Информационные системы контроля и управления процессов дегидратации плодово-ягодного сырья

Abstract

Введение. Производственный процесс выработки конечной продукции пищевой промышленности требует соблюдения регламентированных параметров обработки сырья. Контроль определяющих параметров технологии позволяет обеспечить требования качества и безопасности. Повышение эффективности и конкурентоспособности предприятия достигаются внедрением систем управления производством и цифровыми технологиями. Для снижения доли ручного сбора данных и автоматизированного управления технологическим циклом предложено использовать цифровые системы управления и мониторинга оборудования. Принимая во внимание, что качество переработки плодово-ягодного сырья напрямую связано с операциями термической обработки, необходимо обеспечить контроль и управление процессами на этих этапах.Цель. Цель исследования - разработка концепции и обеспечение автоматизированной системы управления вакуумной дегидратации плодово-ягодного сырья, с реализацией алгоритмов управления в среде SIMATIC PCS7, с использованием программируемых логических контроллеров Siemens Simatic.Материалы и методы. Объект исследования – система управления и автоматизации для вакуумной дегидратации плодов и ягод, имеющих твердый каркас и капиллярно-пористую структуру, с начальной влажностью до 90%. В качестве методов исследования и реализации методологии управления информационной системы процессов дегидратации использована среда разработки Simatic WinCC. Исследования проводились на оригинальной конструкции сушильной установки. Определение эффективного коэффициента диффузии влаги и константы скорости сушки реализовывалось численными методами решением модели Аррениуса для неизотермических условий.Результаты. Результатом анализа стал алгоритм изменения параметров технологического процесса дегидратации. Предложено для ускорения процессов обезвоживания применить пониженное давление в первые периоды сушки и последующий кондуктивный энергоподвод. Определены три цикла управления. Вначале осуществляется кондуктивный нагрев до 60 °С при атмосферном давлении. Далее камера сушилки вакуумируется до давления 0,5 кПа и до 0,2 кПа. Установлена длительность предварительного прогрева для ягодного сырья – до 10 минут, второго цикла сушки – до 15 минут при температуре 35°С. Продолжительность третьего цикла 20 минут, при температуре точки насыщения 22 °С. Сформулированы задачи управления процессами с использованием программируемых логических контроллеров Siemens Simatic. Описаны каналы управления и параметры регулирования для обеспечения сохранности биоактивных компонентов сырья.Выводы. В среде проектирования Simatic WinCC реализованы модули с функциями: прием и передача значений параметров процесса сушки; визуальный контроль; конфигурирование и настройка параметров; принудительное изменение параметров; просмотр информации о регистрируемых в технологической системе событиях. Разработана система визуализации сушильного процесса. Реализованы операторские интерфейсы на панели управления Simatic HMI.