Управление процессом горячего копчения рыбы в камерных установках

В В Е Д Е Н И Е На XSTL съезде КПСС была поставлена главная задача одиннадцатой пятилетки это обеспечение дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы l3 Решение этой задачи непосредственно связано с повышением качества продуктов питания, расширением их ассортимента и удовлетворением потребительского спроса на них. Огромные водные ресурсы СССР определяют потребление разнообразной рыбной продукции Б качестве одного из традиционных продуктов питания. Б нашей стране уделяется большое внимание производству копченой рыбной продукции. 9то связано с тем, что потребительский спрос на копченую рыбную продукцию полностью не удовлетворен, поэтому принимаются меры по расширению производственных мощностей, повышению производительности технологического оборудования, совершенствованию технологии обработки, а также улучшению качества выпускаемой копченой рыбной продукции.

Актуальность темы

Одним из направлений реализации продовольственной программы в нашей стране [2] является увеличение объема производства рыбной продукции с одновременным улучшением ее качества, в котором существенна доля копченых изделий. Это требует внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами, обеспечивающих получение копченой рыбопродукции высокого качества с наименьшими затратами труда. В свою очередь, применение автоматического контроля и регулирования технологических процессов невозможно без создания спещшлизированных измерительных преобразователей и, в частности, приборов определения показателей качества выпускаемой продакции. Решение этих вопросов особенно важное значение имеет для процесса горячего копчения, который по сравнению с холодным копчением протекает в несколько раз быстрее, Б соответствии с ГОСТ 7447–72 и технологическиш инструкциями [24, 77] одниш из основных показателей качества рыбопродукции горячего копчения являются показатели цвет поверхности и готовность (степень проварки. гщшечной ткани). Существующие требования к цвету основаны на органолептической методике оценки этого показателя, не дающей объективной информации. Степень проварки рыбы горячего копчения определяется по максимальной температуре внутри тушки рыбы, достигаемой за весь цикл обработки, что является косвенным показателем и достоверно характеризует только стерильность продукта, а не степень проварки. В настоящее время приборов для экспресс анализа этих показателей качества в производственных условиях не имеется, что затрудняет решение вопроса автоматизированного управления процессом горячего копчения рыбы, Цель работы состоит в повышении эффективности производства рыбы горячего копчения и достигается путем разработки и внедрения систе-Ш управления на основе экспресс-методов контроля показателей, определяющих качество копченой рыбопродукции. Поставленная перед исследованием цель определила выбор в качестве объекта процесс производства рыбы горячего копчения в камерных коптильных установках, а в качестве предгдета исследования параметры, определяющие качество копченой рыбной продукции. Кроме того из цели вытекают следующие задачи исследования: разработка экспресс-методов автоматизированного контроля показателей качества рыбы горячего копченияразработка аппаратурно-програгдмного блока оптимизации загрузки оборудования технологических линий производства рыбы горячего копченияразработка измерительных фотопреобразователей цвета поверхности и степени проварки рыбы горячего копченияразработка алгоритма автоматизированного управления технологическим режимом процесса горячего копчения рыбы в каглерных коптильных установках. Научная новизна. Осуществлена постановка задачи оптимального управления производством рыбы горячего копчения. Обоснована достаточность разработанного автоматизированного контроля цвета поверхности и степени проварки для оценки качества рыбы горячего копчения в производственных условиях. Разработан экспресс-метод определения степени проварки копченой рыбы. Полчена с помощью ЗВМ имитационная модель производства рыбы горячего копчения, которая позволила применить метод поиска оптимального варианта управления производством. Разработан аналитический метод расчета статических характеристик фототранзисторов, используешх в качестве фоточувствительного элемента в разработанном фотопреобразователе цвета поверхности и степени проварки рыбы горячего копчения. Разработан алгоритм автоматизированного управления технологическим режимом процесса горячего копчения, который использован для реализации систеьлы управления, Практическая ценность. Разработан пакет прикладных програглм для реализации на ЭВМ задачи поиска оптр1мального варианта управления производством рыбы горячего копчения. Разработан и внедрен измерительный фотопреобразователь цвета поверхности и степени проварки рыбы горячего копчения. Получены с помощью Н М таблицы безразВ мерных статических характеристик фототранзистора, используемого в качестве фоточувствительного элемента в разработанном фотопреобразователе, позволяющие упростить расчет и повысить его точность. Внедрена в производство система управления процессом горячего копчения рыбы, что позволило предприятию (Мосрыбокомбинат) получить годовой экономический эффект за счет снижения технологических потерь и повышения производительности технологического оборудования в 19 тыс. руб. Апробация работы. Основные результаты работы были представлены Б докладах на научно-технических конференщях ВЗШП в 1982;1984гг., на московской городской научно-технической конференщш Н О пищевой Т проглышленности в 1983 г. Работа заслушана и обсуждена на расширенном заседании кафедры «Автоматизация процессов в пищевой промышленности» Б Р П (1982г.), ЗШ на научно-техническом семинаре кафедры «Автоматизация пищевых производств» М К П (1982г.). По материалам работы опубликовано четыре ТП статьи, получено два авторских свидетельства на изобретения. I АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕГО КОПЧЕНРИ Ш Ш I.I. Анализ технологии производства рыбы горячего копчения Процесс производства рыбы горячего копчения в настоящее время занимает важное место в обработке рыбного сырья. Это обусловлено тем, что после обработки рыба приобретает специфические оттенки аромата и вкуса, особую окраску, придающую ей привлекательный внешний вид" При этом рыба горячего копчения пользуется большим потребительским спросом, имеет высокие пищевые качества. Существенный вклад в развитие технологии производства рыбы и её научное обоснование внесли отечественные ученые [_10, 20, 21, 22, 33,53, 54, 68, 77, 78, 83, 98, 100, lOl] Большое внимание уделяется изучению и совершенствованию технологии производства рыбы горячего копчения за рубежом [109, П О III, 112, И З 114, 115, 116, 117, 118, 122, 123, 124 Постоянно возрастающий объем производства требует внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами, обеспечивающих получение готовой продукции высокого качества с наименьшими затратами труда. Решению данного вопроса в настоящее время уделяется большое внимание во всех отраслях пищевой промышленности, в том числе и рыбной [26, 28, 31, 61, 65, 66, 73, 74, 85]. Целью исследования как уже указывалось во введении является разработка системы управления процессом горячего копчения рыбы, внедрение которой позволяет сократить технологические потери, имеющие место при данном способе обработки рыбы. В связи с этим проведем анализ производства рыбы горячего копчения как объекта автоматизации. В работах L 2 0 68, 81, 90″ ] подробно описаны этапы производства рыбы горячего копчения. Типовая агрегатная схема линии производства рыбы горячего копчения, полученная на основе систематизации известных сведений, приведена на рис. 1.1. Мороженая рыба доставляется погрузчиком I в сырьевое отделение. Блоки мороженой рыбы на столе 2 освобождаются от упаковки, сортируются и укладываются в контейнеры 3. Налрлненный контейнер электрической талью 4 по тельферному пути 5 загружается в устройство 6, где происходит дефростация и посол рыбы согласно действующей технологической инструкции. Ванны оборудованы системой коммуникаций, обеспечивающей подачу в них тузлука, воды, а также отбор на рециркуляцию и слив отработанных растворов в канализацию. Рециркуляция и перекачка тузлуков на повторное использование обеспечивается насосной установкой 7. По окончании посола контейнер с рыбой электрической талью подается к столам нанизки 8 и щба выгружается в приемный бункер столов, причем, габариты бункера соответствуют емкости контейнера. Рыба вручную нанизывается на шомпола, которые устанавливаются на клети 9. Клеть с рыбой по подвесному пути 10 подается к весам II для взвешивания, затем поступает в камеру ополаскивания 12, после чего подается на загрузку к коптильным камерам 13. Процесс копчения в камере определяется по технологической инструкции в зависимости от вида, размера и состояния рыбы. По окончании процесса копчения влети с рыбой подаются в упаковочное отделение, где рыба охлаждается, производится съём рыбы с шомпола и укладка в деревянные ящики на столах 14, оборудованных I Q_ff 10 >I i Q Q A V Z i Рис, I. I, Типовая агрегатная схема тшнии производства II весами 15 или бункером с весовым устройством. Рассмотрим технологические особенности каждого из описанных этапов процесса производства рыбы горячего копчения. Сортировка рыбы заключается в выборке блоков мороженой рыбы одного вида и размераЭтот этап обработки проводится вручную и на сегодняшний день не имеется сведений о его автоматизации. Сортировка может проводиться и заранее на складе сырья. Дефростацйя рыбы является важной технологической операцией, от правильности выполнения которой зависит исходное качество сырья, направляемого на обработку [10, 20 Различают несколько способов дефростации: на воздухе, в воде, токами промышленной и высокой частот. В нашей стране в основном применяется дефростацйя в воде как наиболее экономичный и механизированный способ. Применяемые в рыбной промышленности устройства для посола рыбы можно разбить на две группы: периодического и непрерывного действия. Устройства периодического действия отличаются прерывностью (цикличностью) работы. Свежу" рыбу и консервирующее вещество (соль, тузлук) загружают в устройство в определенных пропорциях и выдерживают до тех пор, пока рыба не достигнет требуемой солености. Затем это устройство освобождают от соленой рыбы, тузлука и загружают новой партией свежей рыбы и консервирующем веществом. К такого рода устройствам относятся чаны, лари, бочки и т. д. Работа устройств непрерывного действия основана на том, что свежую рыбу и консервирующие вещества непрерывно подают в посолочное устройство и также непрерывно удаляют из него просолившуюся рыбу и отработанный тузлук. Однако до сих пор промышленные устройства непрерывного действия внедрены только для посола мелких рыб и в производстве копченой рыбной продукции они не применяются, в целях сокращения продолжительности подготовительных операций при копчении рыбы все большее распространение находит совмещенный способ посола и дефростации [_100] В результате рыба приобретает определенную соленость и влагосодержание, которые для конкретного вида и размера рыбы зависят от концентрации и температуры тузлука, а также от длительности процесса дефростации-посолаф Процесс подготовки рыбы к копчению включает в себя следующие этапы: обвязку, нанизку на шомпола, навеску на клеть, а также обмывку для удаления тузлука с поверхности рыбы [81, 90″ ] Процесс производится вручную и в настоящее время не автоматизирован, Наиболее технологически важное место в производстве копченой рыбы занимает процесс копчения, продолжительный во времени, требующий больших производственных площадей. Кроме того этот этап производства зависит от состояния и свойств продукта, а также температуры, влажности, концентрации и скорости движения дымовоздушной смеси в коптильной камере и т, д. К современным коптильным установкам предъявляются следующие требования: установка должна обеспечивать быструю загрузку сырья и выгрузку готовой продукциидлительность процесса копчения должна строго выдерживаться в соответствии с технологической инструкциейустановка должна обеспечивать высокую производительность и занимать при этом небольшую производственную площадькачество продукта должно быть однородным- -установка должна быть оборудована приборами контроля ои регулирования всех основных технологических параметров процесса копченйя и качества готовой рыбы, По принципу действия коптильные установки.

Основные результаты работы.

1. Показано, что для снижения технологических потерь необходимо контролировать показатели качества непосредственно в процессе копчения, так как стабилизация технологических параметров дымовоздушной среды не обеспечивает требований к качеству готовой копченой продукции.

2. Получены зависимости интенсивностей отражения поверхности и флуоресценции мышечной ткани рыбы и комплексной органолепти-ческой оценки качества от длительности процесса копчения, на основании которых выявлено, что наибольшей комплексной оценке качества трески и леща горячего копчения соответствует интенсивность отражения 18 $ и 20 $, а интенсивность флуоресценции 70 $ и 76 $ соответственно.

3. Разработан метод оценки степени проварки рыбы горячего копчения по интенсивности флуоресценции мышечной ткани, который является более достоверным, чем применяемая в настоящее время оценка степени проварки по максимальной температуре внутри тушки рыбы.

4. Поставлена и решена задача оптимизации загрузки технологического оборудования производства рыбы горячего копчения, что позволило уменьшить время простоя оборудования, повысить качество выпускаемой копченой рыбной продукции, а также реализовать подключение дополнительных дымогенераторов к коптильным камерам.

5. Показано, что цвет поверхности рыбы горячего копчения непосредственно в технологическом процессе можно определять, измеряя интенсивность отражения поверхности при облучении источником длиной волны 580 нм, а степень проварки — измеряя интенсивность флуоресценции мышечной ткани рыбы при облучении источником длиной волны 320 нм (для трески и леща).

6. Разработан фотопреобразователь для измерения интенсивности отражения и интенсивности флуоресценции, содержащий источник излучения, фокусирующую систему, светофильтры и измерительный электронный блок.

7. Разработан аналитический метод расчета БАХ фототранзисторов, используемых в качестве ФЧЭ, который позволяет оценить влияние освещенности, температуры и управляющего тока, причем погрешность расчета не превышает 3%, Получены на ЭВМ таблицы функций, необходимых для расчета.

8. Получены структурные схемы производства рыбной продукции и процесса горячего копчения рыбы. На основании системного анализа выявлены внутренние и внешние связи, определены управляемые и управляющие параметры системы управления.

9. Осуществлено управление концентрацией дымовоздушной смеси по цвету поверхности и коррекция длительности копчения по степени проварки.

10. Разработан алгоритм управления технологическим процессом копчения и получены структурная и функциональная схемы системы управления.

II. Разработанная система управления внедрена на Мосрыбоком-бинате. Годовой экономический эффект за счет снижения технологических потерь и повышения производительности технологического оборудования составил 19 тыс. руб.