На правах рукописи

АРТАМОНОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

ДЛЯ МОНИТОРИНГА ДИНАМИКИ ЗАМЕСА ПШЕНИЧНОГО ТЕСТА

Специальность 05.18.01. – Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства Специальность 05.13.06. – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (пищевая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Черных Валерий Яковлевич кандидат технических наук, профессор Максимов Алексей Сергеевич Благовещенская Маргарита Михайловна,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», кафедра биотехнических систем», «Автоматизация заведующий кафедрой Пономарева Елена Ивановна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО государственный «Воронежский университет инженерных технологий», кафедра хлебопекарного, макаронного и «Технология кондитерского производств», профессор НОУ ДПО Международная промышленная

Ведущая организация:

академия (МПА)

Защита состоится «27» декабря 2012 года в 1000 часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д.11, ауд.302, корп.А.

Просим принять участие в заседании Совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат разослан «27» ноября 2012 г.

Ученый секретарь Совета, к.т.н., доц. И.Г. Белявская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из актуальных проблем, стоящих перед хлебопекарной промышленностью Российской Федерации является получение готовой продукции стабильного качества при переработке различных партий сырья, отличающихся между собой технологическими свойствами.

Первостепенной технологической операцией производства хлебобулочных изделий, предопределяющей протекание всех стадий процесса производства и качество конечной продукции, является замес теста.

Реализация данной технологической операции при производстве пшеничного хлеба происходит с использованием тестомесильных машин непрерывного и периодического действия, отличающихся между собою как формой месильных емкостей или дежей, так и формой и количеством месильных органов и частотой их вращения.

Изучению процессов, протекающих при использовании различных способов замеса пшеничного теста, посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей, среди которых можно выделить работы Л.Я.Ауэрмана, М.М.Благовещенской, С.А.Мачихина, Л.И.Пучковой, И.М.Ройтера, В.Я.Черных, C.Nikolas, N.Larsen и др.

В последнее время при модернизации хлебопекарных предприятий в основном внедряются двухскоростные тестомесильные машины периодического действия с цилиндрическими дежами (стационарными или подкатными) и спиральными рабочими органами (один или два). Режимы работы тестомесильных машин устанавливаются с помощью таймеров, на основании органолептической оценки получаемого теста, в большей степени ориентируясь на влажность полуфабриката при его приготовлении (отражаемую в технологических инструкциях), а не на объективно контролируемую консистенцию получаемого полуфабриката, которая для данного вида хлебобулочных изделий должна быть постоянной. При этом влажность полуфабриката должна устанавливаться каждый раз с учетом хлебопекарных свойств перерабатываемой пшеничной муки, т.е. с учетом гелеобразующей способности её биополимеров, оцениваемой по водопоглотительной способности.

В современных условиях расширения ассортимента производимых хлебобулочных изделий и повышения производительности линий актуальной задачей для хлебопекарной промышленности России является создание информационно-измерительной системы мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста для получения готовой продукции стабильного качества.

Цель и задачи исследования. Целью работы является стабилизация реологических свойств пшеничного теста после замеса путем внедрения новых методов и средств мониторинга технологических свойств пшеничной муки и параметров замеса пшеничного теста.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

информационно-измерительных систем технологических параметров при замесе как в лабораторных, так и производственных условиях;

- разработать информационные модели стадии приготовления теста и операции его замеса;

- рассчитать эффективную теплоемкость пшеничного теста путем определения удельного расхода энергии при замесе и температуры теста;

- определить требования к проектированию информационно-измерительных систем для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста;

- разработать информационно-измерительную систему для исследования параметров замеса пшеничного теста в лабораторных условиях;

- разработать техническое задание на информационно-измерительную систему для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста, применительно к промышленным тестомесильным машинам периодического действия;

- разработать информационно-измерительную систему технологических параметров замеса пшеничного теста в производственных условиях, применительно к тестомесильным машинам периодического действия;

- разработать метод и информационно-измерительную систему для измерения концентрации раствора сахара;

- провести промышленную апробацию информационно-измерительной системы для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста применительно к тестомесильной машине «Прима-300».

Разработана информационная модель стадии приготовления пшеничного теста с декомпозицией операции замеса, с учетом воздействия параметров:

дозировки воды, ее температуры и частоты вращения месильных органов.

На основании проведенных исследований предложена математическая модель, устанавливающая закономерность изменения величины крутящего момента, отражающего реологическое поведение пшеничного теста по всему объему месильной емкости, с учетом частоты вращения месильного органа.

Установлена зависимость эффективной теплоемкости пшеничного теста от его температуры при замесе, позволяющая определять температуру воды подаваемой на замес.

Установлена стадийность формирования структуры пшеничного теста при замесе, определяемая по изменению удельного расхода энергии на замес пшеничного теста.

Разработан, защищенный патентом, метод измерения концентрации раствора сахара, основанный на анализе процесса всплывания пузырьков воздуха в оптически прозрачной вязкой среде.

Практическая значимость.

Проведена модернизация прибора «Полиреотест ПРТ-1» и разработана информационно-измерительная система для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста в лабораторных условиях.

Разработана информационно-измерительная система для измерения концентрации раствора сахара.

Разработан алгоритм и реализована программа для визуализации технологических параметров замеса пшеничного теста.

Разработана информационно-измерительная система для мониторинга динамики технологических параметров теста при замесе применительно к промышленным тестомесильным машинам периодического действия.

На основании апробации созданной информационно-измерительной системы в производственных условиях разработан алгоритм определения режима замеса пшеничного теста применительно к тестомесильной машине периодического действия «Прима-300» (ЗАО НПП фирма «Восход»).

Апробация работы. Результаты исследований, выполненные автором, были представлены на второй конференции молодых ученых «Реология и физикохимическая механика гетерофазных систем» (г. Звенигород, 7-11 июня 2009г.), на второй научно-практической конференции и выставке с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (г.Москва, МГУПП, 29-31 марта 2010г.); на 4–ом Международном хлебопекарном форуме в рамках 17–й Международной выставки «Современное хлебопечение-2011» (г.Москва, 11- октября 2011г.); на 5–ом Международном хлебопекарном форуме в рамках 18–й Международной выставки «Современное хлебопечение-2012» (г.Москва, 13-15 июня 2012г.); на 26-ом Симпозиуме по реологии (г.Тверь, 10-15 сентября 2012 г.); на третьей научно-практической конференции и выставке с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (г.Москва, МГУПП, 15-16 ноября 2012г.).

По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и получен 1 патент РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

Работа изложена на 121 страницах основного текста, включает 44 рисунка, и таблиц. Список литературы включает 115 источников российских и зарубежных авторов.

Структурная схема исследований. Исследования проводились в лабораториях кафедр «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств», «Автоматика и электротехника» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств». Производственные испытания осуществляли в условиях ОАО «КБК «Черемушки».

Структурная схема исследования представлена на рисунке 1.

Разработка информационно-измерительной системы для мониторинга динамики Для лабораторных тестомесильных Исследование влияния режима замеса пшеничного теста на удельный расход механической энергии и температуру Разработка информационно-измерительной системы для измерения концентрации Разработка метода для определения Разработка устройства для определения Разработка алгоритма управления тестомесильной машиной «Прима-300» при замесе Промышленная апробация информационно-измерительной системы для мониторинга технологических параметров операции замеса пшеничного теста Рисунок 1 – Структурная схема проведения исследований Объекты и методы исследования. При выполнении работы использовали пробы пшеничной муки высшего сорта, соль поваренную пищевую «Экстра», дрожжи прессованные хлебопекарные «Люкс», сахар-песок и подсолнечное масло.

В работе использовали общепринятые и специальные методы оценки свойств сырья, полуфабрикатов и показателей качества готовых хлебобулочных изделий.

Мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта производства ОАО «Истрахлебопродукт» была средняя по показатели качества которой соответствовали требованиям ГОСТ Р 52189-2003.

Соль поваренная пищевая «Экстра» производства ЗАО «Предприятие МС»

соответствовала требованиям ГОСТ Р 51574-2000.

Дрожжи хлебопекарные прессованные «Люкс» (компания «Саф-Нева») по своим органолептическим и физико-химическим характеристикам соответствовали требованиям ГОСТ 171-81 и имели подъемную силу 35-40мин.

Масло подсолнечное, соответствующее требованиям ГОСТ 1129-93.

Сахар-песок, соответствующий требованиям ГОСТ 21-94.

Тесто готовили безопарным способом по рецептуре батона нарезного. Замес пшеничного теста осуществляли с помощью прибора «Do-Corder С3» (фирма Консистенция теста составляла 640-650 е.Ф.

Созревание теста проводили в термостате при температуре 28-30°С.

Продолжительность брожения теста после замеса определяли по максимальному значению скорости изменения давления образующегося диоксида углерода, контролируемой с помощью прибора «Rheofermentometre F3» (фирма «Chopin», Франция).

Формование тестовых заготовок осуществляли вручную. Окончательную расстойку тестовых заготовок проводили в шкафу для окончательной расстойки «The Bailey 505-SS Fermentation Cabinet» (фирма «National MFG Coppany», США) при температуре 37-38°С и относительной влажности воздуха 75-80%.

Выпечку хлеба производили в лабораторной печи «Miwe-condo» (фирма «Miwe», Германия), при температуре 220-230°С. Выпеченные изделия хранили при температуре 20-23°С.

органолептическим и физико-химическим показателям через 16-18 часов после выпечки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проанализированы существующие способы замеса пшеничного теста. Рассмотрены методы определения концентрации сахарного раствора, используемые на предприятиях хлебопекарной промышленности.

Представлены теоретические основы замеса пшеничного теста. Обобщены известные Рассмотрены известные информационно-измерительные системы исследования процесса замеса пшеничного теста. В ходе анализа научно-технической литературы в пшеничного теста, как в лабораторных, так и производственных условиях.

системы для мониторинга динамики технологических параметров при операции замеса пшеничного теста на базе прибора «Полиреотест ПРТ-1», предназначенного для оценки реологических свойств полуфабриката. Внешний вид информационноизмерительной системы представлен на рисунке Структурная схема информационно-измерительной системы приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Структурная схема информационно-измерительной системы, включающей прибор «Полиреотест ПРТ-1»

Информационно-измерительная система состоит из блока питания БП, электропривода (включающего электродвигатель, планетарный редуктор, датчик Холла датчик частоты вращения и тиристорный регулятор ЭПУ2-1), тензорезисторного датчика, усилителя, термопреобразователя сопротивления ТЕ – Pt-100 (ТС-1388 - НПП «Элемер»), блока согласования сигналов, платы сбора данных E14-440 («L-Card»), размещенных в корпусе прибора «Полиреотест ПРТ-1», и персонального компьютера.

Основным показателем, отражающим изменение реологических свойств пшеничного теста при замесе, является крутящий момент на приводе месильных органов. Система измерения крутящего момента состоит из планетарного редуктора, который включает в себя входной вал с ведущей косозубой шестерней, и выходной вал, имеющий с одной стороны полумуфту для подключения месильных емкостей, например, S300, а с другой ведомое косозубое колесо. При этом между ведущим и ведомым валами для передачи крутящего момента размещена пластина с тремя парами косозубых колес.

Информационно-измерительная система обеспечивает определение:

-консистенции теста по максимальному значению крутящего момента на приводе месильных органов – Мкр, Н·м;

- температуры теста – tт, °С;

- частоты вращения месильных органов- n, с-1;

-температуры окружающей среды - tос, °С и выдачу рекомендаций по:

-дозировке воды – Gв, кг;

-температуре воды - t, °С.

Схема информационных потоков представлена на рисунке 4.

Таким образом, на базе прибора «Полиреотест ПРТ-1» была разработана технологических параметров операции замеса пшеничного теста в лабораторных условиях.

Третья глава посвящена исследованию динамики замеса пшеничного теста.

Для установления влияния режима замеса пшеничного теста на качество хлебобулочных изделий тесто замешивали с консистенцией 640-650е.Ф.

Продолжительность замеса до готовности определяли по максимальному значению консистенции – величине крутящего момента на приводе месильных органов.

На рисунке 5 приведено семейство кривых изменения крутящего момента на приводе месильных органов в зависимости от продолжительности замеса пшеничного теста в диапазоне от 0,5 до 4 с-1 (от 30 до 240 об/мин).

На основании обработки полученных экспериментальных данных для каждой частоты вращения месильных органов был рассчитан безразмерный критерий µ (числа циклов деформации теста), определяемый по известной формуле:

где: µ - число циклов деформации теста до момента его готовности;

n - частота вращения месильных органов, с 1 ;

# - продолжительность замеса пшеничного теста до готовности при данной частоте вращения месильных органов, с.

На рисунке 6 показано влияние частоты вращения месильных органов на изменение числа циклов деформации теста до момента готовности при замесе и качество пшеничного хлеба.

На кривой имеются максимум, минимум и точка перегиба между ними.

Точка перегиба характеризует рациональный режим замеса теста, позволяющий получить хлебобулочные изделия наилучшего качества, о чем свидетельствуют результаты лабораторных выпечек (рисунок 6). Качество хлебобулочных изделий оценивали по 100-балльной шкале. Сравнение значений показателей качества в экстремальных точках, показало, что при повышении частоты вращения месильных органов показатели качества улучшаются, достигая максимума при n = 2 с 1, а далее начинают ухудшаться. Следовательно, режим замеса пшеничного теста, обеспечивающий получение хлебобулочных изделий наилучшего качества характеризуется частотой вращения и соответствующей продолжительностью замеса равной 200с.

На основании проведенных исследований предложена математическая модель, устанавливающая закономерность изменения величины крутящего момента от частоты вращения месильных органов и отражающая реологическое поведение пшеничного теста по всему объему месильной емкости (рис. 7).

Для получения обобщенной зависимости предложена модель в виде степенного уравнения:

В результате математической обработки экспериментальных данных получены значения констант модели:

Проверка адекватности модели подтвердила точность математического описания.

Для расчета эффективной теплоемкости теста определяли удельный расход энергии на замес и температуру теста. Удельный расход энергии рассчитывали по известному из литературы выражению:

где: w- удельный расход энергии на замес теста, кВт/кг;

n - частота вращения месильных органов, с-1;

Температура теста измерялась непосредственно в месильной емкости S300 с помощью термопреобразователя сопротивления ТС-1388 (Pt-100).

На рисунке 8 приведены графики изменения удельного расхода энергии на замес (w) и температуры теста (t) при частоте вращения месильных органов 4с- (240об/мин). Данный рисунок наиболее наглядно раскрывает основные стадии формирования структуры теста при замесе.

Из рисунка 8 графика 1 видно, что операцию замеса пшеничного теста можно разбить на 3 стадии:

I. Стадия – Процесс гидратации муки (линейное увеличение крутящего момента):

• Образование монофазной дисперсной системы;

• Деструкция мучных частиц;

• Образование полидисперсной системы.

II. Стадия – Формирование структуры теста (нелинейное возрастание крутящего момента и достижения его максимального значения):

• Образование коагуляционной структуры теста;

• Образование кристаллизационной структуры;

• Наступление момента готовности теста, фиксируемое по максимальному значению крутящего момента на приводе месильных органов.

III. Стадия – Разрушение структуры теста (уменьшение крутящего момента).

Путем многократных измерений были вычислены значения эффективной теплоемкости теста при разных скоростях, с учетом потерь теплоты, по выражению:

где w1,w2- удельные расходы энергии при замесе теста в начале и в конце рассматриваемого интервала времени, кВт/кг;

- интервал времени, с;

t – изменение температуры теста в рассматриваемом интервале времени, k- коэффициент полезного действия, который учитывает дополнительные затраты энергии.

Полученные данные зависимости эффективной теплоемкости теста от его температуры при разных частотах вращения представлены на рисунке 9.

Для получения обобщенной зависимости эффективной теплоемкости теста от температуры предложено уравнение регрессии вида полинома второго порядка:

В результате математической обработки экспериментальных данных получены значения коэффициентов регрессии:

С учетом установленной эффективной теплоемкости пшеничного теста и уравнения энергетического баланса, предложена формула расчета температуры воды, дозируемой при замесе теста, которая имеет следующий вид:

где: Gт- масса теста, кг;

ст - эффективная теплоемкость пшеничного теста, кДж/кг·С;

tт - требуемая температура теста, после замеса, С;

wср- средний удельный расход энергии на замес, кДж/кг;

к- коэффициент полезного действия, который учитывает дополнительные затраты энергии, в основном, на нагрев стенок месильной емкости;

з – продолжительность замеса, с;

G1… Gn – масса рецептурных компонентов, кг;

с1… сn – удельная теплоемкость рецептурных компонентов, кДж/кг·С;

t1… tn – температуры рецептурных компонентов, С.

Таким образом, при исследовании динамики замеса пшеничного теста показано влияние режима замеса на качество готового хлеба. Предложена математическая модель, устанавливающая закономерность изменения максимальной величины крутящего момента от частоты вращения месильных органов. Определена зависимость изменения эффективной теплоемкости пшеничного теста от его температуры и предложена формула для расчета температуры воды на замес теста.

Четвертая глава посвящена разработке информационно-измерительной системы для измерения концентрации раствора сахара. В основу разрабатываемой системы заложено определение динамической вязкости раствора путем формирования пузырька воздуха, сформированного на границе раздела газообразной и жидких фаз, и измерения времени прохождения пузырьком определенных участков, расположенных на траектории его подъема, с определением концентрации раствора по косвенным зависимостям.

В результате проведенных исследований была разработана информационноизмерительная система для измерения концентрации раствора сахара, структурная схема которой представлена на рисунке 10.

Информационно-измерительная система работает следующим образом:

пузырек воздуха 1 из сопла 2 поднимается вдоль оси цилиндрической кюветы 9, заполненной водным раствором сахара-песка. Величина потока воздуха и его температура задаются в блоке 7. Термопреобразователь сопротивления 5 измеряет температуру жидкости. Для измерения времени прохождения пузырьком воздуха определенных участков цилиндрической кюветы установлены четыре оптических канала, представленные парами источников света 3 и фотоприемниками 4. При движении, пузырьки воздуха уменьшают слой вязкой жидкости. Изменение слоя приводит к образованию импульсов, поступающих на преобразователи токнапряжение 8 и на блок согласования сигналов. Импульсы, получаемые в вершинах пройденных участков, формируют временной интервал, длительность которого и является измерительной информацией, поступающей на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и далее на персональный компьютер. Данные с АЦП обрабатываются по программе, разработанной в объектно-ориентированной среде LabView.

Для исследования диапазона работоспособности метода использовался раствор сахара-песка, концентрация которого изменялась от 10 до 60 %.

Экспериментальные данные шести повторностей измерения времени прохождения пузырька воздуха в растворе сахара в зависимости от его концентрации представлены на рисунке 11.

Вязкость жидкости определяли по известному из литературы выражению:

где: ( p1 p 2 ) - разность давлений в вершинах контрольных участков, Па t – время прохождения пузырьком всего пути l, с t 0 – время прохождения отрезка l 0, с Т - постоянная времени.

После обработки экспериментальных данных по формуле 7 были рассчитаны значения динамической вязкости сахарного раствора с разной концентрацией. Полученные данные представлены на рисунке 12.

Из рисунка 12 видно, что до концентрации 45% результаты измерения характеризуются высокими значениями величины среднеквадратического отклонения (СКО). Это связано с низкой вязкостью сахарного раствора и турбулентным характером течения при перемещении пузырька воздуха. В связи с этим, регрессионный анализ зависимостей выполнялся в диапазоне изменения концентраций от 45% до 60%. В результате математической обработки получена модель, отражающая взаимосвязь между концентрацией раствора сахара и его вязкостью в виде:

где А=0,00427; В=6,9.

Полученное уравнение адекватно описывает исследуемую зависимость между величинами и с.

Таким образом, на основании проведенных исследований разработан метод контроля концентрации раствора сахара-песка и создана информационноизмерительная система, позволяющая в реальном масштабе времени осуществлять измерение данного параметра, которая защищена патентом на изобретение.

Пятая глава посвящена разработке информационно-измерительной системы для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста применительно к промышленным тестомесильным машинам периодического действия.

измерительную систему. Целью создания ТЗ являлась разработка системы, которая обеспечивает сбор, хранение и обработку информации, полученной от первичных измерительных преобразователей, установленных на тестомесильной машине периодического действия. В процессе разработки ТЗ особое внимание уделялось:

месту установки первичных измерительных преобразователей, удобству монтажа и наладки, удобству обслуживания и эксплуатации, удобству работы с внешним накопителем, надежности прикладного программного обеспечения, устойчивому сопряжению системы с компьютером и его конфигурированием.

Рекомендации по режиму замеса пшеничного теста для оператора осуществляются на основе разработанной информационной модели замеса пшеничного теста (рисунок 13).

Рисунок 13 - Информационная модель замеса пшеничного теста Информационная модель замеса пшеничного теста позволяет определить задачи, которые необходимо решить при выполнении этой операции, а именно:

- расчет температуры воды;

- определение продолжительности замеса пшеничного теста на первой скорости;

- определение продолжительности замеса пшеничного теста на второй скорости;

корректировки дозировки воды;

- сравнение общей продолжительности замеса теста на двух скоростях с ритмом замеса.

информационно-измерительная система для мониторинга динамики замеса пшеничного теста применительно к промышленным тестомесильным машинам, структурная схема, которой представлена на рисунке 14.

Таблица 1 – Состав информационно-измерительной системы Термометры сопротивления ТС-1388 Измерение температуры НПП ЭЛЕМЕР Модуль УСО ЭЛЕМЕР-ЕL-4015 Модуль аналогового НПП ЭЛЕМЕР Модуль УСО ЭЛЕМЕР-ЕL-4019 Модуль аналогового НПП ЭЛЕМЕР Модуль УСО ЭЛЕМЕР-ЕL-4001 РWR Блок питания U=24В НПП ЭЛЕМЕР Модуль УСО ЭЛЕМЕР-ЕL-4020 RS Преобразователь НПП ЭЛЕМЕР Персональный компьютер Анализ и представление ASUS Тайвань) Информационно-измерительная система (см. таблицу 1) построена по модульному принципу и предусматривает постоянную связь в реальном масштабе времени между датчиками и ПК путем опроса с соответствующим временным интервалом. Для организации сбора, обработки и передачи информации от датчиков, установленных на тестомесильном модуле, предусмотрен интерфейс RS-485.

Передача данных на персональный компьютер осуществляется по интерфейсу RSили USB.

Для визуализации процесса измерения и выполнения необходимых вычислений разработано программное обеспечение для ПК, имеющее интуитивно понятный интерфейс в виде нескольких экранных форм, содержащих стандартные управляющие элементы. Программа работает с популярными базами данных, что обеспечивает универсальность и упрощает интеграцию в промышленную сеть.

Главная экранная форма содержит меню из двух позиций «Файл» и «Экспорт», две управляющие кнопки «Старт» и «Пауза» и несколько вкладок:

«Вывод графика температур», «Вывод графика мощности», «Экспорт» и «Настройка». В меню реализуется возможность открытия документов EXCEL (*.xlsx), созданных с помощью данной программы. Управляющий элемент «Интервал обновления» задаёт интервал опроса датчиков и соответствующего расчета данных.

осуществляет вывод мгновенных значений температуры, скорости ее изменения и значений активной мощности на приводе рабочего органа тестомесильной машины.

Предусмотрена фокусировка на всей протяженности соответствующих графиков.

Разработанная программа осуществляет передачу информации от датчиков к ПК по протоколу MODBUS RTU.

Замес пшеничного теста проводится следующим образом:

- рассчитывается температура воды исходя из средней активной мощности, потребляемой тестомесильной машиной;

- все исходные ингредиенты загружаются в дежу Д-300 и включается первая скорость;

- на первой скорости замес пшеничного теста проводится до достижения максимального значения активной мощности на приводе месильного органа, которая измеряется с помощью датчика мощности ДИМ-200, после чего происходит переключение тестомесильной машины на вторую скорость;

- на второй скорости замес пшеничного теста проводится также до достижения максимального значения активной мощности, после чего замес завершается;

- далее полученное значение сравнивается с рекомендуемым, при котором добавляемой воды на следующий замес.

Апробация информационно-измерительной системы для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста происходила применительно к промышленной тестомесильной машине «Прима-300» по рецептуре хлеба «Паляница». Первый замес пшеничного теста осуществляли, ориентируясь на влажность теста. После первого замеса с помощью прибора «Do-corder C3» была определена консистенция теста, составившая 900 е.Ф. Далее была проведена корректировка дозировки воды для получения в последующих замесах пшеничного теста с консистенцией 640-650е.Ф.

На рисунке 15 показаны кривые изменения крутящего момента на приводе месильных органов прибора «Do-corder» при замесе теста с консистенцией 900 и е.Ф.

Кривые изменения активной мощности на приводе месильного органа тестомесильной машины «Прима-300» для первого и второго замесов представлены на рисунке 16.

Рисунок 16 – Изменение активной мощности на приводе рабочего органа тестомесильной машины Прима-300 при замесе теста с консистенцией 900 (W1) и 640 е.Ф.(W2) После анализа полученных данных было установлено конкретное значение активной мощности на приводе рабочего органа тестомесильной машины «Примаравное 7,25 кВт, позволяющее получать пшеничное тесто с консистенцией 640е.Ф.

Предложена формула расчета количества воды для получения теста с консистенцией 640-650е.Ф.

где - необходимое количество воды, обеспечивающее получение максимальной консистенции 640-650е.Ф., кг;

значение величины активной мощности на приводе месильного органа «Прима-300», при котором консистенция теста больше заданной, кВт;

значение величины активной мощности на приводе месильного органа «Прима-300», при котором консистенция теста меньше заданной, кВт;

количество воды, обеспечивающее получение теста с консистенцией количество воды, обеспечивающее получение теста с консистенцией,кг.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана информационная модель стадии приготовления теста с декомпозицией его замеса, с учетом воздействия параметров: дозировки воды, ее температуры и частоты вращения месильных органов.

2. Разработаны информационно-измерительные системы для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста для тестомесильных машин периодического действия как в лабораторных, так и в промышленных условиях, включающие технические средства измерения и преобразования сигналов, программное обеспечение и средства отображения, регистрации и архивирования информации.

3. На основе экспериментальных данных предложена математическая модель зависимости максимального значения крутящего момента на приводе месильных органов от частоты их вращения в пределах от 0,5 до 4 с-1, позволяющая оценить реологическое состояние теста и его консистенцию в процессе замеса.

4. Установлена зависимость эффективной теплоемкости пшеничного теста от его температуры при замесе, позволяющая определять температуру дозируемой воды перед началом замеса.

5. Разработан метод и информационно-измерительная система для измерения концентрации раствора сахара. Установлен рабочий диапазон концентрации водного раствора сахара 45-60%.

6. Для визуализации процесса измерения технологических параметров, в частности, активной мощности на приводе месильного органа и температуры теста, разработано программное обеспечение на базе платформы Microsoft.NET Framework 4.0.

7. Проведена промышленная апробация информационно-измерительной системы для мониторинга динамики технологических параметров замеса пшеничного теста применительно к тестомесильной машине «Прима-300».

Установлено значение активной мощности на приводе месильного органа равное 7,25 кВт, соответствующее моменту готовности и требуемой консистенции пшеничного теста при выработке хлеба «Паляница».

в изданиях, входящих в список ВАК:

1. Лунин М.В., Черных В.Я., Артамонов А.В., Шумов А.В. Информационноизмерительная система контроля концентрации оптически прозрачных растворов // Хранение и переработка сельхозсырья.-2012.-№5.- С.47-50.

2. Артамонов А.В., Черных В.Я., Максимов А.С., Семаков А.В., Шумов А.В.

Методология управления замесом пшеничного теста // Хранение и переработка сельхозсырья.-2012.-№7.- С.19-21.

3. Черных В.Я., Артамонов А.В., Максимов А.С., Семаков А.В., Шумов А.В. О создании информационно управляющей системы при замесе пшеничного теста // Хранение и переработка сельхозсырья.-2012.-№8.- С.8-11.

в других изданиях 4. Лунин М.В., Черных В.Я., Артамонов А.В. Контроль концентрации оптически прозрачных растворов по их вязкости // Вторая конференция молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем», г. Звенигород, 2009. – С. 139 - 140.

5. Лунин М.В., Артамонов А.В., Попова Н.В.,Фокин Н.Н. Контроль концентрации сахарных растворов по их вязкости // Вторая научно-практическая конференция и выставка с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов, г.Москва, 2012. С. 66-68.

6. Артамонов А.В., Максимов А.С., Черных В.Я. Разработка информационноизмерительной системы процесса окончательной расстойки тестовых заготовок //Четвертый международный хлебопекарный форум, г. Москва, 2011. – С. 138-141.

7. Артамонов А.В., Черных В.Я., Болтенко Ю.А. Определение технологических свойств муки и параметров замеса теста на приборе «Полиреотест ПРТ-1» // Пятый международный форум хлебопечения, г. Москва, 2012.– С. 75-76.

8. Артамонов А.В., Черных В.Я. Управление двухскоростным способом замеса пшеничного теста // 26 Симпозиум по реологии, г. Тверь, 2012. – С. 39- Многопараметрический метод контроля замеса пшеничного теста// Третья научнопрактическая конференция с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов», г. Москва, 2012.- С. 347-351.

10. Патент №2390757 Способ определения вязкости жидкости/ Лунин М.В., Бобров А.В., Черных В.Я., Артамонов А.В. – Опубл. 27.05.2010.

Actual problem baking industry in Russia is to get the finished product specified quality. The aim is to stabilize the rheological properties of wheat dough after mixing by introducing new methods and monitoring of process parameters kneading wheat dough.

The purpose of the stabilization is achieved by iterative rheological properties of wheat dough.