ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
УДК 004.942
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПАСТЕРИЗАЦИИ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Коныров Магжан Асканулы
магистрант Еврайзийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Кульниязова Корлан Сагиндыковна
старший преподаватель Еврайзийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Жакенов Мурат Абдугалиевич
к.т.н., преподаватель Гуманитарно-техническая академия Научный руководитель: Рзаева Лейла Гумметовна
Доктор PhD, и.о. доцента Еврайзийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Аннотация: В статье изображены главные проблемы автоматизации изготовления пастеризованного молока в Казахстане. Перечислены характеристики, которые нуждаются в улучшении. Обозначено направление для улучшения качества регулирования технологическим ходом и высказаны предложения по совершенствованию систем автоматического управления. Представлены предложения для улучшения управления производственным предприятием в целом.
Ключевые слова: пастеризация, пастеризационно-охладительные установки, технологический процесс, система автоматического регулирования (САР), контур регулирования, параметрические возмущения, промышленный комплекс
49
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
DESIGN OF AUTOMATION SYSTEMS FOR THE PASTEURIZATION
PROCESS OF THE FOOD INDUSTRY
Kongyrov Magzhan Askanuly
Kulniyazova Korlan Sagindykovna
Zhakenov Murat Abdugalievich
Scientific adviser: Rzayeva Leyla Gummetovna
Abstract: This article describes the main problems of automation of pasteurized milk in Kazakhstan. Listed quality indicators, which need to be improved to enhance the quality o f products. The direction to improve the quality of management techniques is shown in this article. There are also suggestions to improve the automatic control systems, the proposals for improving the management of industrial enterprise as a whole.
Key words: pasteurization, pasteurization and cooling plants, technological process, automatic control system (ATS), control loop, parametric disturbances, industrial complex
Введение. Пастеризация молока – важная отрасль пищевой промышленности. Молочные продукты нужны человеку. В них содержатся белки, жиры, углеводы и микроэлементы. Для продолжительного хранения молока и молокопродуктов сырье поддается тепловой обработке, треплющей название «пастеризация». Цель является ликвидирование вредных видов микроорганизмов и улучшения срока хранения молока и предотвращения риска передачи инфекционных заболеваний.
Нарушение температурного режима пастеризации молока вызывает его пригорание, что негативно сказывается на органолептических показателях продукта. Также необходимо отметить, что при недостаточной пастеризации в продукте сохраняется патогенная микрофлора (бактериальное загрязнение). Исключение брака и необходимости его утилизации при пастеризации молока обеспечивается внедрением автоматизированной системы управления технологическим процессом.
Основная часть. Одной из главных проблемных задач любой САР (системы автоматического регулирования) является подсчет и устранение различного рода возмущений, которые действуют на объект управления. К таким возмущениям можно отнести неустойчивость параметров внешней
50
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
среды, как температура и влага воздуха в помещении. Для нейтрализации влияния этих параметров на объект управления необходимо качественное кондиционирование здание, в котором находится пастеризационноохладительная установка (ПОУ).
Рис. 1. Объект регулирования
Качественное кондиционирование атмосферы в помещении, а как правило – это мастерская молокозавода, требует больших энергетических и, как результат, финансовых затрат. Кроме этого возникает потребность в корректировки режимов работы кондиционирующих устройств в зависимости от характеристик качества хода пастеризации, однако это требует вмешательства оператора-технолога, что приводит к появлению человеческого фактора в ходе управления. Решением этой проблемы могла бы стать формирование единого автоматизированного комплекса управления цехом, который имел бы доступ к управлению любым технологическим агрегатом или устройством, влияющим на ход процесса. Учитывая современный технический прогресс, реализация такого комплекса видится возможной. Однако тут стоит обратить внимание на финансовую сторону вопроса. Ведь вполне вероятна ситуация, что цена исследования и внедрения такого комплекса значительно превышает финансовые потери от действия возмущений.
51
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Ктому же на предмет влияют параметрические возмущения. Это происходит из за долгого использования по времени и по этой причине появляются соли, коррозия внутренних частей оборудования ПОУ. Для минимизации влияния параметрических возмущений на процесс пастеризации молока современные средства автоматизации применяют искусственные нейронные сети, системы гарантирующего управления, сложные алгоритмы регулирования и др.
Для синтеза САР роль играет корректная определение объекта управления. Ведь для этого процесса согласие математической модели оригиналу имеют решающее значение для соблюдения технологического регламента. При правильной идентификации возможен синтез САР, которые восполнят возмущения за счет введения корректирующих связей или других методов. Однако при перенасыщении исследования громоздким математическим аппаратом часто возникает проблема техническое осуществлении, описанных математических функций. Не многие контроллеры
ипромышленные компьютеры дают возможность реализовывать сложные математические функции, необходимые для нейтрализации влияния неконтролируемых возмущений.
Есть различные методы повышения качества регулирования САР, в том числе ввод в структуру САР дополнительного контура регулирования, в котором формируется корректирующий импульс по возмущению или вспомогательным переменным.
Выбор определенной структуры многоконтурной САР обусловлен динамическими свойствами ТОУ и характером влияния возмущающих воздействий.
Ктаким многоконтурным САР относятся:
●комбинированные САР;
●каскадные САР;
●связанные САР.
Ни одно из возмущающих воздействий не оказывает существенно большего влияния на ТОУ, чем остальные. Исследуемый ТОУ не обладает существенной задержкой, однако имеет значительную инерционность по управляющему каналу.
52
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Рис. 2. Информационная схема ТОУ
ТОУ можно представить как последовательную структуру из двух блоков: пластинчатого теплообменника и секции пастеризации. Поэтому структурную схему ТОУ можно разделить на 2 участка: опережающий и инерционный, и в управляющем канале можно выделить управляемую промежуточную переменную – температуру горячей воды на выходе из пластинчатого теплообменника Твг. Для промежуточной переменной Твг можно использовать то же управляющее воздействие, что и для основной переменной Т.. Предположительно инерционность опережающей части управляющего канала существенно меньше, чем у инерционной части.
Основная доля возмущающих воздействий (74%) приходится на опережающий участок, что вызывает существенные колебания промежуточной переменной Твг и тем самым отклонение температуры пастеризации молока. Следовательно, стабилизация температуры горячей воды на опережающем участке должна существенно снизить динамическую ошибку температуры пастеризации молока.
При данных динамических свойствах ТОУ целесообразно применение каскадной САР с сигналом из промежуточной точки.
На участке пастеризации молока можно использовать два варианта топологии сети – с одним и двумя узлами обработки данных. При варианте с одним узлом программируемый контроллер можно разместить в ЦПУ. При варианте с двумя узлами – контроллеры, либо модули сбора данных, размещаются в специально отведенных местах производственного помещения. Так как участок имеет небольшую площадь, то вариант с двумя узлами можно не использовать, а остановиться на варианте с одним узлом.
Система управления на каждом участке состоит из одного рабочего места оператора этого участка. Для реализации резервного АРМ необходимо установить второй компьютер, при выходе из строя основного АРМ. Так как
53
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
связь с контроллером Simatic S7-300 будет осуществляться через промышленную сеть Ethernet, то подключение резервного АРМ произведём через коммутатор.
В качестве коммутатора Ethernet используется MOXA EDS-510E с 7 портами 20/100 Мбит/с.
Выводы. Несмотря на все отмеченные выше проблемы, сопряженные с управлением процессы пастеризации молока, этот рынок увеличивается и развивается, а качество издаваемой предприятиями нашего государства продукции, улучшается и, в скором времени автоматизированное производство молока уступит место автоматическому производству. Ставится задачи разработки математического обеспечения АСУ ТП. Выполнен расчет и анализ системы автоматического регулирования. В качестве основного контура регулирования выбран контур горячей воды для пастеризации молока. Анализ показателей качества регулирования позволяет говорить о том, что одноконтурная САР не обеспечивает поддержание температуры на заданном уровне. Поэтому выполнены расчет и анализ каскадной САР, которая обеспечивает поддержание заданной температуры. Ставится задачи разработки программного обеспечения АСУ ТП. Предложена программная реализация каскадной САР средствами STEP7.
Список литературы
1.ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения [Текст]. – Введ. 1990–07–01. – М.: Издательство стандартов, 1990.
2.Брусиловский Л.П., Вайнберг А.Я. Автоматизация технологических процессов в молочной промышленности – М, 1978 г.
3.Бурдо О.Г., Калинин Л.Г. Прикладное моделирование процессов переноса в технологических системах: Учебник. – Одесса: Друк, 2008. – 348с.
4.Селевцов, Л.И. Автоматизация технологических процессов. Издание 3-е / Л.И. Селевцов, А.Л. Селевцов. –Вологда: Инфра-Инженерия, 2014. -352 c.
5.Автоматизированные системы управления технологическими
процессами в молочной промышленности / В.А. Граф, Н.А. Рогов, Ю.Г. Стегаличев, А.Д. Фрезоргер. М.: Агропромиздат, 1985. 280 с.
6. Соколов В.А. – Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности. – М.: Агропромиздат, 1991
54
МЦНП «Новая наука»