尹緒鑫

（山東力明科技職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250016）

淺析自動(dòng)化儀器儀表在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

尹緒鑫

（山東力明科技職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250016）

隨著經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化儀器儀表行業(yè)也得到了迅速發(fā)展，自動(dòng)化儀器儀表廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其中也包括食品生產(chǎn)領(lǐng)域，并發(fā)揮著非常重要的作用。文章簡單闡述了自動(dòng)化儀器儀表的基本概念和原理，分析了自動(dòng)化儀器儀表的技術(shù)類型及發(fā)展概況，并以幾個(gè)實(shí)例探討了自動(dòng)化儀器儀表在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期能為同行相關(guān)技術(shù)人員的共同研究討論提供參考。

自動(dòng)化；儀器儀表；食品生產(chǎn)

現(xiàn)食品生產(chǎn)愈發(fā)受到人們的重視。據(jù)報(bào)道，日本的食品生產(chǎn)總值達(dá)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的2倍，歐美國家達(dá)3～4倍，食品生產(chǎn)不僅涉及方便食品、營養(yǎng)保健、強(qiáng)化食品等，而且還在年齡、性別、生理?xiàng)l件等不同方面為消費(fèi)者提供了各類嬰幼食品、運(yùn)動(dòng)員食品、老人食品等［1］。為了滿足不同層次、不同人群的食品消費(fèi)需求，自動(dòng)化儀器儀表的引進(jìn)就非常有必要。

1　自動(dòng)化儀器儀表

1.1自動(dòng)化儀器儀表的基本概念和原理

自動(dòng)化儀器儀表是指用于存儲(chǔ)、分析并加工相關(guān)信息，以及獲得之前的數(shù)據(jù)，并將所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞、互換等過程，經(jīng)處理得到所需結(jié)果，同時(shí)利用這種技術(shù)工具以對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行高度控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)自動(dòng)化儀器儀表的發(fā)展也愈發(fā)成熟，并在各領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮著非常重要的作用。

自動(dòng)化儀器儀表是一種自動(dòng)化工具，其主要由多種自動(dòng)化元件而組成，不同自動(dòng)化元件擁有不同的自動(dòng)化功能，包括控制、記錄、測(cè)量、顯示、報(bào)警等，其所擁有的功能相對(duì)完善。就自動(dòng)化儀器儀表而言，其是一個(gè)系統(tǒng)工程，其是自動(dòng)化系統(tǒng)的組成部分之一，主要功能為信息及數(shù)據(jù)的交換，其可將所接收到的信號(hào)進(jìn)行輸出，并以頻率域或是時(shí)間域的方式進(jìn)行表達(dá)，并以數(shù)字量或是模擬量的方式將信號(hào)進(jìn)行輸出［2］。

1.2自動(dòng)化儀器儀表的技術(shù)類型

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化儀器儀表技術(shù)也不斷更新，現(xiàn)自動(dòng)化儀器儀表的技術(shù)水平主要包括以下4種：

第一，持續(xù)發(fā)展中的技術(shù)產(chǎn)品，包括常規(guī)使用的測(cè)溫儀、壓力儀、顯示儀、流量儀等，這些產(chǎn)品只是進(jìn)行了簡單調(diào)整，并無明顯技術(shù)變化，國內(nèi)公司已掌握核心技術(shù)，對(duì)這些產(chǎn)品的開發(fā)和提高多數(shù)只是為滿足國內(nèi)需求，技術(shù)含量相對(duì)較低。

第二，20世紀(jì)90年代初引進(jìn)及自主研發(fā)產(chǎn)品，我國的技術(shù)水平相當(dāng)于國際90年代初的水平。如美國的ROSOUNT電容式壓力變送器，法國的伯納德電動(dòng)執(zhí)行器，國內(nèi)自主研發(fā)的流量計(jì)、電動(dòng)執(zhí)行器和閥門定位器等。這個(gè)時(shí)期的科技產(chǎn)品，國內(nèi)企業(yè)也已掌握核心技術(shù)，同時(shí)還可根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行獨(dú)立改進(jìn)和改善研究。這些產(chǎn)品投入使用的經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)多年發(fā)展已得到認(rèn)證并具一定優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)多用于中小企業(yè)及主流產(chǎn)品的生產(chǎn)。

第三，國內(nèi)自主研發(fā)的高中檔科技產(chǎn)品。最典型的高中檔科技產(chǎn)品有分布式控制系統(tǒng)、電磁流量計(jì)、無紙記錄儀、智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。甚至有部分產(chǎn)品的性能及水平可媲美國際產(chǎn)品，在市場(chǎng)當(dāng)中所占份額也不斷加大，核心技術(shù)幾近等同于國際水平。但是受設(shè)計(jì)質(zhì)量及信譽(yù)等因素的影響，國內(nèi)自主研發(fā)的高中檔科技產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)象還存在很大的局限性，多用于中小工程項(xiàng)目或是非主系統(tǒng)和非主要工位。國內(nèi)自主研發(fā)的高中檔科技產(chǎn)品已具備生產(chǎn)能源，但其技術(shù)難度還是比較大，仍需進(jìn)行深入研究。

第四，三資企業(yè)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品。三資企業(yè)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品屬高中檔產(chǎn)品，多用于基礎(chǔ)用量較大的中型項(xiàng)目，如大型分布式控制系統(tǒng)、核電系統(tǒng)、高于0.075級(jí)的智能高精度壓力變送器、高濕高壓、耐沖擊性調(diào)節(jié)閥、質(zhì)量流量計(jì)、過程分析儀等，這些自動(dòng)化儀器儀表的使用量雖然比較小，但其技術(shù)難度相對(duì)較大，且具強(qiáng)專用性，如軋制機(jī)械動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備、紙張厚度檢測(cè)儀等。這些高中檔產(chǎn)品基本都是外商獨(dú)資或是合資企業(yè)所研發(fā)和生產(chǎn)出來的，同時(shí)根據(jù)本地需求進(jìn)行了較大的改變，國內(nèi)并未掌握核心技術(shù)，比如傳感器變送器。此外，用于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化儀器儀表，其不但要求產(chǎn)品的高工藝和高技術(shù)，而且還牽涉到工程應(yīng)用水平?，F(xiàn)國內(nèi)有些設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)、工程公司的其他部門、各類火電、石化、冶金等的企業(yè)應(yīng)用正不斷優(yōu)化軟件，并深入研究系統(tǒng)集成技術(shù)，旨在利用外資系統(tǒng)工程，通過應(yīng)用技術(shù)以對(duì)多數(shù)大項(xiàng)目和設(shè)施進(jìn)行控制和掌握。

1.3自動(dòng)化儀器儀表技術(shù)的發(fā)展

我國的自動(dòng)化儀器儀表自主創(chuàng)新已取得一定成就，并自主研發(fā)了多種高水平產(chǎn)品，如光譜儀、色譜儀、掃描電子顯微鏡等產(chǎn)品。部分產(chǎn)品已達(dá)或接近國際類似水平，如原子熒光光譜儀、便攜式光離子化氣相色譜儀、全自動(dòng)遠(yuǎn)程診斷光學(xué)顯微鏡等產(chǎn)品［3］。

自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展更是讓我國自動(dòng)化儀器儀表行業(yè)走向了一個(gè)新高度，高新自動(dòng)化儀器儀表產(chǎn)品的研究和發(fā)展是我國自動(dòng)化儀器儀表行業(yè)的發(fā)展方向。計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、納米技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展使得自動(dòng)化儀器儀表的附加要求也不斷提高，如要求靈敏度更高、要求穩(wěn)定性更好、要求檢測(cè)微損等，這些在很大程度上都推動(dòng)著自動(dòng)化儀器儀表的發(fā)展，同時(shí)也為自動(dòng)化儀器儀表的進(jìn)步提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。

2　自動(dòng)化儀器儀表在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用

自動(dòng)化儀器儀表已普遍應(yīng)用于食品生產(chǎn)當(dāng)中，并在食品生產(chǎn)過程當(dāng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。下面以幾個(gè)實(shí)例來說明食品生產(chǎn)過程當(dāng)中自動(dòng)化儀器儀表的應(yīng)用。

2.1罐頭食品蒸煮鍋的溫度自控系統(tǒng)

殺菌鍋的溫度控制及保溫時(shí)間的維持則是罐頭食品生產(chǎn)質(zhì)量的重要保障。用于罐頭食品蒸煮鍋的溫度自控制系統(tǒng)主要由電動(dòng)儀表和其他電器件共同組成，且所有配件都安裝于同一控制箱內(nèi)。罐頭食品蒸煮鍋的溫度自控系統(tǒng)所使用的自動(dòng)化儀器儀表主要包括以下幾種：鉑電阻、壓力送變器、壓力指示儀、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電子溫度記錄調(diào)節(jié)儀、電子繼電器以及通用繼電器。

殺菌鍋在裝滿罐頭之后便開始工作，此時(shí)主蒸汽管道閥門處打開狀態(tài)，殺菌鍋內(nèi)溫度迅速升高，置于殺菌鍋內(nèi)的鉑電阻將鍋內(nèi)溫度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電參數(shù)之后傳輸至溫度顯示記錄調(diào)節(jié)儀，溫度顯示記錄調(diào)節(jié)儀將溫度顯示出來并實(shí)施連續(xù)調(diào)節(jié)；殺菌鍋內(nèi)的蒸汽壓力經(jīng)壓力變送器傳輸至壓力指示儀進(jìn)行顯示，并實(shí)施監(jiān)控。

若殺菌鍋內(nèi)溫度高于給定溫度，則大排氣閥自動(dòng)關(guān)閉，小排氣閥自動(dòng)打開，殺菌鍋內(nèi)溫度仍可繼續(xù)上升，等其至保溫階段，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥會(huì)依照所接收到的調(diào)節(jié)器所輸出的信號(hào)控制加熱蒸汽，以使鍋內(nèi)溫度得到控制，待其到保溫溫度時(shí)，還可維持恒溫狀態(tài)。

保溫時(shí)間達(dá)到既定時(shí)間時(shí)，主蒸汽管道和排氣閥均會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，蒸煮鍋開始冷卻，冷卻結(jié)束之后蒸煮鍋又會(huì)自動(dòng)灌滿冷水，同時(shí)循環(huán)放水閥門打開，使進(jìn)水得以循環(huán)冷卻，待冷卻結(jié)束之后，進(jìn)水閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)排水閥自動(dòng)打開開始全排。

在整個(gè)過程當(dāng)中，不管是升溫、保溫，還是降溫、冷卻等各個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)的控制都是有指示燈標(biāo)識(shí)的。進(jìn)行加溫的過程當(dāng)中，若殺菌鍋內(nèi)壓力高于給定壓力，系統(tǒng)則會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，同時(shí)蒸汽閥門自動(dòng)關(guān)閉；系統(tǒng)由手動(dòng)控制操縱，在進(jìn)行溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，若自控系統(tǒng)失靈，可立即采取手動(dòng)控制的方式，以使系統(tǒng)能夠持續(xù)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2發(fā)酵自控裝置

發(fā)酵自控裝置所用到的自動(dòng)化儀器儀表主要有以下幾種：差壓變送器、溫度變送器、孔板、氣動(dòng)三針記錄儀、氣動(dòng)三針記錄調(diào)節(jié)儀、遙控板、熱電阻及氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。發(fā)酵自控裝置可有效控制殺菌及發(fā)酵工藝流程中的各項(xiàng)指標(biāo)，如溫度、氣流量、空缸消毒、滅菌、升溫、保溫、降溫、通風(fēng)及保壓等。

2.3番茄醬濃度自控系統(tǒng)

番茄醬濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)所使用的自動(dòng)化儀器儀表主要有以下幾種：折光儀、溫度變送器、調(diào)節(jié)器、電氣轉(zhuǎn)換器、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥和單針記錄儀。據(jù)分析，番茄醬濃度自控系統(tǒng)可將生產(chǎn)合格率提高至99%以上，生產(chǎn)成本可降低20%左右，同時(shí)大大減輕了生產(chǎn)線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度［4］。

番茄醬濃度自控系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。番茄醬漿體自螺桿泵輸出，經(jīng)折光儀進(jìn)濃度參數(shù)檢驗(yàn)之后給調(diào)節(jié)器一個(gè)0～10 mA的信號(hào)，同時(shí)利用電氣轉(zhuǎn)換器來對(duì)調(diào)節(jié)閥A進(jìn)行控制，若濃度過低可關(guān)閉閥A，此時(shí)螺桿泵的輸出壓力加強(qiáng)，從而抑制了調(diào)節(jié)閥B的彈簧力，閥B打開，番茄醬漿體則會(huì)回流至循環(huán)管，經(jīng)循環(huán)管輸至加熱器，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮之后，利用對(duì)出漿量的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)番茄醬濃度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖1　番茄醬濃度自控系統(tǒng)工作流程

3　結(jié)語

總而言之，自動(dòng)化儀器儀表的應(yīng)用確實(shí)給食品生產(chǎn)帶來了很大的便利，同時(shí)也使得食品生產(chǎn)的產(chǎn)量及質(zhì)量大大提高，在食品生產(chǎn)過程當(dāng)中發(fā)揮著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化儀器儀表的研發(fā)將會(huì)更加深入，所研究出來的自動(dòng)化儀器儀表也會(huì)更加成熟，應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣闊。

[1]徐波.自動(dòng)化儀器儀表行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（13）：99-99.

[2]陳治斌.淺析食品行業(yè)中自動(dòng)化測(cè)量儀表的設(shè)計(jì)與維護(hù)[J].中國儀器儀表，2015（12）：35-37.

[3]隋洪敏.自動(dòng)化儀器儀表的發(fā)展方向探討[J].硅谷，2013（6）：17.

[4]楊艷瑜.用自動(dòng)化設(shè)備打造休閑食品生產(chǎn)基地[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（創(chuàng)新版），2011（1）：38.

Analysis of the application of automatic instruments and meters in food production

Yin Xuxin
（Shandong Liming Polytechnic Vocational College, Ji'nan 250016, China）

With the development of economy and science and technology, automation instrumentation industry has obtained rapid development and has been widely used in various industries, including food production areas, which plays a very important role. This paper briefly describes the basic concept and principle of automatic instrument, analyzes the types of technology and the development of automation instrumentation, and some examples are put forward to discuss application of automation instrumentation in food production, in order to provide some reference for related peer of technical personnel to discuss and research this topic.

automation; instrument and meter; food production

尹緒鑫（1983— ），男，山東鄒平，本科，助教；研究方向：自動(dòng)化儀器儀表。