Результат интеллектуальной деятельности: Система мониторинга динамики замеса теста в тестомесильных машинах

Изобретение относится к области пищевой промышленности, а именно к хлебопекарной промышленности, и может быть использовано в процессе замеса теста.

Известны зарубежные и отечественные информационно-измерительные системы мониторинга: «Farinograph АТ», «Do-Corder С3», «Mixolab», «Полиреотест ПРТ-1», «Структурометр СТ-2» и др., которые по своему назначению рекомендованы для контроля параметров реологических свойств полуфабрикатов (например, готового теста) или параметров физико-химических свойств готового продукта (например, хлебобулочных изделий) в лабораторных условиях с тем, чтобы по результатам оценок этих параметров методами «пробного замеса теста» и (или) «пробной выпечки опытных образцов хлебобулочных изделий» внести коррективы в технологический процесс серийного (мелкосерийного) производства в целях получения готовой продукции с качеством, удовлетворяющим требования Государственных и мировых Стандартов. Такими системами в зарубежном и отечественном производстве хлебобулочных изделий для замеса теста из пшеничной, ржаной и смешанного типа муки комплектуют лаборатории технологических линий производственного процесса, в которых используются односкоростные и двухскоростные тестомесильные машины для перемешивания теста в автоматизированном режиме по таймеру времени. При этом время цикла (циклов) замеса теста устанавливается оператором на таймерах тестомесильных машин по технологическим картам, разработанным технологами производственного процесса для разного состава смешиваемых ингредиентов с учетом действующих стандартов. Однако ввиду большого разброса параметров исходных ингредиентов замешиваемого теста точное время замеса теста по таймеру времени тестомесильной машины установить невозможно. Поэтому коррекцию времени замеса теста производят опытным путем с учетом результатов оценок параметров реологических свойств теста методами «пробного замеса теста» и/или «пробной выпечки опытных образцов хлебобулочных изделий» в лабораторных условиях на информационно-измерительном оборудовании технологического процесса производства продукции. Поэтому дорогостоящие методы неоднократных «пробных процедур» для получения требуемых реологических свойств текстуры теста по каждому сценарию (рецепту) замеса ингредиентов теста, а именно «пробного замеса теста» и/или «пробной выпечки опытных образцов хлебобулочной продукции», с оценкой их параметров и последующим внесением коррекций по составу смешиваемых ингредиентов и времени замеса теста принципиально заложены в технологические процессы современного производства хлебобулочных изделий, чтобы некачественные хлебобулочные изделия не доходили до потребителя.

Известно (SU, авторское свидетельство 1157530, опубл. 23.05.1985) устройство для автоматического контроля замеса теста. Известное устройство содержит два датчика, измеряющие соответственно расходы муки и жидких ингредиентов, поступающих на замес в тестомесильную машину. Указанные датчики через сумматор соединены с блоком деления, к которому также подключен датчик мощности электродвигателя тестомесильной машины. Выход блока деления подключен к входу интегратора, выход которого подключен к вычислительному блоку, к входам которого также подключены датчик реологических характеристик теста, датчик заполнения тестомесильной емкости тестомесильной машины и датчик измерения скорости вращения тестомесильных органов.

Недостатком известного устройства следует признать недостаточную точность определения степени готовности теста к выпечке хлеба, что приводит к ухудшению качества произведенного хлеба.

Данное техническое решение использовано в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, решаемая посредством разработанной системы, состоит в расширении ассортимента контрольного оборудования в хлебопекарной промышленности.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении точности определения пригодности теста к выпечке хлеба.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную систему мониторинга динамики замеса теста в тестомесильных машинах. Разработанная система содержит тестомесильную машину, снабженную электроприводом и пультом управления, а также оно содержит средство измерения колебаний и персональный компьютер, причем средство измерения колебаний установлено с возможностью измерения колебаний стенок месильной камеры и/или оси электропривода и подключено к входу персонального компьютера, выход которого подключен к пульту управления тестомесильной машины. Предпочтительно система содержит дистанционное средство измерения колебаний, в качестве которого использован лазерный виброметр. Желательно для повышения точности измерения предварительно тестомесильную машину включить без загрузки ингредиентов и измерить частоту вибрации холостого хода. Затем настроить фильтр блока управления лазерного виброметра на эту частоту и эти механические колебания виброметром отфильтровывать.

На чертеже приведена блок-схема разработанной системы мониторинга в предпочтительном варианте реализации. При этом использованы следующие обозначения: месильная емкость 1, электропривод 2 тестомесильной машины, пульт управления тестомесильной машины 3, лазерный виброметр 4, персональный компьютер 5, блок 6 согласования.

Практически существует две группы косвенных параметров в динамике замеса теста. К первой группе параметров следует отнести параметры продуктов выделения самого процесса формирования текстуры теста во времени, такие как влажность, диоксид углерода, температура и шумы разрушения структуры теста в моменты выхода диоксида углерода из текстуры теста наружу в месильной емкости. Ко второй группе относятся такие параметры, которые обусловлены результатом взаимодействия месильного органа с замешиваемым тестом, оказывающим возрастающее сопротивление движению месильного органа от начала процесса замеса теста до момента созревания его структурно-механической текстуры и физико-химических характеристик с наилучшими реологическими свойствами, а именно с наилучшим соотношением твердой, жидкой и газообразной фаз теста, и с последующим падением сопротивления движению месильного органа, то есть с началом разрушения (ослабления) сложившейся структуры фаз теста в пользу формирования более жидкой и газообразной фаз, относительно твердой фазы.

Для контроля численных значений величин косвенных параметров первой группы в процессе замешивания теста в объеме месильной емкости, таких как влажность, температура, диоксид углерода, шумы от разрушения текстуры теста и выделения из него диоксида углерода, требуется не только конструктивная доработка месильной емкости каждой конкретной тестомесильной машины под установку в нее соответствующих датчиков и разработка достаточно сложной и затратной системы приема, преобразования и обработки информации с вновь установленных датчиков, но и создание значительной по объему накопительной базы знаний численных значений по каждому измеряемому параметру с приемлемой для принятия решений достоверностью, что затруднительно в условиях производства широкого ассортимента хлебобулочных изделий.

Поэтому измерение численных значений величин косвенных параметров второй группы, а именно параметров, обусловленных взаимодействием месильного органа тестомесильной машины с замешиваемым тестом, текстура которого изменяется во времени в процессе перемешивания ингредиентов теста, и, как следствие этому, ответная реакция отражается на оси вращения (вала вращения) месильного органа электропривода и на месильной емкости тестомесильной машины, представляется более перспективным для определения момента времени готовности теста.

Теоретические исследования и опыт практических результатов замеса теста подтверждают получение наилучших реологических свойств теста в переходный период, а именно в короткий интервал времени от момента получения оптимального соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз текстуры теста до момента разрушения текстуры теста в пользу перераспределения соотношения фаз в сторону увеличения жидкой и газообразной фаз в общем объеме текстуры теста, ослабляя его сопротивление движению месильного органа тестомесильной машины.

Недостатком используемых на практике аналогов системы мониторинга динамики замеса теста для определения момента времени получения готового теста по максимальному значению удельной мощности, измеренной на оси вращения месильного органа тестомесительной машины, является исключительная сложность реализации подобных устройств, так как построение подобных систем мониторинга требует не только разработки и отладки нового оборудования и математического обеспечения к нему, но и доработки всего многообразия электроприводных устройств тестомесильных машин.

Эти недостатки устраняются настоящим техническим решением, в котором вместо измерения численных значений величин удельной мощности на оси вращения месильного органа тестомесильной машины предлагается дистанционный бесконтактный способ измерения высокочувствительным лазерным виброметром численных значений величин параметров спектра вибрационных сигналов механических колебаний на оси вращения месильного органа электропривода тестомесильной машины и/или на месильной емкости тестомесильной машины (возможно на других элементах тестомесильной машины по выбору оператора), которые возникают в результате взаимодействия месильного органа с массой текстуры теста, структурно-механические и физико-химические свойства которого изменяются во времени в процессе перемешивания теста. При этом момент времени готовности теста определяется не по таймеру времени тестомесильной машины и лабораторным «пробным процедурам», а по моменту времени образования однородной массы теста с определенными структурно-механическими и физико-химическими свойствами в динамике замеса теста непосредственно в месильной емкости больших производственных тестомесильных машинах, а не в малых месильных емкостях лабораторных приборов и устройств, позволяя за один замес получать большой объем требуемой текстуры теста для производства высококачественных хлебобулочных изделий, радикально снижая при этом себестоимость хлебобулочных изделий в технологических процессах их серийного (мелкосерийного) производства за счет сокращения экономических затрат на проведение лабораторного «пробного замеса теста» и (или) «пробной выпечки опытных образцов хлебобулочных изделий» для проведения контрольных измерений и экспертных оценок на соответствие требованиям ГОСТ и ISO.

Реологический процесс замеса теста относится к неньютоновским жидкостям. Такие процессы нельзя описать дифференциальными уравнениями Ньютона-Лейбница и решить задачу прямого построения математической модели управления динамикой смешивания ингредиентов теста, поэтому предложено автоматизировать процесс определения момента времени готовности теста методом сравнения текущих во времени численных значений величин параметров спектра сигналов вибрации на оси вращения месильного органа электропривода тестомесильной машины и/или на месильной емкости тестомесильной машины с численными значениями величин параметров эталонного спектра сигналов вибрации на оси вращения месильного органа электропривода тестомесильной машины и/или на месильной емкости тестомесильной машины соответственно для каждого сценария (рецепта) замеса теста и выработки сигнала на остановку тестомесильной машины в момент совпадения численных значений величин упомянутых параметрических спектров сигналов вибрации.