Автоматизация технологических процессов в пищевой промышленности

Вопрос № 1. Автоматизация технологических процессов в пищевой промышленности Вопрос № 2. Характеристика технологических процессов пищевой промышленности Вопрос № 3. Специфика подбора оборудования в пищевой промышленности Вопрос № 4. Структура промышленного пищевого предприятия и задачи управления данным предприятием Список используемых источников

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Пищевая промышленность с каждым годом набирает новый темп развития. Ускорению прогресса в данной отрасли хозяйства способствует автоматизация управления. Впервые такие системы управления появились в 70−80 года прошлого века. Именно тогда активно стали внедряться различные виды технических средств.

Компьютеры и другая микропроцессорная техника, внедрившаяся в пищевую промышленность, способствовала тому, что в данной отрасли стали использоваться самые новейшие, технически сложные автоматизированные системы управления. Именно они привели к тому, что был интегрирован в единое целое весь производственный процесс на предприятиях пищевой промышленности.

До сих пор главной задачей автоматизации данной отрасли является формирование компьютерно-интегрированного производства. Для этого создаются различные комплексы программ, позволяющих интегрировать процесс управления на предприятии или заводе. Автоматизируется в данном случае не отдельный производственный процесс, а целый комплекс, характеризующийся сложными взаимосвязями между его подсистемами. В последнее время были разработаны такие автоматизированные системы управления пищевой промышленности, которые имеют широкий спектр функциональных возможностей. Технические параметры данных систем поставлены таким образом, что система работает оперативно, быстро и надежна. Также она очень комфортна в использовании оператором.

Многофункциональность автоматизированной системы управления пищевой промышленности основывается на возможности разнообразного графического отображения информации. Так современные системы позволяют оперативно создавать динамические мнемосхемы, графики, таблицы и т. п. Работа проводится не только с реальными данными, но и с теми, что были сохранены и заархивированы. Все это позволяет работать столь оперативно, чтобы во время уловить сигналы тревог об аварийной ситуации, простоях, чтобы эффективнее управлять производством и получать наилучшие результаты. При разработке АСУ пищевой промышленности применяются многоконтурные системы. В них реализуются такие немало важные принципы для пищевой промышленности, как адаптация, компенсация возмущений, а также раскрываются структуры каскадных систем, системы тревог и сигналов и т. п.

Широкое внедрение автоматизации — наиболее эффективный путь повышения производительности труда.

На многих объектах для организации правильного технологического процесса необходимо длительно поддерживать заданные значения различных физических параметров или изменять их во времени по определенному закону. Вследствие различных внешних воздействий на объект эти параметры отклоняются от заданных. Оператор или машинист должен так воздействовать на объект, чтобы значения регулируемых параметров не выходили за допустимые пределы, т. е. управлять объектом. Отдельные функции оператора могут выполнять различные автоматические приборы. Воздействие их на объект осуществляется по команде человека, который следит за состоянием параметров. Такое управление называют автоматическим. Чтобы полностью исключить человека из процесса управления, система должна быть замкнутой: приборы должны следить за отклонением регулируемого параметра и соответственно давать команду на управление объектом. Такая замкнутая система управления называется системой автоматического регулирования (САР).

Современный этап развития автоматизации характеризуется значительным усложнением задач автоматического управления: увеличением числа регулируемых параметров и взаимосвязью объектов регулирования; повышением требуемой точности регулирования, их быстродействия; увеличением дистанционности управления и т. д. Эти задачи могут быть решены только на базе современной электронной техники, широкого внедрения микропроцессоров и универсальных компьютеров.

Для управления различными технологическими процессами необходимо поддерживать в заданных пределах, а иногда изменять по определенному закону значение одной или одновременно нескольких физических величин. При этом необходимо следить, чтобы не возникали опасные режимы работы.

Устройство, в котором протекает процесс, требующий непрерывного регулирования, называют управляемым объектом, или сокращенно объектом.

Наряду с автоматическим поддержанием параметров в заданных пределах необходима также защита установок от опасных режимов, которую выполняют системы автоматической защиты (САЗ). Они могут быть профилактическими или аварийными.

Профилактическая защита воздействует на регулирующие устройства или отдельные элементы регулятора до наступления опасного режима. Например, в случае прекращения подачи воды на конденсатор компрессор надо остановить, не дожидаясь аварийного повышения давления.

Аварийная защита воспринимает отклонение регулируемого параметра и, когда значение его становится опасным, отключает один из узлов системы, чтобы рассогласование больше не возрастало. При срабатывании автоматической защиты нормальное функционирование системы автоматического регулирования прекращается, и регулируемый параметр обычно выходит за допустимые пределы. Если после срабатывания защиты контролируемый параметр вернулся в заданную зону, система автоматической защиты может снова включить отключенный узел, и система регулирования продолжает нормально работать (защита многоразового действия).

На крупных объектах чаще применяют системы автоматической защиты одноразового действия, т. е. после возвращения контролируемого параметра в допустимую зону отключенные защитой узлы сами уже не включаются. Систему автоматической защиты обычно сочетают с сигнализацией (общей или дифференцированной, т. е. указывающей на причину срабатывания).

Основные функции защиты приборы также выполняют надежнее, чем человек. Машинист может не заметить быстрого повышения давления в конденсаторе (из-за прекращения подачи воды), неисправность в масляном насосе и прочее, приборы же реагируют на эти неисправности мгновенно. Правда, в некоторых случаях неполадки скорее будут замечены машинистом, он услышит стук в неисправном компрессоре, почувствует местную утечку аммиака. Все же опыт эксплуатации показал, что автоматические установки работают значительно надежнее.

Таким образом, автоматизация обеспечивает следующие основные преимущества:

1) сокращаются затраты времени на обслуживание;

2) точнее поддерживается требуемый технологический режим;

3) уменьшаются эксплуатационные расходы (на электроэнергию, воду, ремонт и пр.);

4) повышается надежность работы установок.

Несмотря на перечисленные преимущества, автоматизация целесообразна лишь в тех случаях, когда это экономически обосновано, т. е. расходы, связанные с автоматизацией, окупаются экономией от ее внедрения. Кроме того, необходимо автоматизировать процессы, нормальное протекание которых не может быть обеспечено при ручном управлении: точные технологические процессы, работа во вредной или взрывоопасной среде.

Из всех процессов автоматизации наибольшее практическое значение имеет автоматическое регулирование. Поэтому далее в основном рассматриваются автоматические системы регулирования, являющиеся основой автоматизации холодильных установок.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

технологический пищевой дистилляция оборудование Производственные процессы в пищевой промышленности можно рассматривать как набор последовательных технологических операций, связанных с подготовкой сырья, непосредственной его обработкой и получением готовой продукции. В процессе производства пищевых продуктов используются самые разнообразные операции. Эти операции подробно рассматриваются только в специальных исследованиях по отдельным отраслям. Несмотря на это можно выделить следующие общие процессы: ферментация, тепловая обработка, обезвоживание и дистилляция.

Ферментация обычно осуществляется посредством добавления микроорганизмов в заранее подготовленный продукт. Эту операцию применяют в пекарнях, пивоварении, в производстве вина и спирта, в сыродельной промышленности.

Тепловая обработка используется в большинстве технологических процессов: при консервировании мяса, рыбы, овощей и плодов, при производстве готовых к употреблению мясных продуктов, в пекарнях, при производстве печенья, в пивоварении и т. д. В других случаях тепловая обработка осуществляется в герметичных вакуумных аппаратах и предназначена для получения концентрированных продуктов (например, рафинирование сахара и томатной пасты).

Помимо высушивания продуктов на солнце, как в случае большинства тропических плодов, обезвоживание может быть выполнено в потоке горячего воздуха (сушилки стационарные или туннельного типа), контактным способом (в сушильных барабанах с паровым нагреванием, например при производстве растворимого кофе, в чайной промышленности), в вакууме (часто в сочетании с фильтрованием) и методом лиофилизации (сублимационная сушка), когда продукт сначала замораживают, а затем высушивают в вакууме в нагретой камере.

Дистилляция используется, например, в производстве спирта. Ферментизированную жидкость (брагу) после отделения зерна или плодов упаривают в перегонном кубе, а конденсат — жидкий этиловый спирт, собирают.

Консервация. Важно сохранить качество пищевых продуктов и предотвратить их порчу с тем, чтобы они были безопасны для употребления, в связи с возможным загрязнение вредными веществами, и не подвергали риску здоровье потребителя.

Существует пять основных методов консервации пищевых продуктов:

1. стерилизация излучением,

2. стерилизация антибиотиками,

3. воздействие химических веществ,

4. обезвоживание,

5. замораживание.

Первые три метода направлены на уничтожение микроорганизмов, а остальные методы — просто задерживают их развитие. Консервация свежего исходного сырья, например рыбы, мяса, плодов или овощей осуществляется одним из указанных способов. Иногда сохраняются различные смеси, переработанные в форму готового продукта или блюда. К таким продуктам относятся супы, мясные блюда или пудинги.

Расфасовка. Существует множество методов расфасовки пищевых продуктов, включая расфасовку в консервные банки, асептическую расфасовку или упаковку в замороженном виде.

3. СПЕЦИФИКА ПОДБОРА ОБОРУДОВАНИЯ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Технологическое оборудование для пищевых производств — это средства технологического оснащения, обеспечивающие выполнение определенной части технологического процесса в общем технологическом процессе пищевого производства. Взаимодействие системы «продукт-материал» оценивается и регламентируется Минздравсоцразвития России с точки зрения охраны здоровья потребителя. При этом для каждого вида продукта имеются материалы, разрешенные или запрещенные к применению. Например, медь запрещена к применению в оборудовании молочных заводов и разрешена к применению в оборудовании кондитерского производства; алюминий разрешен к применению в молочной промышленности вообще, но запрещен, в частности, к применению при производстве молочных продуктов для детского питания.

Специфика условий пищевого производства (коррозионно-активные пищевые среды, моющие и дезинфицирующие растворы, повышенная температура, высокая скорость истечения рабочих сред, значительные перепады давления) определяет особые требования к выбору материалов при конструировании технологического оборудования. В связи со всеми этими факторами любые материалы должны быть разрешены для производства конкретных пищевых продуктов.

Наиболее распространенным материалом для изготовления оборудования пищевого производства является так называемая в обиходе «нержавейка», т. е. нержавеющая сталь. Но, к сожалению, даже «нержавеющее» оборудование как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации подвергается коррозии различного вида. Поверхность емкостного оборудования покрывается темным налетом, на полированных поверхностях появляются белесые серые, до темно-серого и даже фиолетового цвета разводы. Надо заметить, что такое поведение «нержавейки» в настоящее время стало встречаться все чаще и чаще, и иногда старое оборудование выглядит лучше, чем новое после непродолжительного времени эксплуатации. Состав и свойства нержавеющие стали — это сложнолегированные стали, стойкие против коррозии в атмосфере и агрессивных средах. Химические элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее строения и свойств, называются легирующими. Стали, содержащие легирующие элементы, называются легированными.

Материалы, которые использует оборудование для фасовки в пищевой промышленности, чаще всего бывают четырёх типов: тонкая бумага, тонкий полипропилен, многослойные пленки, фольга и металлизированные материалы на бумажной основе. Каждый из них обладает своими уникальными свойствами, что определяет их применение в той или иной линии фасовки пищевых продуктов.

4. СТРУКТУРА ПРОМЫШЛЕННОГО ПИЩЕВОГО ПРЕДПРИЯТИЯ И ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ

В зависимости от технологии обработки изделий на предприятиях создаются соответствующие подразделения, а в аппарате управления — соответствующие функции и звенья. Каждое пищевое предприятие состоит из производств, цехов, участков, хозяйств, органов управления и организаций, которые обслуживают работников предприятия.

Четкая классификация и установление связей между ними позволяет организовать ход производства и сформировать рациональную структуру предприятия.

Под структурой предприятия принято понимать его внутреннее строение, которое характеризуется составом подразделений, системой их взаимодействий, взаимозависимости, подчинения и управления. Структура промышленного пищевого предприятия обусловлена особенностями его хозяйственной и производственной деятельности. Она должна обеспечивать максимально эффективную деятельность предприятия, направленную на выполнение его уставного назначения.

Структура предприятия делится на общую и производственную структуры. Общая структура предприятия — это комплекс производственных подразделений предприятия, функциональных отделов, структур управления и служб непроизводственной сферы. Общая структура включает:

— органы управления — технические, экономические, оперативно производственные, службы кадров, бухгалтерию, службу маркетинга, службу материально-технического обеспечения и др.;

— производственную структуру;

— организации по обслуживанию работников: производственное питание, пункты здоровья, жилищно-коммунальные хозяйства, библиотеку, детские учреждения, профилактории, учреждения культуры.

Производственная структура — это часть общей структуры предприятия, которая включает производственные подразделения, выпускающие продукцию, обслуживающие и вспомогательные службы, оказывающие помощь в выпуске продукции основным подразделениям.

Первичным звеном производственной структуры является рабочее место. Оно представляет собой часть производственной площади, которая оснащена необходимым оборудованием и инструментом, при помощи которых рабочий или группа рабочих выполняет отдельные операции по изготовлению продукции или обслуживает производственный процесс. Рабочее место может быть простым, многостаночным или коллективным в зависимости от количества рабочих и выполняемых работ.

Совокупность рабочих мест, на которых выполняются однородные виды работ, образует производственные участки. На крупных предприятиях производственные участки объединяются в цехи. Цех — это производственное и административное подразделение, в котором выполняется определенный комплекс работ в соответствии со специализацией производства.

В цеховой производственной структуре основным производственным подразделением является цех, где выполняется определенный комплекс работ в соответствии с внутризаводской специализацией. По характеру своей деятельности цехи подразделяются на основные, вспомогательные, обслуживающие и побочные.

Основные цехи изготавливают продукцию, предназначенную для реализации на сторону, то есть готовую продукцию. Основные цехи, в соответствии со стадиями производства, делятся на заготовительные, обрабатывающие.

Вспомогательные цехи изготавливают продукцию, которая используется для обеспечения собственных потребностей внутри самого предприятия. Такие цеха изготовляют продукцию, выполняют работы и предоставляют услуги, которые обеспечивают выполнение производственных процессов в основных цехах производства.

Вспомогательные цехи также делятся на несколько групп — энергетические (теплоэнергетические подстанции, компрессорные); инструментальные (модельные, штамповочного оборудования,); ремонтные (ремонтно-механические, энергоремонтный цех, которые обеспечивают механизацию и автоматизацию производства).

Обслуживающие хозяйства выполняют работы, которые обеспечивают необходимые условия для нормального осуществления основных и вспомогательных производственных процессов.

К обслуживающим цехам и хозяйствам принадлежат:

— транспортные (железнодорожные, автотранспортные цеха);

— складское хозяйство (составы, кладовые и др.);

— службы (лаборатория, архивы, компьютерно-информационный центр и др.);

— коммунальные хозяйства (обеспечение водоснабжения, столовой и др.)

Общая структура предприятия понимается комплекс производственных подразделений и подразделений, обслуживающих работников, а так же аппарат управления предприятием.

Организационная структура управления — это часть общей структуры управления, в частности подразделения, осуществляющие управление предприятием.

Предназначением организационной структуры предприятия является:

— ?установление четких взаимосвязей между отдельными подразделениями;

— распределение между ними прав, функций, обязанностей и ответственности;

— построение единой организационной структуры, обеспечивающей согласованность между подразделениями.

Основными задачами управления предприятия являются следующие:

— организация производства товаров и услуг с учетом спроса потребителей на основе имеющихся ресурсов;

— переход к использованию работников, обладающих высокой квалификацией;

— стимулирование сотрудников организации путем создания для них соответствующих условий труда и системы его оплаты;

— определение необходимых ресурсов и источников их обеспечения;

— разработка стратегии развития организации и реализация;

— определение целей развития организации;

— выработка системы мероприятий для достижения намеченных целей;

— осуществление контроля за эффективностью деятельности организации, за выполнением поставленных задач.

Также из основных задач системы управления является управление рисками на пищевом предприятии — учет всех факторов риска на всей стадии производственного цикла, начиная от выбора поставщика и кончая выбором каналов распределения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Теория автоматического управления. Ч. 1 и 2 / Под ред. А. А. Воронова. — М.: Высшая школа, 2008 г. -250с.

2. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник. В 3-х т. — М.: Изд-во МГУТУ, 2010 г.-85с.

3. Рыков А. С. Методы системного анализа: оптимизация. — М.: Экономика, 2009 г.-150с.

4. Вихров Н. М., Гаскаров Д. В. Грищенков А.А., Шнуренко А. А. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов / Под ред. Д. В. Гаскарова. — СПб.: Энергоатомиздат, 2010 г.-168с.

5.Евсеев А. В., Мышенков К. С. Проектирование информационных систем: Учебное пособие. — М.: Изд. комплекс МГУПП, 2008 г.-147с.

6. Первозванский А. А. Курс теории автоматического управления. — М.: Наука, 2008 г.-94с.

7. Мышенков К. С., Евсеев А. В. Надежность, эргономика и качество автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ): Конспект лекций. — М.: Изд. комплекс МГУПП, 2007 г.-123с.