого уровня производительности труда, качества продукции и получения максимально возможной прибыли при минимальных затратах.

Качество хлебобулочных изделий непосредственно связано с качеством используемого сырья (муки). Проба качества муки производится у каждой партии в лабораториях поставщика с предоставлением соответствующих документов, подтверждающих качество товара. Перед массовым изготовлением хлебобулочных изделий производится пробная партия продукции, для оценки качества сырья.

Существующие методы модернизации производства хлебобулочных изделий применяют информационно-измерительные датчики на текущем производственном процессе. После определенного запаздывания оператор собирает необходимые данные, в это же время продукция успевает пройти часть производственного цикла, а также происходит контроль качества производимой продукции и изымание из партии, бракованной продукция. В связи с этим, задача по разработке проекта модернизации линии по производству хлебобулочных изделий остается одной из приоритетных целей предприятия.

Несомненно, внедрив средства автоматизации в производственный цикл изготовления продукции не только снизит затраты брака, но также позволит сократить расходы на персонал и снизить время производства готовой продукции.

Целью работы является изменения структуры производства, за счет ведения средств автоматизации в производственные процессы при изготовлении хлебобулочных изделий, позволяющего экономить сырье, энергоресурсы и снизить требования к квалификации персонала.

1. Обоснование модернизации линии по производству хлебобулочных изделий

Автоматизации линии производства хлебобулочных изделий позволило выйти производству на новый уровень, позволило внедрить механизированные процессы производства, которые позволили сложность производства. Модернизация линии производства позволит снизить затраты и увеличить объём производства хлебобулочных изделий.

Выбранный метод модернизации должен соответствовать нормам технологического процесса наиболее простыми способами: синхронность работы датчиков, быстрой транспортировкой сырья с последующей подготовкой для дальнейшего цикла изготовления продукции. Главной задачей в первую очередь механизировать процессы с наибольшей трудозатратой, соблюдая при этом нормы производства и стандартизации готовой продукции, а также снижения брака и прочих факторов, ухудшающих качество изделия или полуфабриката. На производстве с непрерывным потоком изделий следует убедиться в скорости и непрерывности технологического процесса, а также выявление рисков и выхода из строя оборудования. При выполнении вышеперечисленных методов автоматизации позволит размер помещения для производства в целом, повысить скорость обработки сырья, что в свою очередь увеличит объёмы готовой продукции.

Мука по прибытию на предприятие хранится в специальных бункерах. Далее мука с помощью сжатого воздуха отправляется на специальные весы. Отмерив нужный объём муки, просеивается и проходит процедуру очистки на центробежных ситах. Очищенное сырье по конвейеру транспортируется в тестомесильную машину. Следом в резервуар с мукой добавляются компоненты в зависимости от типа хлебобулочного изделия согласно рецептуре.

Затем замешанное тесто подается в резервуар по трубе для дальнейшего выбраживания. Выброженное тесто повторно поступает тестомесильный агрегат, где добавляется необходимое количество муки и жидкие компоненты.

Готовое тесто разделяют с помощью тестоделительной машины. Формовщик следует отрегулировать для достижения желаемой формы с минимальным давлением и нагрузкой на тесто, чтобы избежать повреждения ячеистой структуры, полученной во время замеса, и ферментация.

Во время выпечки хлебобулочных изделий необходимо превратить сырое тесто в хлеб, задать структуру продукта, образование корки и мякиша, стадию глушения и продление срока хранения. Процессы, которые требуют контроля, включают в себя температуру, время (в печах непрерывного действия регулируются скоростью подачи). Другие важные процессы относятся к тепловому потоку (горелки), влажности (заслонки) и скорость или потока воздуха.

Время выпекания: регулируется температурой печи, скоростью подачи, начальной и конечной температурой изделия, режимом нагрева, потерями при выпекании, загрузкой продукта и рецептурой.

Готовая продукция в контейнерах направляются в сеть розничной торговли для дальнейшей реализации.

Актуальность темы данного проекта заключается в том, что на предприятии необходимо модернизировать и автоматизировать линию по хлебобулочным изделиям. Некоторые операции выполняются работниками вручную, что значительно затягивает процесс изготовления продукции и тормозит развитие предприятия.

В данном дипломном проекте предлагается модернизация линии по производству хлебобулочных изделий. В качестве объекта разработки были вараны системы автоматического регулирования процесса приготовления теста, приборов и средств автоматизации, а также расчет настройки микроконтроллеров. При этом планируется получить положительный экономический эффект от внедрения проекта и повысить конкурентоспособность предприятия на рынке.

1.1 Общая характеристика и состав оборудования линии по производству хлебобулочных изделий

1. Ротационная печь.

Ротационная печь сегодня является одной из важнейших частей хлебопекарного производства. Сначала готовое для выпечки хлеба тесто нарезается и помещается в противень. Затем противни помещаются в тележку на колесиках и ставятся в духовку. Благодаря колесикам очень легко ставить противни в духовку и вынимать их из печи после приготовления. Температура приготовления в духовке, количество пара в духовке и время приготовления регулируются, дверца духовки закрывается, чтобы начать процесс приготовления. Во время выпечки тележка для противней вращается с постоянной скоростью. Таким образом, каждый продукт готовится на равных.

Количество хлеба, производимого в ротационной печи, может быть в несколько раз больше, чем в обычных печах. Количество хлеба, производимого на единице площади, увеличивается с размещением лотков сверху. Мощность производства хлеба каждой марки и каждой модели может быть разной. Средняя ротационная печь может произвести от 2000 до 3000 единиц хлеба за 8 часов. В некоторых моделях это число достигает 5000. Закупочная цена духовки и мощность производства хлеба прямо пропорциональны. По этой причине при выборе духовки лучше всего выбрать наиболее подходящую с учетом ожидаемого производства хлеба. Опять же, необходимо также учитывать площадь, которую будет покрывать печь в рабочей среде.

Распределение тепла и пара в печи с вращающейся печью должно быть очень хорошо выполнено. Опять же, большое внимание уделяется материалу и конструкции, которые используются для обеспечения равномерного распределения температуры. Производители печей продолжают свои исследования и разработки в области распределения тепла и пара.

Температура внутренней кабины печи с вращающейся тележкой может достигать 1000 градусов по Цельсию. По этой причине материал, из которого изготовлена кабина, не должен растворяться при высокой температуре. Опять же, с точки зрения качества приготовления, шкаф нужно смочить паром. По этой причине используемые материалы должны быть одновременно нержавеющими. В основном используется жаропрочная коррозионностойкая сталь. Кроме того, колеса вагонетки-подноса внутри кабины должны быть изготовлены из огнестойких материалов.

После завершения процесса приготовления не допускать распространения пара и тепла в духовке на рабочую зону. Многие духовки оснащены аспираторами, фильтрующими горячий воздух и пар.

Есть много компаний, производящих ротационные печи, и многие модели этих компаний доступны на рынке. Когда предприятие выбирает для себя наиболее подходящий бренд и модель, оно должно учитывать несколько параметров. Количество хлеба, которое должно быть произведено на единицу, надежность бренда, интенсивная сеть обслуживания, закупочная стоимость, потребление энергии являются наиболее важными факторами этих параметров. Технические характеристики ротационных печей приведены в таблице 1, внешний вид на рисунок 1.

Таблица 1 - Технические характеристики ротационных печей

Модель	Ед. изм.	EDF 50	EDF 100	EDF 100 H	EDF 150
Емкость (хлеб / 8 часов)	шт.	1750	2500	3000	5000
Поверхность для выпечки	м 2	4.2	5,2 - 7,2	6,6 - 8,5	11,2 - 14,4
Количество лотков	шт.	9-12	11-15	14 - 18	14 - 18
Размер лотка	мм	530x650	600x800 600x900	600x800 600x900	750x1040 800x1000
Расстояние между лотками	мм	114-85	114-90	114-90	114-90
Ширина (W)	мм	1370	1600	1600	1880 г.
Длина (L)	мм	2050 г.	2400	2400	2750
Высота (H)	мм	2050 г.	2200	2500	2500
Электроэнергия	кВт	2,6	2,6	2,6	3.8
Мощность нагрева	ккал / ч	32000	50000	60000	70000
Давление газа / рабочее давление	мбар	300/50	300/50	300/50	300/50
Электрическая мощность для электрической модели	кВт / ч	33	43 год	50	70
Источник энергии	Дизель, Природный газ, Электроэнергия
Вес духовки	кг	220	1560	1850	2320
Система контроля	Аналоговый или цифровой
Потребление энергии	Дизель (л / ч) 3,6 5,7 6,8 8 Природный газ (м 3 / ч) 4.2 6.5 7,9 9.2 СУГ (л / ч) 3 5 6 6,8
Емкость должна изменяться в зависимости от веса и времени выпечки продукта.
Энергопотребление в нормальных условиях.

Рисунок 1 - Внешний вид ротационной печи

2. Тестоделительная машина.

Эта компактная машина имеет делительный барабан и всасывающий поршень, что обеспечивает бережное обращение с тестом при минимальном давлении и его нагревание. Он делит даже чувствительное тесто так же нежно, как и вручную. Все части, соприкасающиеся с тестом, автоматически смазываются пищевым маслом, что увеличивает точность и срок службы. Бункер изготовлен из нержавеющей стали. Технические характеристики тестоделительной машины приведены в таблице 2, внешний вид на рисунок 2.

Таблица 2 - Технические характеристики тестоделительной машин

Модель	Ед. изм	ESL 200
Вместимость	шт / час	1000-2000
Диапазон деления теста	гр	(50 - 200), (100 - 600), (200 - 1000), (300 - 1250)
Емкость бункера	кг	60
Ширина (W)	мм	670
Длина (L)	мм	1400
Высота (H)	мм	1460
Высота выхода теста (H1)	мм	950
Система регулировки веса		Мануэль Вейя Диджитал
Электроэнергия	кВт	1.5
Вес машины	кг	500

Рисунок 2 - Внешний вид тестоделительной машин

3. Тестоокруглительная машина.

Эта машина разработана с вращающимся конусом и регулируемыми спиралевидными антикоррозийными каналами вокруг него. Тесто идеально округляется при движении по каналам снизу вверх. Машина также оснащена механическим пылеуловителем новой конструкции, который не издает шума во время работы. Работает с редукторным приводом. Вся движущаяся часть имеет подпорки, а машина стоит на колесах, поэтому мобилен. Технические характеристики тестоокруглительной машины приведены в таблице 3, внешний вид на рисунок 3.

Дополнительно:

1. Обдув холодным воздухом

2. Обдув горячим воздухом

3. Каналы и конус с тефлоновым покрытием

Таблица 3 - Технические характеристики тестоокруглительной машины

Модель	Ед. изм	ESL 200
Капасите	шт / ч	1000-2000
Диапазон округления теста	грамм	(50 - 200), (100 - 600), (200 - 1000), (300 - 1250)
Высота входа теста (H1)	кг	860
Высота выхода теста (H2))	мм	940
Ширина (W)	мм	920
Длина (L)	мм	920
Высота (H)	мм	1500
Электроэнергия	кВт	0,55
Вес машины	кг	180

Рисунок 3 - Внешний вид тестоокруглительной машины

4. Тестомесильная машина

Вилочный миксер подходит для всех видов теста. Чаша и вилка для смешивания изготовлены из нержавеющей стали. С помощью вилки для смешивания замешивает тесто без нагрева и не портит качество теста. Простая конструкция машин увеличивала срок службы. Чаша и вилка работают односкоростные. Технические характеристики тестомесильной машины приведены в таблице 4, внешний вид на рисунок 4.

Дополнительно:

1. Защитная решетка

2. Крышка дифференциала из нержавеющей стали.

Таблица 4 - Технические характеристики тестомесильной машины

Модель	Ед. изм	ESL 607
Емкость муки	кг	50
Емкость теста	кг	80
Диаметр чаши	мм	800
Ширина (W)	мм	700
Длина (L)	мм	1600
Высота (H)	мм	1000
Электроэнергия	кВт	2.2
Вес машины	кг	200

Рисунок 4 - Внешний вид тестомесильной машины

1.2 Анализ направлений модернизации

Автоматизированная система управления, предназначена для создания и обеспечения оптимальных условий труда на предприятии, автоматизации процессов по изготовлению кондитерских изделий, увеличение количества изготовленной продукции и получения максимально возможной прибыли.

При помощи автоматизированной системы возможно реализовать быстрое распределение загрузки оборудования, оптимального распределения оборудования и использования ресурсов.

Технология изготовления теста требует поддержания определенной влажности, для чего необходим ежедневный, а иногда и ежечасный контроль. На сегодняшний день широко распространены гидравлические системы контроля изменения расхода опары, однако, данный метод позволяет только однократно добавить жидкость в резервуар, пользователь такой системы не имеет возможности самостоятельно контролировать влажность теста и менять значения требуемой температуры. Целью данной работы является модернизация линии производства хлебобулочных изделий. Что в дальнейшем позволит снизить затраты на производстве, увеличить объёмы продукции и повысить качество продукции.

Покупатели хлебобулочных изделий большее предпочтения относят к кондитерским изделиям. При оформлении кондитерской продукции глазирования тортов, пирожных, печенья, вафель придает им завершенности и позволяет обогатить вкусовую палитру. Кроме того, что изделия приобретают привлекательный вид и вкус, процесс глазирования также обеспечивает их от высыхания или увлажнения благодаря созданию воздухонепроницаемой оболочки.



Рисунок 5 - Технологический алгоритм производства хлебобулочных изделий

1.3 Функционально-стоимостной анализ базового варианта

В условиях жёсткой конкуренции, каждая компания стремится добавить к своему продукту как можно больше дополнительных услуг. Что в свою очередь влияет на конечную стоимость готового изделия. Для определения дополнительных затрат на производстве необходимо проанализировать распределение затрат по процессам.

Функционально-стоимостной анализ является методом управления затратами, основанным на анализе стоимости или инженерии стоимости. Он фокусируется на оценке компонентов услуги (известных как функции), которые продукты или услуги (включая внутренние услуги) предлагают клиентам. Что позволяет организации использовать навыки в различных бизнес-дисциплинах (включая информацию о поставщиках и клиентах), чтобы помочь удовлетворить строгие требования к четко установленным целевым затратам. Таким образом, в систему управления затратами вносятся точки зрения на поставку, процесс, процесс и рынок.

Для функционально-стоимостного анализа базового варианта используется анализ старой системы управления. Функционально-стоимостной анализ с использованием корректирующей формы производится анализ базового варианта технической системы, подвергающийся модернизации.

Таблица 4 - Базового вариант затрат на производство партии продукции

№	Название статей расходов	Сумма, руб.
1	Сырье и материалы (за исключением отходов)	18702,5
2	Основная заработная плата	1463,97
3	Дополнительная заработная плата	175,67
4	Отчисления в пенсионный фонд, на социальные нужды, на социальное страхование на случай безработицы, в фонд социального страхования от несчастных случаев на производстве	563,62
5	Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	439,17
6	Цеховые расходы	1024,77
7	Цеховая себестоимость	22369,72
8	Общезаводские расходы	1463,97
9	Производственная себестоимость	23833,7
10	Вне производственные расходы	476,65
11	Полная себестоимость	24310,35
12	Плановая прибыль (15%)	3646,55
13	Оптовая цена	27956,9
14	НДС (20%)	5591,37
15	Всего	132018,95

1.4 Разработка технического задания

Технология изготовления теста требует контроль температуры, влажности и тд., для чего необходим ежедневный, а иногда и ежечасный контроль. На сегодняшний день широко распространены датчики системы контроля изменения, однако, данный метод без системы централизованного управления позволяет только однократно добавить замерить данные, пользователь такой системы не имеет возможности самостоятельно контролировать процессы измерения данных состояния продукции на этапе производства и менять значения требуемой температуры. Целью данной работы является модернизация линии производства хлебобулочных изделий, в основу которой положено программирование микроконтроллера.

Для управляемой работы датчиков в процессе изготовления теста разрабатываемая система должна выполнять следующие задачи:

1. Управление датчиками при помощи ИК-пульта;

2. Снятие показаний температуры и влажности, вывод их на цифровой дисплей;

3. Контроль и регулирование температуры и влажности теста в автоматическом режиме.

Чтобы реализовать поставленные задачи, была смоделирована функциональная схема системы, изображенную на рисунке 7.

Рисунок 6 - Функциональная схема

Проблемы при проектировании. При работе с микроконтроллером могут возникнуть проблемы с проектированием системы в целом, а также непосредственно с программированием микроконтроллера на языках низкого уровня. Для избежание затруднений подобного рода и упрощения процесса разработки системы используются аппаратно-вычислительные платформы на базе микроконтроллеров, выбор которых осуществляется по соответствующим требования к платам расширения и микропроцессорным модулям, примером таких микроконтроллеров может служить Arduino.

Описание алгоритма работы системы в автоматическом режиме входной величиной, на основе которой осуществляется регулирование состояния теста, является температура, показатели которой поступают на микроконтроллер с датчика температуры и влажности, он в свою очередь в автоматическом режиме работы системы снимает показания с интервалом времени 20 минут. Перед процессом изменения положения магнитного датчика движения, который прикреплен к тестомесильной машине, поступает логический сигнал ("0" или "1") на плату, чтобы отследить состояние теста. Плата выступает в качестве сравнивающего устройства, который позволяет сравнить снятые показания с задатчиков, необходимыми для оптимальной влажности и температуры теста, и подает сигнал на объект управления - серводвигатель, регулирующий подачу воды. Если полученные показания удовлетворяют заданным показателям, на двигатель подается нулевой сигнал. Если же зафиксированные данные не соответствуют заданным, то в случае повышенной температуры серводвигатель поворачивает на требуемый угол по часовой стрелке исполнительный механизм - механическую систему, при пониженной температуре - на требуемый угол против часовой. Таким образом, выходной величиной данной системы является угол поворота сервопривода.

После снятия показаний температуры и влажности через плату сигнал поступает на четырехразрядный семисегментный индикатор, управляющей величиной которого является напряжение 5 В, что позволяет пользователю наблюдать за состоянием теста.

Описание алгоритма работы системы в автоматизированном режиме для системы осуществима при помощи ИК - пульта, сигнал с которого поступает на ИК - датчик, который преобразует входной сигнал от нажатия кнопки и передает его на плату. Далее программа, загруженная на микроконтроллер, обрабатывает полученный сигнал и воспроизводит алгоритм, соответствующий нажатой кнопке.

В современных условиях данная система конкурентоспособна за счет своей адаптивности.

Реализуемая система может быть усовершенствована при добавлении датчика давления, который позволит снимать показания давления и производить регулирование состояние теста на основе еще одного параметра.

В настоящее время стали популярны проекты, осуществляющие автоматическое управление в квартире всевозможными энергетическими и водными ресурсами, именуемые "Умный дом".

Поэтому реализуемая система может стать базой такого проекта, а именно, осуществлять функции кондиционирования помещения, но при этом оставаться менее энергозатратной, иметь меньшие габаритные размеры и обладать меньшей себестоимостью. При использовании датчиков света, система позволит регулировать включение или выключение света на производстве, а датчик движения позволит регулировать открытие и закрытие дверей.

2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств

Наибольшей производительностью при высоком качестве отличаются технологические линии для нанесения начинки, посыпки или нанесение сахарной пудры. Для обеспечения производства были разработаны комплексы машин для нанесения начинки, посыпки или нанесение сахарной пудры, которые позволяют обустроить готовую технологическую линию. Каждая линия производства способна при необходимости работать в автономном режиме, позволяя выполнять определенные технические процессы самостоятельно. Аппаратурно-технологическая схема производства приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Аппаратурно-технологическая схема производства хлебобулочных изделий

1 - Бункер; 2 - Автомукомер; 3 - Дозатор; 4 - Тестомесильная машина; 5 - Подъемоопрокидыватель; 6 - Тестоделитель; 7 - Тестоокруглитель; 8 - Шкаф предварительной расстойки; 9 - Тестозакаточная машина; 10 - Стол; 11 - Контейнер для кассет; 12 - Шкаф окончательной расстойки; 13 - Ротационная печь; 14 - Контейнер для хлеба.

В течение многих лет в хлебопекарной промышленности внимание было направлено на производство так называемого теста "без времени", которое в целом можно определить как тесто, которое не является бисквитом, но которое не требует какого-либо существенного брожения. Достижение удовлетворительного метода производства теста "без времени" является очевидным желанием, поскольку брожение в массе является одним из наиболее трудоемких этапов процесса выпечки хлеба.

Способ замешивания теста для использования в производстве хлеба с удельным объемом примерно от 4,5 до 7,0 кубических сантиметров на грамм и при котором энергия, добавляемая во время замеса, достаточна для существенного определения структуры ячеек готового продукта, теста. Бисквит, по существу, не требующий ферментации в массе, включающий стадии:

- механического замеса теста в партии; придание энергии тесту на указанной стадии перемешивания в количестве, превышающем 15 ватт часов на килограмм всех ингредиентов теста;

- инициирование и завершение указанного этапа перемешивания менее чем за 7 минут;

- регулирование повышения температуры теста в результате подвода энергии во время указанного этапа смешивания путем пропускания охлаждающей жидкости через рубашку, окружающую камеру смешивания, так чтобы температура теста после смешивания находилась в диапазоне 25 ° C. до 35 ° С.;

- добавление, по меньшей мере, одного из ингредиентов, сахара и жира, частично в процессе смешивания, но после, по меньшей мере, 25% от общего времени смешивания в смесительной камере;

- проведение по меньшей мере части перемешивания в условиях вакуума.

При приготовлении хлебобулочного теста ингредиенты помещаются в смесительную камеру и сначала прижимаются вниз поверхностью лопатки для замеса при вращении элемента в направлении стрелки. Поскольку вертикальный нож проходит от нижней поверхности лопатки и указывает, по существу, в направлении вращения, тесто, которое было прижато под лопаткой, делится на секции, а затем разделяется (разрезается и складывается) с обеих сторон вертикального лопаточного элемента. Таким образом, часть высоковязкого теста, вытолкнутая наружу из вращающегося элемента, вытягивается и складывается вертикальным лопаточным элементом. Тем временем часть теста, расположенная ближе к центру бака, постепенно выталкивается радиально наружу, сталкиваясь и накапливаясь на части, вытянутой и сложенной, как описано выше. Тесто по мере приближения к внешней периферии вращающегося элемента соскребает вверх и вниз скребковыми лопастными элементами при этом прижимаясь между отклоняющим элементом. Однако, как только тесто поднимается, оно снова прижимается и переворачивается смесительной лопастью, после чего вертикальная лопасть снова разделяет тесто, так что операции вытягивания, складывания, столкновения, складывания и зачистки повторяются. Так как тесто, таким образом, многократно подвергается растягиванию и разрезанию в результате комбинации мощных движений, операции смешивания, перемешивания и замешивания выполняются быстро и равномерно. тем самым позволяя полностью замесить и замесить тесто за короткий промежуток времени. Кроме того, из-за различных действий по разрезанию и складыванию, которые происходят при каждом обороте устройства, можно добавить относительно большое количество энергии к тесту за короткий период времени.

Смесительная камера снабжена крышкой, которая прикреплена для уплотнения к краю камеры, а также предусмотрены средства откачки для откачивания воздуха из внутренней части камеры, когда крышка открыта. В закрытом, герметичном, положении в крышке предусмотрен впускной клапан, через который жидкие ингредиенты, такие как жидкие жиры и сахар, могут подаваться в камеру.

Используя смесительную машину, можно получить тесто, которое достигло высокоразвитого клеевого состояния за очень короткий период времени. Пузырьки воздуха, захваченные в тесте, диспергируются и распределяются мелко и равномерно, и тесто демонстрирует превосходную механическую устойчивость, а именно устойчивость к разрыву глютеновой сетки. Фактически, можно производить тесто, в которое было добавлено достаточно энергии в смесительной машине, чтобы определить окончательную структуру ячеек готового выпеченного продукта, и можно избежать обычного этапа брожения в массе, который в некоторых случаях может занять до четырех часов.

Во время процесса замеса теста в камере температура теста повышается пропорционально подводимой энергии и, если дать ей возможность бесконтрольно подняться, температура вскоре достигнет уровня, при котором тесто не может быть успешно превращено в приемлемый продукт. Однако присутствие охлаждающей жидкости в рубашке замедляет повышение температуры ингредиентов и следовательно, можно избежать нагрева теста до слишком высокой температуры для последующей обработки. Очевидно, что в рубашке можно использовать охлажденную воду, но в некоторых случаях предпочтительно использовать этиленгликоль или галогенированный углеводород, температура замерзания которого ниже, чем у воды, так что жидкий хладагент, перекачиваемый через трубу, может иметь температуру ниже 0 ° C.

Используя такой контроль температуры, можно производить хорошее тесто в условиях, когда температура окружающей среды такова, что без использования метода охлаждения было бы невозможно добавить необходимую энергию к тесту в миксере без перегрева теста. Важно, чтобы охлаждающая жидкость циркулировала вертикально примерно на глубину вращающегося элемента, чтобы обеспечить достаточный охлаждающий эффект.

Технологический процесс производства хлебобулочных изделий состоит из следующих основных стадий:

1) подготовка сырья к производству: хранение, смешивания, просеивания сыпучих или фильтрования жидких видов сырья; измельчения и плавления твердых жиров приготовления растворов пищевых добавок: соли, химических разрыхлителей;

"Нормы технологического проектирования предприятий хлебопекарной промышленности" ВНТП 02-92 разработаны институтом ЦНИИ Промзернопроект в соответствии с техническим заданием, утвержденным Главным научно-проектным управлением по строительству при Государственной комиссии Совета Министров СССР по продовольствию и закупкам.

Закупленное сырье, перед подачей на производство поступает в подготовительное помещение до начала ведения технологического процесса, где его взвешивают, после сырье проходит этап очистки от загрязнения. После вскрытия тары, сырье пересыпают или перекладывают в цеховую тару.

Мука просеивают через сито с размерами ячеек не более 2,5 мм, пропускают через магниты, грузоподъемность которых не менее 8-ми кг на 1 кг магнитов. Сахар просеивают через сито с ячейками размером не более 3 мм и пропускают через магнитные уловители для очистки от металлических и ферромагнитных примесей (при необходимости).

Соль поваренную просеивают через металлическое сито с размерами ячеек не более 3,5 мм или растворяют в воде и процеживают через сито с размером ячеек не более 0,5 мм или через ткань.

Яйца куриные помещают в сетчатое ведро и обрабатывают дезинфицирующими растворами: замачивают в течение 5-10 минут в 2% растворе питьевой соды, затем 5 минут - в 2% растворе хлорной извести или 0,5% растворе хлорамина и ополаскивают проточной водой. Подготовленные яйца разбивают и процеживают через сито с ячейками размером не более 3 мм.

Изюм перебирают, удаляя веточки, плодоножки и посторонние примеси и промывают в моечных машинах или на решетах проточной водой и подсушивают в сушильной камере или путем естественной сушки в производственном помещении до начальной влажности. Маргарин разрезают на куски и тщательно осматривают. Сахарную пудру просеивают через сита.

2) приготовления теста;

В месильный машине сбивают маргарин с сахаром в течение 10-15 мин. Где сбитой массе добавляют яйца постепенно в течение 10 мин. порциями, затем добавляют разрыхлитель, изюм, в последнюю очередь - муку, перемешивают 2-3 мин. где получения однородной массы. Длительность замеса - 25-30 мин. Готовое тесто должно быть равномерно перемешанным.

3) формирование;

Готовое тесто делят на отдельные куски, с учетом потерь на запекание и усыхание на предприятии, кладут в смазанные формы и направляют на выпечку.

4) выпечка;

Продолжительность выпечки 20-25 мин. при температуре 180-200 ° С.

5) глазирования и украшения;

Выпеченные хлебобулочные изделия охлаждают, в зависимости от рецептуры наносят глазурь, посыпают сахарной пудрой и направляют на упаковку.

6) упаковка, маркировка, транспортирование и хранение.

2.1 Системный анализ модернизируемой линии по производству хлебобулочных изделий

Все стадии изготовления хлебобулочных изделий можно свести к качеству исходного продукта каждой отдельно взятой стадии, цены на готовое изделие и спрос потребителей и конкурентоспособность предприятия на рынке. Поэтому качество готовой продукции основным образом зависит от соблюдения технологических параметров на каждой стадии изготовления. Основными возмущающих факторов в данном случае будут температура и влажность в помещении.

2.2 Разработка структурной схемы автоматизированной системы управления

При разработке структурной схемы (рис. 7) и выборе объекта модернизации обращалось внимание на улучшение технологического процесса после внедрения ряда технических средств автоматизации. Целью внедрения является уменьшение ручной работы на предприятии, уменьшение количества исходного брака, связанного с человеческим фактором, увеличение объема выпускаемой продукции, путем сокращения времени простоя оборудования.

Для модернизации линии по производству хлебобулочных изделий подобрано ряд датчиков и исполнительный механизм, отвечающий требованиям безопасности и удовлетворяющий надлежащие условия функционирования. Таким образом обеспечивается высокая точность и надежность работы оборудования.

Исполнительные механизмы также управляются с унифицированным сигналом контроллера через преобразователи.

Большим преимуществом разрабатываемой системы является наличие индикации и клавиатуры, с помощью которых система становится проста в управлении.

Представлена блок - схема системы управления реализована на таких элементах:

1) Д 1, Д 2 - датчики уровня;

2) Д 3 - датчик температуры;

3) АЦП АД 7892;

4) МК КМ 1816ВЕ 51;

5) Средства индикации и клавиатура;

6) Регулятор;

7) КАС - временная задержка сигналов;

8) Сервопривод Futaba S3003.

2.3 Разработка функциональной схемы модернизации линии по производству хлебобулочных изделий

Для того, чтобы продукция соответствовала установленным требованиям, процесс подготовки к выпеканию (нормы дозировки, очистки, температура компонентов) и, собственно, именно выпечки, охлаждения, глазирования и упаковки или фасовки проходили по строго установленным правилам. Так как технологический процесс изготовления хлебобулочных изделий непрерывный, на качество производства конечного продукта основным образом влияет надежность работы автоматизированной системы.

Рисунок 8 - Функциональная схема модернизации линии по производству хлебобулочных изделий

2.4 Выбор оборудования и основных технических средств системы управления

1. Датчик температуры DS18B20

DS18B20 - это первый проводной программируемый датчик температуры от компании Maxim Integrated Products. Он широко используется для измерения температуры в жестких средах, таких как химические растворы, шахты или почва и т.д. Корпус датчика является прочным, а также может быть водонепроницаемым, что упрощает процесс монтажа. Он может измерять широкий диапазон температур от -55C до +325 C с приличной точностью ±5C. Каждый датчик имеет уникальный адрес и требует только одного контакта микроконтроллера для передачи данных, поэтому он является очень хорошим выбором для измерения температуры в нескольких точках без ущерба для большинства цифровых контактов на микроконтроллере.

2. Датчик уровня LS8-F

Магнитный поплавковый уровнемер, также называемые указателями уровня, состоят из камеры, магнитного поплавка и индикаторной шкалы типа флиппера, установленной сбоку от камеры. Понять работу магнитного индикатора уровня довольно просто. Жидкость в резервуаре достигает своего собственного уровня внутри камеры. Магнитный поплавок в камере поднимается и опускается вместе с уровнем жидкости. Когда магнитный поплавок поднимается и опускается, он изменяет ориентацию полоски на шкале, обеспечивая визуальную индикацию уровня. Кроме того, когда магнитный поплавок поднимается и опускается, он приводит в действие любой датчик или аварийные выключатели, прикрепленные к боковой стороне манометра.

Магнитные указатели уровня LS8-F изготавливаются по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями заказчика. Конструкция поплавка определяется технологической жидкостью, давлением, температурой и удельным весом жидкости. Магнитные указатели уровня обычно изготавливаются из нержавеющей стали, но могут быть изготовлены из множества других материалов. Для удовлетворения потребностей предприятия доступны различные варианты монтажа и установки к процессу.

3. Исполнительный механизм S3003

Этот серводвигатель отличается наличием пластикового зубчатого колеса, поэтому его применение ограничено с точки зрения количества требуемого усилия, поскольку, если оно превышает то, что он может выдержать (4,1 кг * см), набор шестерен может быть поврежден. Этот серводвигатель управляется сигналом широтно-импульсной модуляции, ШИМ. Этот сигнал является цифровым и генерируется через вывод микроконтроллера, чтобы установить ротор серводвигателя в желаемое положение.

Для позиционирования сервопривода необходимо подать периодический сигнал с частотой 50 Гц (период 20 мс). Ширина импульса определяет положение сервопривода. Если ширина составляет 2,3 мс, сервопривод размещается на одном конце, а если ширина составляет 0,3 мс, он размещается на противоположном конце. Например, если мы хотим, чтобы он располагался точно по центру, мы применяем ширину 1,3 мс, хотя в реальных условиях эти значения могут немного отличаться. Сервопривод имеет разъем с тремя кабелями. Красный - блок питания (4,5-6 вольт). Черный - это масса. И цель - это контрольный сигнал.

Когда сигнал прекращает отправку, сервопривод переходит в состояние покоя, и поэтому его можно перемещать вручную. Пока подан сигнал, он будет оставаться в своем положении, используя силу, чтобы оставаться в нем.

Таблица 4 - Технические характеристики Futaba S3003

Модель	Futaba S3003
Модуляция	Аналоговый
Рабочее напряжение	4,8 В ~ 6 В
Рабочий ток (4,8 В)	7,2 мА
Рабочий ток (6 В)	8 мА
Крутящий момент (4,8 В)	3,2 кг * см
Крутящий момент (6 В)	4,1 кг * см
Рабочая скорость (4,8 В)	0,23 сек / 60 ° без нагрузки
Рабочая скорость (6 В)	0,19 сек / 60 ° без нагрузки
Тип мотора	3-полюсный ферритовый тип
Шестерня	Пластик
рабочий угол	45 ° (400 мкс)
Ширина импульса	1520 мкс ~ 1900 мкс
Длинна кабеля	30см
Рабочая Температура	-20 ° С ~ 60 ° С

4. Цифровой электронный регулятор РТ-16 / D1

Цифровой регулятор измеряет температуру. Также способен автоматически контролировать температуру. При необходимости включает или отключает нагреватель тем самым поддерживает необходимую температуру. В режиме ожидания показывает температуру окружающей среды. Используется в системах, где необходима высокая точность данных.

Таблица 5 - Технические характеристики регулятора

Наименование	РТ-16 / D1
Диапазон регулирования, ° С	0 ... + 125 °
Возможна погрешность измерения	0,5 ° С
Дискретность задания температуры	1 ° С
Тип выходного устройства	реле
Напряжение питания	220 В (± 10%), 50 Гц
Максимальный ток нагрузки	16 А
Максимальная мощность нагрузки	3 кВт
Потребляемая мощность	Не более 5 Вт
Температура окружающей среды	+5 ... + 50 ° C
Размер терморегулятора, мм	90x52x65
Степень защиты	IP20

Рисунок 7 - Внешний вид регулятора РТ-16 / D1

5. Выбор микроконтроллера

В качестве микроконтроллера был выбрал Siemens КМ 1816ВЕ 51. Этот тип процессора имеет встроенное оперативную память объемом 128 байт, позволяет расширять программную и оперативную память 64К используя кристаллы внешней памяти.

Основой микроконтроллера является высокоуровневый n-МОП технологией, помещённый в индивидуальный корпус, обладающий сорока внешними выходами. Для корректной работы MK51 необходим источник бесперебойного электропитания в + 5В. MK51 имеет четыре порта ввода/вывода. И может находится в трех состояниях. На корпусе микроконтроллера имеется три предназначенные для кварцевого резонатора, 4 сигнала для вывода, режим управления микроконтроллером, и восемь линий порта три, с возможностью быть запрограммированными пользователем для выполнения определенных задач с обменом данных.

Архитектура процессора содержит:

- Двадцать регистров специального назначения;

- Четыре банка рабочих регистров;

- Стек с максимальной глубиной 128 байт;

- 128 контролируемых отдельных разрядов;

- 32 двунаправленные линии ввода / вывода, организованные в четыре 8-разрядных порта;

- Программируемый мультиплексный последовательный порт;

- Два 16-разрядных таймера / счетчика;

- Двухуровневая система прерываний;

- 5 источников прерываний;

- Вложена система прерываний.

Расширенная система команд обеспечивает:

- Прямую побайтовую и побитовую адресацию;

- Двоичную и двоично-десятичную арифметику;

- Контроль переполнения и четности / нечетности;

Продолжительность цикла команды - 1 мкс при тактовой частоте 16 МГц.

Рисунок 8 - Входов / выходов микроконтроллера КМ 1816ВЕ 51

Uss - общий провод (земля, корпусной провод)

Ucc - напряжение питания +5 В;

X1, X2 - вывод для кварцевого резонатора;

RST - вывод микроконтроллера для сброса в режиме выхода или входа;

PSEN - увеличение внутренней памяти;

ALE - адрес для внешней памяти;

ЕА - выключение внутренней памяти;

P1 - 8 B порт ввода / вывода;

P2 - 8 B порт ввода / вывода;

РЗ - 8 B порт ввода / вывода;

P0 - 8 B двунаправленный порт ввода / вывода информации.

6. Выбор АЦП

12-разрядный АЦП со временем преобразования 1,47 и скоростью передачи 600 kSPS (AD7892-3). Скорость 500 kSPS (AD7892-1, AD7892-2). Работа с одним источником питания. Встроенный усилитель Track / Hold. Выбор входных диапазонов: 5 В для +2,5 В для 2,5 В для AD7892-3. Высокоскоростной последовательный и параллельный интерфейс с низким энергопотреблением, 60 мВт (тип.) Защита от перенапряжения на аналоговых входах (AD7892-1 и AD7892-3).

Это высокоскоростной 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь с низким энергопотреблением, работающий от одного источника питания +5 В. Деталь содержит АЦП последовательного приближения 1,47 мкс, встроенный усилитель трека / удержания, внутренний источник опорного напряжения +2,5 В и встроенные универсальные интерфейсные структуры, которые позволяют как последовательное, так и параллельное соединение с микропроцессором. Деталь принимает диапазон аналогового входа V (AD7892-2) и V (AD7892-3). Защита от перенапряжения на аналоговых входах для AD7892-1 и AD7892-3 позволяет подавать входное напряжение 7 В соответственно без повреждения портов. AD7892 предлагает на выбор два формата вывода данных: одиночный, параллельный, 12-битное слово или последовательные данные. Быстрое время доступа к шине и стандартные входы управления обеспечивают простой параллельный интерфейс с микропроцессорами и процессорами цифровых сигналов. Высокоскоростной последовательный интерфейс позволяет напрямую подключаться к последовательным портам микроконтроллеров и процессоров цифровых сигналов. В дополнение к традиционным характеристикам точности по постоянному току, таким как погрешности линейности, полной шкалы и смещения, часть также указана для динамических параметров производительности, включая гармонические искажения и отношение сигнал / шум.

AD7892 изготавливается по технологии Linear Compatible CMOS (LC2MOS) компании Analog Devices - смешанному технологическому процессу, который сочетает в себе прецизионные биполярные схемы с логикой CMOS с низким энергопотреблением. Доступен 24-выводной, шириной 0,3 дюйма, пластиковый или герметичный DIP-датчик SOIC с 24 выводами.

1. AD7892-3 имеет время преобразования 1,47 мкс и время сбора данных с отслеживанием / удержанием 200 нс. Это обеспечивает пропускную способность детали до 600 тыс. Операций в секунду. AD7892-1 и AD7892-2 работают со скоростью 500 kSPS. 2. AD7892 работает от одного источника питания +5 В и потребляет 60 мВт, что делает его идеальным для маломощных и портативных приложений. 3. Деталь предлагает высокоскоростной, гибкий интерфейс с параллельным и последовательным интерфейсами для легкого подключения к микропроцессорам, микроконтроллерам и процессорам цифровых сигналов.

Когда устройство находится в параллельном режиме, этот вывод представляет собой бит данных 4, выход, совместимый с тремя состояниями TTL. Когда устройство находится в последовательном режиме, это становится последовательным выводом часов, SCLK. SCLK - это вход, и на этом выводе должны быть предусмотрены внешние последовательные часы для получения последовательных данных от AD7892. Последовательные данные синхронизируются с выходным регистром сдвига на восходящих краях SCLK после того, как RFS становится низким.

Синхронизация кадров приема. Когда устройство находится в параллельном режиме, этот вывод представляет собой бит данных 3, выход, совместимый с тремя состояниями TTL. Когда устройство находится в последовательном режиме, это становится входом синхронизации приемного кадра с RFS, предоставляемым извне для получения последовательных данных от AD7892.

Трехфазный TTL-совместимый выход. Этот выход следует оставлять не подключенным, когда устройство находится в последовательном режиме.

бит данных 1. Трехфазный TTL-совместимый выход. Этот выход следует оставлять не подключенным, когда устройство находится в последовательном режиме.

Бит данных 0 (LSB). Трехфазный TTL-совместимый выход. Выходное кодирование является дополнением двух для AD7892-1 и AD7892-3 и прямым (натуральным) двоичным для AD7892-2. Этот выход следует оставлять не подключенным, когда устройство находится в последовательном режиме.

Активный логический вход низкого уровня, который используется в сочетании с CS low для включения вывода данных. Выбор чипа. Активный вход низкой логики, который используется совместно с RD для включения вывода данных. Конец преобразования. Активный низкий логический выход, указывающий состояние преобразователя. Конец преобразования обозначается низким импульсом на этой линии. Длительность этого импульса номинально составляет 100 нс.

Начало преобразования. Логический ввод. Переход от низкого уровня к высокому на этом входе переводит трек/удержание в режим удержания и запускает преобразование.

Рисунок 9 - Положение входов / выходов АЦП

2.5 Разработка подсистемы управления микроклиматом производственных и складских помещений

Правильное хранение ингредиентов и выпечки очень важно для сохранения свежих и вкусных продуктов и предотвращения болезней пищевого происхождения. И перед тем, как приступить к производству хлебобулочных изделий необходимо убедиться в качестве помещения для хранения сырья и готовой продукции перед тем, как она окажется на прилавках магазинов. В связи с этим рассмотрим, как сохранить продукты свежими и безопасными, а также когда следует отказаться от ингредиентов или продуктов.

Как правило, продукты, приготовленные из яиц и молока, такие как тыквенный пирог, пирог с заварным кремом и чизкейк, должны сначала безопасно выпекаться до безопасной минимальной внутренней температуры. После запекания их нужно поставить в холодильник. Яйца и молоко имеют высокое содержание белка и влаги, и когда эти выпеченные продукты оставляются при комнатной температуре, создаются условия для размножения бактерий. Большинство других тортов, печенья или хлеба не нужно охлаждать, если они не имеют скоропортящейся начинки или глазури.

Пищевые хранимые продукты медленно портятся, делая их уязвимыми для размножения бактерий. Основными факторами риска возникновения болезней пищевого происхождения являются температура, время или количество времени, в течение которого пища остается при определенной температуре.

Продукты следует хранить в следующих условиях:

- холодильник: 4 градуса Цельсия или ниже;

- морозильная камера: ниже -18 градусов Цельсия;

- комнатная температура (сухое хранение): от 15 до 21 градусов Цельсия.

Необходимо разделить продукцию на секции, для недопущения случаев касания готовых к употреблению продуктов ни в холодильнике, ни во время приготовления.

Готовую холодную продукцию необходимо хранить при температуре 4 градусов Цельсия или ниже, а горячие продукты - при 60 градусах Цельсия или выше.

Между 4 и 60 градусами по Цельсия считается температурной опасной зоной, особенно между 15 и 60 градусов по Цельсия, где наблюдается быстрый рост бактерий и производство токсинов.

Условия микроклимата на производстве имеет разный вид:

- зона климата;

- тип оборудования, используемого на предприятии;

- вентиляция воздуха;

- размер помещения;

- число персонала.

Климат в помещениях в течении дня может манятся, но не должен превышать ном.

На производстве на климат влияет множество факторов: температуры, влажности, скорости воздуха.

Согласно СанПиН "Требования к помещению на предприятиях" есть нормы, характеризующие микроклимат в помещении:

- температура воздуха;

- температура поверхности (учитывается температура поверхностей ограждающих конструкций (стены, потолок, пол), устройства (экранов и др.), а также технологического оборудования или его ограждающих устройств);

- относительная влажность;

- скорость воздуха;

- интенсивность теплового излучения.

Измерения воздуха проводятся при 0 градусов Цельсия, являясь одним из основных параметров микроклимата помещения.

Для измерения температуры воздуха используются термометры, термографы (фиксирующие изменения температуры за определенное время) и сухие термометры психрометров.

Влажность воздуха измеряется портативным аспирационным психрометром. Также дополнительно измеряется атмосферное давление при помощи барометров - анероидов.

Для определения скорость воздуха используются крыльчатые анемометры.

Нормальным микроклиматом приято считать, тот при котором человек способен находится продолжительное количество времени. Создание технологических средств экологического контроля на производственных объектах необходимо для повышения качества труда. Если условия благоприятные, то сотрудники лучше справляются со своими обязанностями, а это сказывается на объемах производства. Чистый воздух обеспечивается системой кондиционирования и вентиляции. Важное место в этом занимает микроклимат - это состояние окружающей среды внутри производственного помещения. Его параметры необходимо соблюдать.

Микроклимат важен не только для персонала работающем на предприятии, но также и для производства в целом.

Достигается он разными путями. Но во времена технического процесса появились устройства, способствующие этому. В зависимости от помещения и требований устанавливаются датчики контроля температуры воздуха и влажности как самых главных параметров, влияющих на продукцию. Помещения хранения сырья, производственный отдел, офис и склад готовой продукции имеет каждый свой уникальный климат, который поддерживается системой мониторинга климатом помещения. На каждом предприятии он свой. В зависимости от возможности и важности этого аспекта при производстве устанавливается соответствующее оборудование.