SKALA Solo Feuchtigkeitsregelsystem: Optimierung des Käsefeuchtigkeitsgehalts durch verbesserte Kochsteuerung

Das SKALA Solo-Käse-Feuchtigkeitsregelsystem bietet Zeit- und Temperaturprofile, die von Charge zu Charge und von Kessel zu Kessel gleichbleibend sind.

Entwicklung der Kochsteuerung

Die SKALA Solo-Kochsteuerung für Käsekessel wurde entwickelt, um die Kesseltemperatur während des Kochvorgangs so zu regeln, dass sie einem gewünschten Temperaturprofil entspricht. In der Regel wird die Temperatur während des Kochvorgangs innerhalb einer bestimmten Zeitspanne von der Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur erhöht. Ein gleichmäßiger Temperaturanstieg ist erforderlich, um eine gute Gerinnungskontraktion und Molkeausscheidung zu erzielen sowie den gewünschten Endfeuchtigkeitsgehalt aufrechtzuerhalten. Eine unzureichende Temperaturregelung während des Kochvorgangs wirkt sich nachteilig auf die Ausbeute, die Käsebruchqualität und den endgültigen Feuchtigkeitsgehalt aus.

Typische PID-Regelkreise eignen sich nicht gut für die Temperaturregelung bei einem kontinuierlich ansteigenden Sollwert. PID-Regelkreise funktionieren gut, um einen Temperatursollwert in einem stationären Prozess aufrechtzuerhalten. Der Versuch, einen ständig ansteigenden Sollwert zu regeln, übersteigt die Leistungsfähigkeit eines PID-Regelkreises, was zu einer konstanten Abweichung vom Sollwert oder zu Schwankungen führen kann. Zudem kommt es zu einer langen Verzögerungszeit bei der Temperaturreaktion, was die Abstimmung des PID-Reglers erschweren kann. Abbildung 1 zeigt den Dampfregelungsverlauf eines typischen Kochschritts sowie den tatsächlichen Dampfregelungsverlauf des SKALA Solo. Das Ziel ist es, eine Dampfdurchflussrate aufrechtzuerhalten, die zu einem gleichmäßigen und vorhersehbaren Temperaturanstieg führt.

Abbildung 1. Vergleich der Dampfventilsteuerungen

Löst das Problem der Verzögerung

Das SKALA Solo-System nutzt ein Regelmodell, das auf dem gewünschten Temperaturprofil und dem Temperaturverlauf als Reaktion auf die Wärmezufuhr basiert. Diese Regelungsmethode verhindert einen zu schnellen Temperaturanstieg, da der Temperaturanstieg durch ein Zeit- und Temperaturmodell gesteuert wird. Das System berechnet das Temperaturregelungsmodell anhand der aktuellen oder Ausgangstemperatur, der Endtemperatur, der Garzeit in Minuten und eines gewünschten Temperaturprofils. Die Wahl des Profils hängt von der Käsesorte und der Rührbewegung ab. Abbildung 2 zeigt ein Diagramm mit Beispielen für berechnete Temperaturprofile.

Abbildung 2. Beispielhafte Temperaturprofile

Abbildung 3 vergleicht die tatsächlichen Kesseltemperaturen während der Garvorgänge bei sechs Garvorgängen, von denen drei mit lokaler Steuerung und drei mit SKALA Solo-Steuerung durchgeführt wurden. Wie aus der Grafik ersichtlich ist, folgen die Temperaturen der mit SKALA Solo gesteuerten Garvorgänge einem gleichmäßigen Zeit-Temperatur-Profil bis zur Endtemperatur und innerhalb der richtigen Zeitspanne. Bei der lokalen Steuerung sind unregelmäßige Temperaturanstiege zu beobachten, und die Gesamtgarzeiten variieren. Die lokalen Temperaturverläufe weisen Phasen auf, in denen die Temperatur sinkt.

Abbildung 3. Vergleich zwischen der SKALA-Solo-Steuerung und der lokalen Steuerung

Vergleich der lokalen Steuerung mit der SKALA Solo-Steuerung

Abbildung 4 zeigt das tatsächliche Temperatur- und Dampfventilprofil während eines Kochschritts. Bei der PID-Regelung wird das Dampfventil um 45 bis 50 Prozent moduliert. An mehreren Stellen steigt die Temperatur um 0,7 bis 1,1 Grad pro Minute an, während die lineare Durchschnittsrate bei 0,33 Grad liegt. Nach diesen Phasen mit hoher Anstiegsrate kühlt die Kessel-Temperatur zunächst ab, bevor sie weiter ansteigt.

Abbildung 4. Typisches Temperatur- und Dampfprofil

Diese frühen starken Temperaturanstiege erschweren es, eine gute Konsistenz der Molke aufrechtzuerhalten. Abbildung 5 zeigt fünf aufeinanderfolgende Kochvorgänge, die vom SKALA-System gesteuert wurden. Die Kessel-Temperaturen verlaufen gleichmäßig und weisen einen sanften, gleichmäßigen Temperaturanstieg auf. Auch die Dampfventil-Ausgänge verlaufen gleichmäßig und ähnlich, wobei gewisse Abweichungen aufgrund von Schwankungen zwischen den einzelnen Kochvorgängen zu verzeichnen sind. Beachten Sie, dass sich die Anstiegsgeschwindigkeit der Kessel-Temperatur verlangsamt, je näher sie der Endtemperatur kommt. Diese Funktion verhindert, dass die Temperatur den eingestellten Endtemperatur-Sollwert überschreitet.

Abbildung 5. Temperatur- und Dampfprofile des SKALA Solo

Vorteile

Mit der SKALA Solo-Steuerung sind die Kessel-Temperaturprofile von Kochgang zu Kochgang und von Kessel zu Kessel reproduzierbar. Die SKALA Solo ermöglicht es dem Käsehersteller, anhand eines einzigen Faktors eine Temperaturkurve oder ein Temperaturprofil auszuwählen. Die sanfte Steuerung des Dampfventils verhindert die abrupten Anstiege, die zu kurzzeitigen hohen Temperaturanstiegsraten im Kessel führen. Steile Temperaturanstiege zu Beginn des Kochvorgangs könnten dazu führen, dass Feststoffe mit der Molke ausgestoßen werden und es zu einer Oberflächenverhärtung des Käsebruchs kommt.

Das SKALA Solo-System verhindert zudem ein Überschreiten des eingestellten Endtemperatursollwerts. Dank der verbesserten Temperaturregelung und der Möglichkeit, das Zeit- und Temperaturprofil zu wiederholen, sollte die Endfeuchte des Käses gleichmäßiger ausfallen, was die Chance bietet, den Feuchtigkeitsgehalt zu maximieren. Durch den verbesserten Feuchtigkeitsgehalt des Käsebruchs sollten in allen nachfolgenden Prozessschritten, wie beispielsweise dem Salzen, geringere Schwankungen auftreten. Die letzten beiden Diagramme sind Six-Sigma-Diagramme, die die tatsächlichen Verbesserungen des SKALA Solo-Systems hinsichtlich der Gesamtgarzeit und der Endgarttemperatur veranschaulichen.

Six-Sigma-Vorher-Nachher-Diagramm 1 – individuelle Wertkontrollkarte für die einzelnen Fässer

Six-Sigma-Vorher-Nachher-Diagramm 2 – individuelle Wertkontrollkarte für die einzelnen Fässer

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