CC BY
68
ны аппроксимировали конкретные показатели биохимического состава анализируемого продукта.
Для нахождения эффективного варианта решения оптимизационной задачи в пакете Statistica Neural Netwoks изучены различные типы нейронных сетей. Проанализирована значимость входных нейронов, ошибок обучения и тестирования нейронной сети, разработана ее архитектура.
В качестве примера на рисунке представлены поверхности отклика нейронной сети на входы длин волн 380 (VAR2) и 390 (VAR3) нм для влаги (а), белков (б), углеводов (в), золы (г). Оценку информативности (в битах) экспрессной оценки качества ГДП на основе спектрофотометрических измерений проводили в сравнении с общепринятыми методами (таблица).
При анализе любого показателя качества продукта равновероятно ожидается m значений этого показателя в интервале его варьирования. Максимальный объем информации Н (в битах) рассчитывали по формуле
Н = logm2 = 3,32 lgm.
Таким образом, данные спектрофотометрии позволяют провести оперативный контроль химического состава ГДП. Разработанным нами спектрофотометрическим способом получен практически такой же объем информации, что и традиционными методами анализа. Вместе с тем, спектрофотометрический метод пред-
Таблица
Показатель качества ГДП Варьирование показателя, % Традиционный метод Спектрофотометрический метод
Sr, % Н, бит Sr, % Н, бит
Влага 10-15 3,0 5,10 4,2 4,70
Белки 27-35 8,4 3,56 12,4 3,01
Углеводы 34-46 3,5 4,83 3,7 4,76
Зола 9,6-11,8 3,4 4,88 3,9 4,68
Всего 18,37 17,15
почтительнее, поскольку более экспрессен, легковыполним и не требует сложной подготовки проб.
ЛИТЕРАТУРА
1. Закревский Е.Е. Безопасность пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище. - СПб.: ГИОРД, 2004. -280 с.
2. Татарченко И.И. Научное обоснование и разработка комплексных методов оценки качества пищевкусовых продуктов (табака, чая, кофе): Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Краснодар, 2003. - 48 с.
3. Татарченко И.И. Система определения качественных показателей табака, чая и кофе. - Краснодар, 2002. - 155 с. - Деп. в ВИНИТИ 04.03.2002, № 400-В2002.
4. Запорожский А.А., Мякинникова Е.И, Мокшина
Н.Я. Спектральные методы оценки качества пищевых продуктов // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Теория и практика суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья». - Краснодар: Экоинвест, 2009. - С. 174-176.
Поступила 30.12.11 г.
SPECTROPHOTOMETRIC CONTROL OF HERODIETIC PRODUCTS CHEMICAL CONTENT
A.A. ZAPOROZHSKY1, N.YA. MOKSHINA2, YA.I. KORENMAN3, S.P. ZAPOROZHSKAYA1, D.G. KASYANOV1
1Kuban State Technological University,
2, Moscovskaya st., Krasnodar, 350072; fax: (861) 259-65-92, e-mail: zappo76@mail.ru 2 Military Aviation Engineering University,
54a, Starykh Bolshevikov st., Voronezh, 394063; e-mail: moksnad@mail.ru 3 Voronezh State University of Engineering Technologies,
19, Revolution av., Voronezh, 394036; e-mail: korenman@vgta.vrn.ru
On the base of determined correlations between spectral parameters of food systems and parameters of chemical content of fish-vegetable herodietic food concentrate (FFH) the express-method of quality estimation with application of images computer recognition by specters has been designed.
Key words: spectrophotometry, artifitial neuronic nets, regression analysis, herodietic products.
663/664:65.011.56(06)
ЭЛЕМЕНТЫ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНСЕРВНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Н.А. ДОЛГИЙ, С.П. СЕРДОБИНЦЕВ
Калининградский государственный технический университет,
236022, г. Калининград, Советский пр-т, 1; электронная почта: nic7493@mail.ru
Предложена и экспериментально подтверждена модель автоматизированной системы универсального контроля герметичности консервной продукции, а также дозирования жидкого азота для сохранения молока-сырца.
Ключевые слова: дозирование азота в молоко, контроль герметичности консервов, система технического зрения.
В современных поточных линиях производства часть технологических и контрольных операций. Наи-консервной продукции автоматизирована основная большую сложность вызывает автоматизация процес-
сов контроля герметичности консервов и дозирования жидкого азота с целью повышения качества консервной продукции. Безопасность молочной консервной продукции существенно может быть улучшена при обработке молока-сырца жидким азотом. Контроль дозирования азота в молоко и проверка герметичности консервных банок принципиально решены в разработанных нами устройствах [1, 2].
В работе [3] показано, что дозирование жидкого азота в молоко продлевает срок его хранения и гарантирует поставку на переработку сырья на уровне 1-го сорта. Для отработки процесса дозирования жидкого азота в молоко и контроля герметичности консервов созданы экспериментальные установки, функциональные схемы которых представлены на рис. 1 и 2.
Автоматизированное устройство дозирования жидкого азота в молоко (рис. 1) содержит расходную емкость 7, установленную на платформу с тензометриче-скими датчиками 6. Емкость соединена с молокопроводом гибким рукавом 14 с регулирующим клапаном 10. По сигналам тензометрических датчиков 6 блок управления 3 определяет изменение массы жидкого азота в емкости 7 с интервалом Т0, позволяющим вычислить расход жидкого азота, поступающего в молоко из емкости 7. Интервал Т0 и класс точности средства измерения массы расходной емкости выбраны с учетом допустимой погрешности дозирования азота в молоко. Необходимый расход жидкого азота, подаваемого в молоко, обеспечивается блоком управления 3 по сигналу датчика давления 8 с помощью исполнительного устройства 9 с клапаном 10. Дозаправка расходной емкости 7 по мере выработки азота осуществляется исполнительным устройством 4 заправочного клапана 5 по сигналам блока управления 3. В штуцер 12 в качестве датчика наличия азота в гибком рукаве 14 встроена термопара 13, температура которой повышается при отсутствии азота в расходной емкости. В этом случае блок управления 3, соединенный с термопарой и датчиком расхода молока 11, автоматически перекрывает подачу молока и формирует сигнал оператору о неисправности системы. Сосуд Дьюара 1 также снабжен тензометрическими датчиками измерения массы 2, сигнал с которых поступает в блок управления 3, выра-
батывающий сигнал о необходимости замены сосуда Дьюара или дозаправки емкости 7.
Автоматизированная система контроля герметичности консервов, прошедших стерилизацию, создана на основе средств технического зрения. Разработанная система может использоваться для различных видов консервов, включая молочные, рыбные и овощные. Функциональная структура обобщенной схемы системы контроля герметичности приведена на рис. 2 (1 -блок управления; 2 - системный контроллер; 3 - механизм позиционирования; 4 - механизм отбраковки; 5 -средства сигнализации; 6 - видеокамеры; 7 - ленточный транспортер; 8 - привод механизма перемещения ленточного транспортера; 9 - накопитель дефектных банок; 10 - толкатель; 11 - привод механизма толкателя).
Указанная система состоит из следующих подсистем: технического зрения (ПТЗ), позиционирования (ПП), отбраковки (ПО) и сигнализации (ПС). Подсистема технического зрения, контролирующая появление локальных выделений (подтеков), определяет чувствительность всей системы. Подсистема позиционирования используется для установки консервных банок на ленточном транспортере в зоне обзора видеокамер. Подсистема отбраковки обеспечивает удаление с помощью толкателя дефектных банок и сигнализирует о наличии бракованных банок, количество которых фиксируется.
В процессе разработки рассматривались различные системы технического зрения. После проведения серии поисковых опытов была создана экспериментальная система контроля герметичности на основе средств технического зрения 2БХ фирмы Отгоп и видеокамер 2БХ-8С150 с зоной обзора 90 х 89 мм, разрешающей способностью 0,3 Мп при расстоянии до объекта 115 мм и выдержкой затвора не более 1/170 с.
Отработке системы технического зрения предшествовали исследования статистических свойств возможных локальных выделений жидкой субстанции из консервной банки. Исследования включали сбор экспериментальных данных, получаемых при обследовании отбракованных консервных банок в условиях производства, а также моделирование протечек при локальных проколах банок иглами и нанесении игольчатым дозатором капель жидкой субстанции (растительное масло, томатный соус) массой (1 + 0,5) мг при размерах 0,5-2,0 мм2 на поверхность очищенной жести. При
этом была набрана статистика, превышающая 300 измерений. Капли непосредственно фиксировались цифровым фотоаппаратом с разрешающей способностью 2 Мп, а также по отпечаткам на фильтровальной бумаге.
Наряду с экспериментальными исследованиями, возможные протечки контролируемой среды через микродефекты закаточных швов консервных банок оценивались аналитическим методом. Расчеты показали, что при диаметре микродефекта в 1 мкм в корпусе банки, перепаде давления АР 40 кПа и плотности жидкой среды р 1020 кг/м3 за время 5 мин подтек составит ~1 мг [4].
В производственной практике для определения герметичности консервов используются методы [5] и метод, регламентированный ГОСТ [6]. При реализации указанных методов наличие негерметичностей в консервной банке с пищевыми продуктами определяется путем визуального наблюдения подтеков на фильтровальной бумаге, которой обертывают поверхность банок в местах стыков продольных и поперечных швов. Предлагаемая нами система автоматизирует процесс контроля и не уступает по чувствительности указанным методам.
Анализ технических характеристик современных видеокамер систем технического зрения показывает, что их разрешающая способность находится в пределах от 0,3 до 10 Мп с площадью обзора от 45 мм2 и более, что удовлетворяет требованиям поставленной задачи контроля протечек локальных выделений площадью от 1 мм2 и более. Результаты экспериментальных исследований и расчетов размеров локальных выделений при негерметичности консервных банок с пищевыми продуктами соответствуют разрешающей способности современных средств технического зрения и позволяют определять размеры вероятных протечек с
чувствительностью не хуже, чем существующие методы. Предложенное техническое решение на основе использования современной микропроцессорной техники позволяет обеспечить комплексную автоматизацию процесса непрерывного контроля в поточных консервных линиях.
Созданная автоматизированная система контроля герметичности показала положительные результаты при испытаниях в более жестких условиях при меньших значениях протечек.
Разработанные автоматизированные системы дозирования жидкого азота в среду консервного продукта и контроля герметичности готовых консервов на базе средств технического зрения могут быть рекомендованы к применению в системах комплексной автоматизации консервных производств пищевых продуктов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. на ПМ 59281 РФ. Автоматизированное устройство для дозирования азота в молоко / Н.А. Долгий, С.П. Сердобинцев // БИПМ. - 2006. - № 34.
2. Пат. 2396529 РФ. Способ контроля герметичности металлических банок с пищевыми продуктами и устройство для его осуществления / Н.А. Долгий, С.П. Сердобинцев // БИПМ. - 2010. -№ 22.
3. Анистратова О.В., Серпунина Л.Т. Разработка эффективного способа криоконсервирования молока и творога // Изв. КГТУ. - 2010. - № 18. - С. 80-87.
4. Долгий Н.А., Сердобинцев С.П. Автоматизированная система контроля герметичности консервов // Автоматизация и со-времен. технологии. - 2011. - № 1. - С. 14-16.
5. Пат. 2025730 РФ. Способ контроля герметичности металлических банок / Г.Г. Седунова, Л.В. Чекулаева, Н.В. Скобелева, О.А. Гераймович // БИПМ. - 1994. - № 24.
6. ГОСТ 8756.18-70. Продукты пищевые консервированные. Метод определения внешнего вида, герметичности тары и состояния внутренней поверхности металлической тары. - М., 1992.
Поступила 30.12.11 г.
ELEMENTS OF CANNING MANUFACTURE COMPLEX AUTOMATION
N.A. DOLGIY, S.P. SERDOBINCEV
Kaliningrad State Technical University,
1, Sovetskiy av., Kaliningrad, 236022; e-mail: nic7493@mail.ru
The model of the automated system for universal airtightness control of canning production, and also dispensing of liquid nitrogen for milk-raw preservation is offered and experimentally confirmed.
Key words: nitrogen dosing in milk, airtightness control of canned food, technical vision system.
663.551.4
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИНАСАДОЧНОЙ КОЛОННЫ
Т.Г. КОРОТКОВА, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: intrel@kubstu.ru
Разработано математическое описание процесса периодической ректификации в насадочной колонне в виде системы уравнений математической физики. На его основе реализована математическая модель в среде ВогіаМ Pascal, решение
