Dla zespołu naukowców z Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu przygotowaliśmy program do sterowania pracą wędzarni. Sercem układu badawczego jest komora wędzarnicza BBDS-150 Simple V1.3 firmy Borniak. Jest to urządzenie wykonane ze stali nierdzewnej (dopuszczonej do kontaktu z żywnością) o pojemności 150 litrów, pozwalające na zawieszenie do 20 kg wędzonej żywności na siedmiu poziomach. Wędzarnia jest zasilana napięciem 230 V, dysponuje mocą 2015 W i pozwala na pracę w zakresie temperatury do 150°C. Za wytwarzanie dymu wędzarniczego odpowiada elektryczny generator dymu GDS-01 o mocy 115 W. Zrębki wędzarnicze są transportowane z zasobnika do elementu grzewczego, w którym dzięki odpowiedniej temperaturze uzyskiwane jest żarzenie się zrębków, bez powstawania ognia. Konstrukcja komory wędzarniczej została zmodyfikowana tak, aby możliwe było również prowadzenie procesu wędzenia metodą zimnego dymu, czyli w temperaturze do 30°C. Modyfikacja konstrukcyjna polegała na przeniesieniu generatora dymu z typowego miejsca pracy (tuż obok komory wędzarniczej), do miejsca położonego poniżej i znajdującego się w odległości 2,2 metra od ścianki wędzarni. Dzięki tym zabiegom, dym pokonując drogę od generatora do komory wędzarniczej ulegał schłodzeniu i nie powodował niekontrolowanego wzrostu temperatury w trakcie procesu wędzenia. Bez modyfikacji konstrukcyjnych, w eksperymentach w których jedynym źródłem ciepła był dym wytworzony przez generator dymu, po dwóch godzinach pracy w komorze wędzarniczej uzyskiwano temperaturę powyżej 80°C.

Do monitorowania temperatury wewnątrz wędzonych produktów spożywczych zastosowaliśmy czujniki temperatury TOPS1 Pt100 klasy B firmy Kompart-Pomiar, wykonane ze stali nierdzewnej 1.4541 w formie bagnetu ze szpicem. Dwanaście czujników przewidziano do nakłuwania wędzonych produktów. Trzynasty czujnik służy do pomiaru temperatury wewnątrz komory wędzarniczej. Do przetworzenia i pomiaru sygnałów z czujników Pt100 wykorzystaliśmy dwa moduły wejść analogowych SmartMod+ HE399RTD200 firmy Horner. Każdy z tych modułów zawiera po osiem izolowanych kanałów wejściowych pozwalających na pomiar temperatury z wykorzystaniem rezystancyjnych czujników temperatury (m.in. Pt100) w zakresie od -200°C do 850°C z rozdzielczością 0,1°C.

Zamiast oryginalnego regulatora temperatury standardowo dołączanego do wędzarni, użyliśmy regulatora temperatury i innych wielkości fizycznych AR662.B firmy APAR z trzema wyjściami regulacyjnymi dwustanowymi SSR. Funkcjonowanie algorytmu regulacji temperatury oparto o oryginalny czujnik temperatury Pt100 zainstalowany w komorze wędzarniczej. Do wyjść regulatora podłączyliśmy jednofazowe przekaźniki półprzewodnikowe GDH4066ZD3 firmy Greegoo przełączające w zerze. Przekaźniki te pozwalają na sterowanie pracą urządzeń wykonawczych zasilanych napięciem od 66 do 660 V AC i zużywających do 40 A prądu za pomocą napięcia sterującego z przedziału od 3 do 32 V DC. Do jednego z przekaźników podłączyliśmy grzałkę elektryczną znajdującą się wewnątrz komory wędzarniczej, odpowiedzialną za utrzymywanie temperatury na zadanym poziomie. Drugie wyjście dwustanowe regulatora AR662.B wykorzystaliśmy do sterowania pracą generatora dymu.

Na potrzeby realizowanych eksperymentów naukowych zainstalowaliśmy prototypowy układ do pomiaru względnej zawartości dymu na wylocie komory wędzarniczej. Układ składa się z diody elektroluminescencyjnej LED koloru białego i analogowego czujnika natężenia światła TEMT6000. Czujnik TEMT6000 pozwala na przetworzenie natężenia padającego światła o długości fali od 440 nm do 800 nm, w zakresie 1..1000 luksów na proporcjonalną wartość napięcia wyjściowego. Im większe natężenie padającego światła, tym wyższa wartość napięcia na wyjściu czujnika. Diodę LED i czujnik TEMT6000 zamocowano w taki sposób, żeby światło zewnętrzne nie powodowało zniekształcenia wyników pomiarów. Aby uniknąć problemów związanych z osadzaniem zanieczyszczeń i skroplin w trakcie wędzenia, pomiędzy ścianką rury wylotowej a czujnikiem TEMT6000 zamocowane zostało szkiełko mikroskopowe. Sposób montażu pozwala na wymianę szkiełek przed każdym eksperymentem lub nawet w trakcie ich trwania. Do pomiaru napięcia na wyjściu czujnika natężenia światła wykorzystano jedno z ośmiu izolowanych wejść analogowych napięciowych modułu SmartMod+ HE399ADC207 firmy Horner. Moduł ten posiada przetwornik analogowo-cyfrowy o rozdzielczości 16 bitów i pozwala na pomiar napięcia w zakresie od -10 V do +10 V z rozdzielczością 1 mV.

Do kontroli przebiegu eksperymentów przygotowaliśmy dedykowane oprogramowanie w graficznym środowisku programistycznym LabVIEW firmy National Instruments. Wszystkie urządzenia pomiarowo-sterujące wchodzące w skład systemu podłączyliśmy do ośmioportowego switcha Ethernetowego TP-Link. Do komunikacji pomiędzy komputerem PC a urządzeniami pomiarowo-sterującymi wykorzystaliśmy protokół komunikacyjny Modbus TCP/IP.

Oprogramowanie zapewnia w trakcie procesu wędzenia monitorowanie w odstępach jednosekundowych i wyświetlanie na ekranie wyników pomiarów trzynastu czujników temperatury (T1 do T13). Dodatkowo wyniki te prezentowane są na wykresie oraz zapisywane do pliku na dysku komputera PC. Dla ułatwienia analizy przebiegu procesu wędzenia operator posiada możliwość swobodnego wybierania ilości parametrów, które w danym momencie mają być prezentowane na wykresie. W programie wyświetlany jest także wynik pomiaru temperatury realizowanego za pomocą czujnika Pt100 podłączonego do regulatora APAR AR662.B (PV).

Program pozwala na prowadzenie eksperymentów w trybie ręcznym i w trybie receptury. W trybie ręcznym możliwe jest manualne ustawianie zadanej wartość temperatury (SP – Set Point) i manualne sterowanie pracą generatora dymu (Gen. Dymu). W trybie receptury program pozwala na zapisanie kolejnych kroków receptury wędzenia zawierających informacje o czasie procesu, zadanej temperaturze i stanie pracy generatora dymu, np.: od 20-tej minuty (Czas [min]) zadana temperatura 40°C (SP [°C]) i generator dymu włączony (Dym [0/1]). Tryb receptury pozwala na zaplanowanie wielogodzinnych eksperymentów i zapisanie kolejnych kroków procedury wędzenia (receptury) oraz automatyczne jej wykonanie po uruchomieniu eksperymentu w wędzarni.

 W oprogramowaniu zaimplementowano obsługę czujnika natężenia światła TEMT6000. Po uruchomieniu procesu wyświetlana jest wartość zmierzonego napięcia („Napięcie”) na wyjściu czujnika w sytuacji, gdy w komorze wędzarniczej nie ma dymu. Jest to stan początkowy, a wartość tego napięcia jest zapisywana jako parametr „Korekta” i uznawana jako natężenie światła o wartości 100%. Pojawienie się dymu w komorze wędzarniczej zmniejsza ilość światła padającego na czujnik TEMT6000 powodując obniżenie wartości parametru „Dym”, który wyraża względne procentowe obniżenie przepuszczalności światła.