Автоматизированная система учета параметров термической обработки мясной продукции

АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ЗАДАЧ И ПРОБЛЕМ 12
1.1 Введение в технологический процесс 12
1.2 Обзор аналогов 21
1.3 Архитектура разрабатываемой системы 22
2 АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 27
2.1 Составление списка необходимых компонентов 27
2.2. Контроллер 27
2.3 Радиопередатчик и радиоприемник 29
2.5 Элементы питания 31
2.6 Построение электрической принципиальной и структурной схемы 32
3 ПРОГРАМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 33
3.1 Структура проекта 33
3.2 Настройка тактирования 34
3.3 Работа с датчиком DS18B20 35
3.3 Работа с термопарой через MAX31855 37
3.4 Работа с Rak811 37
3.5 Построение блок схемы алгоритма программы конечного устройства .... 38
4 СОЗДАНИЕ ПРОТОТИПА И ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ 39
4.1 Постановка задачи прототипирования 39
4.2 Электронные компоненты и программное обеспечение 40
4.3 Макетная плата 40
4.4 Монтажные изделия и корпус 41
4.6 Тестирование прототипа 48
ПРИЛОЖЕНИЕ А 61
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 88

Купить

Основной отраслью пищевой промышленности является мясное производство. В России оно является самым крупным сектором продовольственного рынка, представляет собой рынок мяса и мясных продуктов [1]. Среди населения мясные изделия пользуются популярностью и по данным Nielsen, так или иначе употребляют мясные изделия или пищу животного происхождения около 96-97% населения страны. Для многих российских граждан одной из важных характеристик хорошего продуктового магазина является наличие качественного мясного отдела [2].
Для увеличения выпуска мяса и мясопродуктов ежегодно реконструируются и вводятся мясоперерабатывающие предприятия. Например одной из предпосылок для этого является то, что в настоящее время российское свиноводство развивается высокими темпами, в том числе благодаря принятым мерам по адаптации российского АПК, в частности свиноводства, и разработанной стратегии развития мясного животноводства в России на период до 2020 г. (приказ Минсельхоза РФ от 10 августа 2011 г. № 267) [3].
Роль этого рынка определена не только растущим производством, спросом и потреблением мясных продуктов, но и значимостью мяса в качестве основного источника белков животного происхождения, жиров, витаминов, минеральных и экстрактивных веществ для рациона человека [4].
Современное состояние мясной промышленности характеризуется требованием к усовершенствованию существующих технологий позволяющих получить продукцию высокого качества, с минимальными потерями, то есть комплексной переработки сырья. Постоянно происходит техническая перестройка и оснащение предприятий мясной отрасли страны современным технологическим оборудованием, новейшей техникой. Все больше используется вычислительная техника. Проводится большая работа по повышению качества, улучшению и обогащению ассортимента мясных продуктов [1].Для того чтобы улучшить качество и объем производства во многих компаниях прибегают к автоматизации технологических процессов на своих фабриках/заводах. Системы управления и автоматизация проникают даже на мелкие предприятия, так как это позволяет значительно увеличить скорость изготовления продукции. Чем выше уровень автоматизации - тем выше уровень производства [5]. Суть автоматизации заключаются в том, что на линии производства рабочий процесс и некоторые его компоненты (операции) выполняются не людьми, а спецтехникой или информационными системами. Считавшееся новшеством 21 века, уже сегодня автоматизированное производство может полностью заменить человека на многих видах работ [6]. В современной действительности, получили распространение устройства Интернета вещей - устройства, имеющие доступ к сети Интернет, способные взаимодействовать друг с другом или с внешней средой, используемые при этом в том числе и для автоматизации. Их внедрение носит цель соединять вещи, которые раньше были несовместимы и получать пользу от такого взаимодействия, при этом зачастую роль человека в данных процессах минимизируется [7].
Мясо легко и быстро портится. Сохранение его свойств одна из важнейших задач мясной отрасли.
Для сохранения мяса и мясных продуктов широко применяется обработка холодом, которая является одним из наиболее эффективных, распространенных, удобных и надежных способов консервирования. При снижении температуры до определенных температур бактерии, грибы, дрожжи и другие пагубно влияющие на мясо микроорганизмы (за исключением некоторых наиболее устойчивых к низким температурам видов плесени) прекращают свою деятельность в мясном изделии, так как вода необходимая для жизнедеятельности превращается в лед. Ферментативные процессы при низких температурах резко замедляются и, поэтому порча мяса практически исключена. Так же при обработке холодом при низких температурах в процессе длительного холодильного хранения мясные изделия сохраняют без изменения свои натуральные (первоначальные) свойства и при этом обеспечиваетсяминимальные изменения пищевой ценности и вкуса. По сравнению с другими видами обработки (например - тепловой стерилизацией) при таком виде хранения более низкие энергозатраты [8].
Предприятия мясной промышленности в условиях нестабильности поставок сырья предпринимает меры, направленные на снижение спада производства и рациональное использование имеющихся мясных ресурсов. При таком подходе в результате накопленного опыта в России и в некоторых других странах мира для хранения замороженных изделий наметились основные тенденции для развития, например понижение температурного уровня хранения замороженного мяса до минус 25 - 30°С. Преимущества низкотемпературного хранения исследованы и подтверждены на практике на ряде холодильников [9].
Мясо хранится и термически обрабатывается обычно в виде полутуш. К основным технологическим процессам, которые происходят на холодильниках и других мясных предприятиях, можно отнести замораживание, охлаждение, хранение или перевозку при определенных температурах, размораживание мясных изделий. Вне зависимости от рода и способа проведения термического технологического процесса необходимо считывать температуры мясных туш. Чтобы мясное изделие не теряло своих свойств после обработки холодом, нужно доводить (или удерживать) температуру мясных изделий до требуемых значений за определенный промежуток времени, то есть соблюдать требуемый технологический процесс.
Цель данной работы: повышение эффективности термической обработки и качества хранения мясных изделий
Для контроля и учета температуры требуется определенное оборудование, в частности конечные устройства для измерения температуры. Предложенное в работе автономное устройство будет измерять температуру в автоматическом режиме находясь непосредственно на мясном изделии. Данные о температуре с устройства будут передаваться на приемник-сервер (станцию оператора) по беспроводному каналу связи, что в дальнейшем может использоваться для
автоматизации протекающего в данный момент технологического процесса и для предоставлении информации непосредственно оператору предприятия или технологу о протекании того или иного процесса, происходящего с мясным изделием в реальном времени [10].
Задачи ВКР:
- разработка архитектуры системы
- обзор существующих решений
- разработка конечного устройства системы
- выбор оборудования и компонентов
- разработка алгоритма программы для устройства
- разработка макета и тестирование
В настоящее время снятие показаний температуры обычно периодически осуществляют работники предприятий, используя показывающие приборы (игольчатые термометры), только в определенные моменты времени (до начала технологического процесса, в конце технологического процесса). Так же, например при разморозке, важно знать температуру непосредственно внутри мясной туши в самой толстой ее части, чтобы определить до конца ли разморозилась мясная туша. На данный момент измерять температуру внутри туши непосредственно во время разморозки нельзя или очень сложно и обычно измеряют температуру снаружи. Используется зачастую при этом проводная система передачи информации, что не всегда возможно и удобно [11].
Наряду с такими технологиями мясной индустрии как манипулятор для поднятия мясных тушь, шоковая заморозка, автоматизированные подвесные пути предложенная в работе система является новой технологией в мясной индустрии, призванной сделать технологический процесс эффективным, и является логическим эволюционным шагом и продолжением существующих решений. Данное решение полностью соответствует доктрине интернета вещей на данный момент - интеллектуальное устройство передает данные по беспроводному каналу связи на базовую станцию без помощи людей [10]. Таким образом это позволяет постоянно
отслеживать температуру и автоматизировать этап процесса на предприятии используя меньшее количество персонала, что отражает более организованный подход нежели записывать показания на бумажные носители или использовать различные самописцы, для контроля изменения температуры во времени, с записью в собственную память с последующей выгрузкой в компьютер. Сейчас похожее решение пытаются внедрить в сферу с ЖКХ, где данные с теплосчетчиков будут автоматически передаваться по беспроводному каналу связи, а не записываться в бумажные носители, что является очень перспективным направлением и находит поддержку в отрасли. Использование беспроводного канала связи обусловлено относительной подвижностью мясных туш, которые перемещаются между камерами заморозки/разморозки и камерами хранения и даже могут привозиться в спецтранспорте в замороженном виде, что обеспечивает мобильность предложенной системы в целом. Так же в пользу беспроводной передачи данных выступает повышенная интеграция в производство, так как нет необходимости прокладывать провода. От вышеперечисленного достоинства следует и экономическое обоснование выбора беспроводной передачи, так как медь и соответственно проводные каналы связи в настоящее время дорожает, а стоимость вычислительной техники, как микроконтроллеры становится все ниже. Предложенное решение может повлиять на тонность и гибкость регулирования технологического процесса, так как в устройство может снимать показания температуры как в близи самой туши, так и внутри при помощи специальной игольчатой термопары [11]. Это позволит точно определить разморозилась ли полностью мясное изделие или нет, что актуально так как органические объекты могут быть не однообразны. Такое изменение в производстве позволит получать продукцию более высокого качества и повысить сохранность мясных изделий во время длительного хранения.
Предложенная система является так же очень гибкой в области своего применения. Ее возможно применять в промышленности, где требуется измерение температуры. Например, если требуется добавить еще одну точку для измерениятемпературы, а возможности прокладки проводов на уже существующем объекте практически нет и затраты на прокладку проводов велики, то данное решение выглядит очень выигрышным. Так же можно применить данное решение в теплицах для мониторинга микроклимата.




Купить