OptiBlog

Simulácia pasterizácie na PCT23

Kornel Bányi -

Pasterizácia je proces tepelného spracovania tekutín (napr. víno, pivo, mlieko) na zničenie väčšiny patogénnych baktérií zahriatím na vopred stanovenú teplotu a časový interval, čo nasleduje prudké schladenie. Počas pasterizácie nedochádza ku zmene vlastností kvapaliny. Metóda vznikla v strede 19. storočia a bola pomenovaná po francúzskom chemikovi Louis Pasteur, ktorý je zakladateľom modernej mikrobiológie.

Proces pasterizácie je jednoducho sformulovaný v tomto videu a spolu aj so stručnou históriou počiatočnej mikrobiológie si ju môžete pozrieť na odkaze tu.
V potravinárstve sa najčastejšie využívajú 3 typy pasterizácie:

  1. Vsádzková pasterizácia
    Je to drahší typ pasterizácie, kde sa nádoba s mliekom zohreje na 63 °C na dobu 30 minút a následne sa rýchlo schladí na 4°C.
    link na vsádzkovú pasterizáciu
  2. Ultrapasterizácia (UP)
    Počas tejto metódy sa mlieko zohreje na 138°C na dobu iba 2 sekúnd. Väčšina predaného mlieka bola pasterizovaná práve takouto formou, pretože je najrýchlejší a najlacnejší. Takto vzniknuté mlieko má trvanlivosť do dvoch mesiacov.
    link na zariadenie UP
  3. Vysoká teplota, krátky čas (HTST)
    Táto metóda vyžaduje, aby sa mlieko zohrialo na teplotu 72 °C na dobu 15-16 sekúnd. Metóda je kontinuálna, kde mlieko preteká cez kovové rúrky a teplo je dodané zvonka.
    link na HTST

Proces pasterizácie budeme simulovať na tréningovej stanici Armfield PCT23, ktorý je miniatúrna replikácia skutočného procesu. Náš proces, čo sa presných hodnôt teplôt týka, nebude skutočná pasterizácia, pretože to tréningová stanica z technických príčin nezvláda.

Armfield PCT23 slúži na demonštráciu metód riadenia procesov s realistickým dynamickým správaním a nestabilitou, kde môžeme využiť manuálne riadenie, jednorazovú spätnú väzbu, sofistikované kaskádové slučky a riadenie procesu vzdialene umiestneným počítačom.

Na prístroji sa dá pracovať s mnohými rôznymi stratégiami riadenia, kde môžeme využiť nasledujúce:

  • Viac vstupov, viac senzorov, viacnásobné riadiace stratégie
  • Môžu byť zavedené smery regulácie teploty, hladiny, prietoku a vodivosti
  • Účinky „dead time“
  • Prevádzkové sekvenovanie vrátene spustenia do vypnutia
  • Dôsledky recyklácie pri riadení procesov
  • Zap/vyp, proporciovanie, PID, PLC, SCADA
  • Simulácia chýb a diagnostika
  • Zahŕňa rozhranie počítača cez USB port, sofistikované vzdialené a softvér na zaznamenávanie údajov

V miniprevádzke sú nasledujúce premenné: nádrž A a B, snímač teploty (T1), teplota vody ohrievača (T2), teplota studenej vody (T3), výstupná teplota z výmenníka tepla (T4), napájacie čerpadlo zdrojovej nádrže, vodné čerpadlo ohrievača vody a ohrievač vody. Riadenie týchto častí bude programované v programe B&R Automation Studio v jazyku automation basic. V nasledujúcom videu je návod na použitie tréningovej stanice.

Tréningová stanica Armfield PCT23

Prúdový diagram simulácie pasterizácie
Na začiatku sme si vybrali na logické riadenie napúšťanie nádrže B, ktorý má horný (HL) aj dolný senzor (LL). Káble z nádrže B sú pripojené do prístroja v SOL5, tie káble cez ďalší prístroj vedú do PLC a pripájajú sa na stanicu X20 AI 4622 vyznačenú v nasledujúcom obrázku zeleným rámikom. Dolný senzor je napojený na port AnalogInput03 a horný senzor na port AnalogInput04.

PLC B&R

X20 AI 4622
V ďalšom kroku sme vytvorili nové premenné pre senzory, aby hodnoty neboli celé čísla, ale booleovská hodnota, potom sme odmerali v akom rozsahu posiela dolný aj horný senzor signál do PC, väčšie číslo znamenalo, že voda ešte nezodvihla plavák na senzore. Následne sme vytvorili jednoduché programy na riadenie napúšťania nádrže B, aby sa napĺňala, kým nie je plná.
Programy slúžia na riadenia zásobníka kvapaliny podľa hladiny. Ak sa nádrž naplní, tak horný senzor pošle do počítača signál rovný alebo menší ako naša stredná hodnota 5000 a pre premennú HL_bool priradí hodnotu 1 (pravda), následne hodnota fillb sa bude rovnať 0 (nepravda) a nádrž sa prestane napĺňať.
Proces sa dá jednoducho znázorniť na nasledujúcej schéme:

Schéma nádrže pripojená k počítaču

Schéma stavov
Proces je zhrnutý vo videu na adrese tu.
Dva malé programy, čo sme pri riadení zásobníka kvapaliny navrhli v jazyku automation basic, sú veľmi jednoduché:
Program1:

                    *PROGRAM INIT
                    ENDPROGRAM

                    PROGRAM CYCLIC
                        IF HL>5000 THEN    
                            HLbool=FALSE
                        ELSE    
                            HLbool=TRUE
                        ENDIF 
                    ENDPROGRAM

                    PROGRAM EXIT	 
                    ENDPROGRAM*

Program 2:

                    *PROGRAM INIT
                    ENDPROGRAM

                    PROGRAM CYCLIC
                        fillb=NOT(HLbool)	 
                    ENDPROGRAM

                    PROGRAM EXIT
                    ENDPROGRAM*

Zdroj:
http://www.encyclopedia.com/science-and-technology/biochemistry/biochemistry/pasteurization
https://www.deliciousobsessions.com/2010/10/types-pasteurization/