Температурный журнал и прослеживаемость процесса быстрого замораживания: что фиксирует оборудование, что фиксирует человек и как свести два журнала
Когда в цехе быстрого замораживания возникает проблема, обычно дело не в том, что температуру никто не измерял, а в том, что невозможно внятно сказать, по какой программе шла та или иная партия, достигла ли температура в центре продукта -18℃ и сколько раз срабатывала сигнализация. Оборудование даёт показания датчиков и траекторию программы, данные по продукту можно получить только ручной записью; если эти две стороны не сходятся, прослеживаемость невозможна. Ниже разберём по схеме «что фиксирует оборудование, что фиксирует человек, как свести два журнала».
1. Почему одного датчика недостаточно
В описании управления оборудованием для быстрого замораживания в жидком азоте есть фраза, которую часто упускают: наличие температурных датчиков основного контроля и мониторинга с системой обратной связи. В камере работает не один датчик.
Основной датчик даёт системе управления базу для регулирования температуры: PID по его показаниям регулирует степень открытия пропорционального клапана подачи жидкого азота; контрольный датчик — независимый канал обратной связи, его показания также поступают в систему. Оба установлены в одной камере, в нормальных условиях показания должны быть близки. Как только показания двух датчиков устойчиво расходятся, в первую очередь следует заподозрить сам датчик — ослабление контактов, попадание влаги в защитную трубку, обмерзание, длительный дрейф относятся именно к этой категории. В системе с одним датчиком при такой ситуации контур регулирования будет принимать ошибочное показание за истинное и продолжать регулирование, а переохлаждение или недомораживание продукта останется незамеченным.
При орошении жидким азотом температура в камере меняется очень быстро, и если датчик не успевает реагировать, возникает явление: задано -80℃, а фактически наблюдается перерегулирование. Два датчика как минимум дают площадке средство перекрёстной проверки: показания разошлись — сначала остановить линию и проверить датчик, а не продолжать работу.
2. Где установлен датчик и чью температуру он измеряет
Место установки датчика определяет смысл показания, и это должно быть чётко указано в записи.
На примере шкафных аппаратов серии DKN-LFC: защитная трубка температурного датчика выполнена из бесшовной трубы SUS304, расположена посередине стенки внутренней камеры корпуса, вне зоны прямого обдува распыляемым жидким азотом, и отражает температуру циркуляции в камере. Туннельная линия оснащена измерителями содержания кислорода на входном и выходном концах; по температуре используется схема «один основной, один контрольный», платиновое сопротивление класса точности A, диапазон измерения температуры от 200℃ до -200℃.
Здесь нужно различать две вещи:
- Температура оборудования — температура воздуха или циркулирующего потока в камере, измеряется стационарным датчиком, используется для регулирования температуры и сигнализации.
- Температура в центре продукта — температура в геометрическом центре материала, измеряется только переносным щупом, стационарным датчиком не измеряется.
Если в записи эти две величины смешаны в одну графу, прослеживаемость теряет силу. -40℃ в камере не означает, что в центре куска мяса толщиной 80 mm достигнуто -18℃: это два разных физических процесса.
3. Номер программы сам по себе является записью
Шкафные аппараты управляются ПЛК с сенсорным экраном, возможны десять ступеней снижения температуры и выдержки, можно хранить несколько наборов технологических режимов и вызывать их одним нажатием, по окончании программы автоматически срабатывают сигнализация и отключение питания. Туннельная линия управляется ПЛК с автоматическим регулированием PID, скорость сетчатого транспорта регулируется частотным преобразователем, цикл работы от входного до выходного конца задаётся по модели (для DKN-LFT-1206 — 6～30 минут).
Ценность этой системы не только в удобстве работы: она закрепляет технологический процесс в виде ссылочного номера. Запись «программа № 3» означает, что чётко указано, насколько быстро идёт этап подъёма температуры, какова длительность этапа постоянной температуры, оставлено ли в конечном этапе время на выравнивание температуры. При смене смены, смене оператора, повторной проверке через три месяца — если номер программы совпадает, технология совпадает. И наоборот, если каждый раз параметры подстраиваются на глаз и не сохраняются в программе, то хорошо сделанную партию не удастся воспроизвести в следующей, а при возникновении проблемы не найти аналога для сравнения.
У иммерсионных моделей иной подход к записи. DKN-RHV-2000L работает по принципу постоянной температуры жидкости: рабочая температура ≤-35℃, температура хладагента до -50℃, точность регулирования температуры ±2℃, равномерность температуры жидкости ±3℃, время цикла регулируется в пределах 20～100 минут, шкаф управления с удалённым мониторингом. Ключевые пункты записи для такого оборудования — три: температура жидкости, время цикла и концентрация хладагента.
4. Какие поля должна содержать пригодная партионная запись
| Группа | Поле | Зачем записывать |
|---|---|---|
| Партия | Номер партии, дата, смена, оператор | При проблеме можно определить человека и период |
| Материал | Вид, размер и масса единицы, температура на входе | Две главные переменные времени замораживания |
| Загрузка | Количество единиц, число слоёв или толщина слоя, номер стеллажа | Изменение загрузки меняет технологию |
| Процесс | Номер программы и шаг, начальные и конечные показания жидкого азота или температуры жидкости | Основная база для воспроизведения процесса |
| Результат | Температура в центре на выходе, температура в точке отклонения, время выхода | Ключевое доказательство для оценки соответствия |
| Аномалии | Содержание сигнализации и время срабатывания, действия по устранению, кто сбросил | Без сброса сигнализации запись равна отсутствию события |
Из шести групп две — загрузка и аномалии — часто пропускаются. Загрузка подгоняется под принцип «лишь бы влезло», и тогда межподдонное расстояние, высота слоя, толщина слоя выходят из-под контроля; сигнализация сработала — её сбрасывают и продолжают работу, и в итоге запись чистая, но при аудите такие записи не выдерживают проверки. О влиянии раскладки и плотности загрузки на время замораживания можно посмотреть в таблице сравнения в материале Как определить раскладку и плотность загрузки.
5. Как измерять результат, чтобы он считался действительным
Оценка на выходе основывается только на достижении температуры в центре ниже -18℃, без учёта поверхности, без учёта обмерзания, без учёта графика. Три правила:
- Щуп вводится в геометрический центр. У крупного куска поверхность достигает температуры гораздо быстрее центра; при неглубоком введении считывается температура поверхностного слоя.
- Добавить точку отклонения. У стороны двери, нижнего слоя, у места возврата воздуха разница температур больше; если эта точка соответствует норме, только тогда можно оценивать всю партию как соответствующую. Равномерность температуры шкафных аппаратов имеет порядок ±3℃, для туннельных и иммерсионных действуют иные критерии: ±2℃ регулирования температуры, ±3℃ равномерности температуры жидкости; при оценке следует оставлять этот запас.
- Выборочный замер не менее трёх единиц на партию, с чётким указанием показания и глубины введения, чтобы при повторной проверке другим человеком была основа. Инфракрасный пирометр измеряет только поверхность и не может использоваться для оценки на выходе.
Ещё один пункт, который легко упустить: сам датчик должен калиброваться. Периодичность устанавливается по регламенту управления средствами измерений на площадке, записываются дата калибровки и величина отклонения; после замены датчика, падения, попадания воды требуется повторная калибровка перед использованием. Если в записи не видно состояния калибровки, вес всех предыдущих данных снижается.
6. Как свести два журнала вместе
Данные со стороны оборудования непрерывны и автоматичны, данные со стороны продукта дискретны и вносятся вручную. Способ объединения в одну прослеживаемую цепочку несложен:
- в начале каждой партии вписать номер программы и величину загрузки в партионную запись;
- перед выходом измерить температуру в центре и вписать, привязав к номеру программы в той же строке;
- момент срабатывания сигнализации внести в графу аномалий и сопоставить с записью сигнализаций оборудования;
- по окончании каждой смены сверить количество номеров партий за смену с количеством записей работы оборудования.
Эта завершающая сверка весьма полезна. Если количества не совпадают, значит, какая-то партия не записана или какой-то запуск не зарегистрирован; это можно обнаружить в тот же день, не дожидаясь жалобы клиента или аудита.
Часто задаваемые вопросы
На оборудовании два температурных датчика — это резервирование, и выход одного из строя не влияет на производство?
Это не простое резервирование. Основной датчик даёт базу для регулирования температуры, контрольный датчик даёт независимую обратную связь; их длительное расхождение означает, что один из них может быть неточным, и при продолжении работы регулирование температуры идёт по ошибочному показанию. При обнаружении расхождения двух датчиков остановить линию и проверить состояние датчиков выгоднее, чем продолжать производство.
На экране показано -40℃ в камере — можно ли считать, что продукт уже заморожен?
Нет. Температура в камере — это температура циркулирующего потока; о том, заморожен ли продукт, судят по температуре геометрического центра. У толстого куска от поверхности к центру идёт процесс теплопроводности: поверхностный слой давно достиг температуры, а центр может отставать на десяток градусов. Перед выходом измеряют центр щупом — это отдельный шаг.
Номер программы записан на бумаге — достаточно ли этого, зачем хранить его в оборудовании?
Номер программы на бумаге говорит лишь о том, по какому набору предполагалось работать; запись программы в оборудовании говорит о том, как процесс фактически шёл. При смене оператора, повторной проверке через несколько месяцев, споре по партии нужна именно непрерывная траектория со стороны оборудования. Хранить обе стороны — значит взаимно подтверждать их.
Сигнализация сработала и была сброшена — нужно ли записывать это в журнал?
Нужно. Сигнализация — прямое свидетельство отклонения процесса; чётко записав содержание сигнализации, время срабатывания, действия по устранению и кто сбросил, можно судить, затронута ли эта партия. Если записывать только результат и не записывать сигнализацию, цепочка прослеживаемости разорвана.
Совпадают ли ключевые пункты записи для иммерсионного аппарата быстрого охлаждения и для азотного оборудования?
Нет. Для азотного оборудования записывают шаги программы и траекторию орошения, для иммерсионного — температуру жидкости, время цикла и концентрацию хладагента. Температура жидкости поддерживается в диапазоне ≤-35℃, время цикла регулируется в пределах 20～100 минут, концентрация пополняется по результатам онлайн-контроля; при изменении любого из этих трёх пунктов меняется эффект замораживания, и запись следует за этими тремя пунктами.
Пришлите вид продукта, размер и массу единицы, часовую производительность и целевую температуру в центре — мы предложим комплект линии и схему программ с учётом загрузки и такта, а также перечислим поля, которые нужно фиксировать на площадке. Подробности — в разделе Связаться с нами. Соответствующие модели: Аппарат быстрого замораживания в жидком азоте, Туннельная линия быстрого замораживания в жидком азоте и Иммерсионный аппарат быстрого охлаждения.