System kontroli suchej wilgoci SKALA: Optymalizacja wilgotności sera dzięki lepszemu nadzorowi nad obróbką termiczną

System kontroli wilgotności sera SKALA Dry zapewnia powtarzalne profile czasu i temperatury warzenia – zarówno w przypadku kolejnych warkoczy, jak i różnych kadzi.

Opracowanie kontroli procesu warzenia

System kontroli warzenia sera SKALA Dry został opracowany w celu regulacji temperatury w kadzi podczas etapu warzenia, tak aby odpowiadała ona żądanemu profilowi temperaturowemu. Zazwyczaj temperatura podczas warzenia rośnie od wartości początkowej do końcowej w określonym przedziale czasu. Stabilny wzrost temperatury jest niezbędny do uzyskania prawidłowej syneresy ziarna, odprowadzenia serwatki oraz utrzymania pożądanej wilgotności końcowej. Słaba kontrola temperatury na etapie warzenia negatywnie wpływa na wydajność, jakość ziarna oraz wilgotność końcową.

Typowe pętle PID nie sprawdzają się dobrze przy sterowaniu temperaturą ze stale rosnącą wartością zadaną. Pętle PID są skuteczne w utrzymywaniu stałej wartości zadanej temperatury w procesie ustalonym. Próba sterowania przy stale rosnącej wartości zadanej przekracza możliwości pętli regulacji PID, co może skutkować stałym uchybem regulacji lub oscylacjami. Występuje tu również duże opóźnienie w reakcji temperaturowej, co utrudnia strojenie regulatora PID. Rysunek 1 przedstawia reakcję sterowania dopływem pary dla typowego etapu warzenia oraz dla systemu SKALA Dry. Celem jest utrzymanie takiego natężenia przepływu pary, które zapewnia płynny i przewidywalny wzrost temperatury.

Rysunek 1. Porównanie sterowania zaworami pary

Rozwiązanie problemu opóźnienia czasowego

System SKALA Dry wykorzystuje model sterowania oparty na żądanym profilu temperatury oraz reakcji temperaturowej na dostarczone ciepło. Ta metoda regulacji pozwala uniknąć sytuacji, w której temperatura rośnie zbyt szybko, ponieważ wzrost ten jest kontrolowany przez model czasu i temperatury. System wykorzystuje temperaturę bieżącą lub początkową, temperaturę końcową, czas warzenia w minutach oraz żądany profil temperaturowy do obliczenia modelu sterowania temperaturą. Rodzaj sera oraz intensywność mieszania determinują wybór odpowiedniego profilu. Rysunek 2 przedstawia wykres z przykładami obliczonych profili temperaturowych.

Rysunek 2. Przykładowe profile temperaturowe

Rysunek 3 porównuje rzeczywiste temperatury w kadziach podczas etapów warzenia w sześciu procesach: w trzech przy użyciu sterowania lokalnego oraz w trzech przy użyciu sterowania SKALA Dry. Jak widać na wykresie, temperatury w procesach kontrolowanych przez system SKALA Dry przebiegają zgodnie ze stałym profilem czasu i temperatury aż do osiągnięcia wartości końcowej w odpowiednim czasie. W przypadku sterowania lokalnego wzrosty temperatury są nieregularne, a całkowite czasy warzenia – zróżnicowane. Lokalne krzywe temperaturowe wykazują okresy, w których temperatura spada.

Rysunek 3. Porównanie sterowania SKALA Dry ze sterowaniem lokalnym

Porównanie sterowania lokalnego ze sterowaniem SKALA Dry

Rysunek 4 przedstawia rzeczywisty profil temperatury oraz położenia zaworu pary podczas etapu warzenia. W przypadku regulacji PID zawór pary moduluje w zakresie od 45 do 50 procent. W kilku punktach temperatura rośnie w tempocie od 0,7 do 1,1 stopnia na minutę w porównaniu do średniej liniowej wynoszącej 0,33 stopnia. Po tych okresach szybkiego wzrostu temperatura w kadzi faktycznie spada przed ponownym wzrostem.

Rysunek 4. Typowy profil temperatury i pary

Tego typu wczesne gwałtowne wzrosty temperatury powodują problemy z zachowaniem odpowiedniej konsystencji ziarna serowego. Rysunek 5 przedstawia pięć kolejnych procesów warzenia kontrolowanych przez system SKALA. Temperatury w kadziach podążają tą samą ścieżką i charakteryzują się płynnym, stabilnym wzrostem. Sygnały wyjściowe zaworu pary również wykazują płynne i zbliżone przebiegi z niewielkimi odchyleniami uwzględniającymi różnice między poszczególnymi warzeniami. Należy zauważyć, że tempo wzrostu temperatury w kadzi zwalnia w miarę zbliżania się do temperatury końcowej. Funkcja ta zapobiega przekroczeniu końcowej wartości zadanej temperatury.

Rysunek 5. Profile temperatury i pary systemu SKALA Dry

Korzyści

Dzięki zastosowaniu sterowania SKALA Dry profile temperatur w kadziach są powtarzalne w kolejnych procesach warzenia i pomiędzy poszczególnymi kadziami. System SKALA Dry umożliwia serowarowi wybranie krzywej lub profilu temperatury za pomocą jednego parametru. Płynna regulacja zaworu pary eliminuje nagłe skoki jego otwarcia, które powodują chwilowe, gwałtowne przyspieszenie wzrostu temperatury w kadzi. Gwałtowne podnoszenie temperatury na początku etapu warzenia może prowadzić do uwalniania substancji stałych wraz z serwatką oraz do zjawiska twardnienia powierzchniowego ziarna (ang. case hardening).

System SKALA Dry zapobiega również przekraczaniu końcowej wartości zadanej temperatury. Dzięki lepszemu sterowaniu temperaturą oraz możliwości powtarzania profilu czasu i temperatury, wilgotność końcowa sera staje się bardziej stabilna, co daje możliwość maksymalizacji zawartości wilgoci. W procesach dalszej obróbki, takich jak solenie, występuje mniejsza zmienność dzięki lepszemu utrzymaniu wilgotności ziarna. Dwa ostatnie wykresy to wykresy metodologii Six Sigma przedstawiające rzeczywiste usprawnienia wprowadzone przez system SKALA Dry w zakresie całkowiteгo czasu warzenia i końcowej temperatury warzenia.

Wykres Six Sigma przed i po nr 1 — wykres kontrolny wartości indywidualnych dla poszczególnych kadzi

Wykres Six Sigma przed i po nr 2 — wykres kontrolny wartości indywidualnych dla poszczególnych kadzi

Informacje kontaktowe

AQUALAB by Addium Inc. — 1300 Henley Court, Pullman, WA 99163, USA. Telefon: +1.509.332.6000. E-mail: [email ochroniony.

‍