Программирование контроллера для автоматизации вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ОБОРУДОВАНИЕ И 1Т-ТЕХНОЛОГИИ

УДК 664.8(045)

Программирование контроллера для автоматизации вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления

М. Г. Балыхин, д-р экон. наук; И. Г. Благовещенский, канд. техн. наук; М.М. Благовещенская, д-р техн. наук; П. К. Гусаров

Московский государственный университет пищевых производств А. В. Бунеев, канд. техн. наук ООО «Омрон Электроникс», Москва

Реферат

Одна из главных задач, которая должна выполняться в ходе технологического процесса вакуумной сублимационной сушки, - поддержание на заданном уровне параметров продукта сушки и основных систем сублимационной установки. Правильное решение данной задачи во многом позволяет получить не только высушенный продукт с заданным уровнем качества, но и высокие экономические показатели процесса. Как правило, в крупных сублимационных аппаратах для сублимационной сушки пищевых продуктов противни с продуктом расположены ярусами, друг над другом, а нагревательные элементы находятся между ними. Таким образом реализуется комплексный подвод энергии. Управление процессом вакуумной сублимационной сушки происходит по трем направлениям: регулирование интенсивности теплоподвода; регулирование параметров вакуума в сушильной камере; регулирование температуры поверхности десублиматора. Регулирующие воздействия на два последних параметра осуществляются посредством работы вакуумных насосов и системы хладоснабжения. В большинстве случаев эти параметры после выхода сублимационного аппарата на рабочий режим остаются неизменными до конца процесса, либо претерпевают незначительные изменения. Существуют различные методы управления технологическим процессом вакуумной сушки, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Но оптимальным является метод комбинированного управления, который позволяет увеличить надежность и точность воспроизведения требуемых режимных параметров. Учитывая методику данного метода управления в статье описывается созданный программный код для функционирования промышленного логического контроллера (в частности ПЛК 160) в программе CoDeSys 2.3 на языке CFC. В данной работе также представлена визуализация процесса вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления. Показано, что регистрация и хранение параметров процесса, формирование управляющих воздействий на системы современной сублимационной установки с использованием микропроцессоров и компьютеров позволяют получить массу преимуществ: во-первых, полностью автоматизировать технологический процесс и существенно уменьшить возможность вмешательства человеческого фактора, во-вторых, появляется широкое поле для внедрения интеллектуальных технологий.

Ключевые слова

автоматизация; вакуумная сушка ягод; комбинированный метод управления; программирование; программно-логический контроллер Цитирование

Балыхин М. Г, Благовещенский И.Г., Благовещенская М.М., Гусаров П.К., Бунеев А.В. (2018) Программирование контроллера для автоматизации вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления // Пищевая промышленность. 2018. № 12. С. 90-92.

Analysis of the functioning of the processes of production of jelly sweets by means of simulation

M. G. Balyhin, Doctor of Economics; I.G. Blagoveshchenskij, Candidate of Technical Sciences;

M. M. Blagoveshchenskaya, Doctor of Technical Sciences, Professor; P.K. Gusarov

Moscow State University of Food Production

A. V. Buneev, Candidate of Technical Sciences

Omron electronics, Moscow

Abstracts

The use of automation means entails the development of mathematical models aimed at the study of production cycles in order to effectively use raw materials in the enterprise. For a more detailed analysis of the production process, you can build models based on the simulation method. This method allows you to create dynamic models, while giving the opportunity to reflect in a graphical way in real time the studied processes as they occur in reality. To build such models, it is necessary to know the basic parameters that affect the efficiency of the technological processes of production of the target products. In this work the simulation model created on the basis of the automated process of production of jelly candies is realized. The construction of the model was carried out through the use of simulation software - AnyLogic. The article presents a simulation model of the production process of jelly sweets. For the analysis of the received model, visualization of process of production of jelly candies in the format of three-dimensional graphics, with a possibility of tracking of statistical data was realized. Visualization of the studied processes in three-dimensional graphics is shown. Presents statistics of the implemented simulation reflects the status of the process of production of jelly sweets. To control the term of production of the final product, it is necessary to track the time indicators of the main stages of production of the raw materials used. To achieve this goal, a Control graph was implemented, which displays the time spent on the production of jelly mass (orange) and the time spent on molding candy (red). The use of statistical data of the dynamic process, allows on their basis, to adjust the time parameters that carry out the correct flow of the model, in order to reduce the occurrence of possible delays. The model presented in this paper allows us to reproduce the process of production of jelly sweets, for conducting research aimed at a detailed analysis of

EQUIPMENT AND IT-TECHNOLOGIES

the main stages of production, and the evaluation of the functioning of the automated system implemented in the food industry. Key words

analysis; automation; functioning; method of simulation; processes of production of jelly candies Citation

Balyhin M.G., BlagoveshchenskijI.G., Blagoveshchenskaya M.M., GusarovP.K., BuneevA.V. (2018) Analysis of the functioning of the processes of production of jelly sweets by means of simulation // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost'. 2018. № 12. P. 90-92.

Одна из главных задач, которая должна выполняться в ходе технологического процесса вакуумной сублимационной сушки, - поддержание на заданном уровне параметров продукта сушки и основных систем сублимационной установки [1, 2, 3]. Правильное решение данной задачи во многом позволяет получить не только высушенный продукт с заданным уровнем качества, но и высокие экономические показатели процесса [4]. Как правило, в крупных сублимационных аппаратах для сублимационной сушки пищевых продуктов противни с продуктом расположены ярусами, друг над другом, а нагревательные элементы находятся между ними. Таким образом, реализуется комплексный подвод энергии, а именно, к открытой поверхности материала подводится энергия в виде радиации, от дна противня через замороженную зону сублимации -в виде кондукции [5, 6].

Управление процессом вакуумной сублимационной сушки происходит по трем направлениям: регулирование интенсивности теплоподво-да с целью достижения заданного уровня температур в замороженной и осушенной частях продукта; регулирование параметров вакуума в сушильной камере; регулирование температуры поверхности десубли-матора [7]. Регулирующие воздействия на два последних параметра осуществляются посредством работы вакуумных насосов и системы хла-доснабжения. В большинстве случаев эти параметры после выхода сублимационного аппарата на рабочий режим остаются неизменными до конца процесса, либо претерпевают незначительные изменения [8].

Существуют различные методы управления технологическим процессом вакуумной сушки, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки [9, 10]. Остановимся более подробно на методе комбинированного управления. Данный метод основан на использовании нескольких параметров сушки одновременно [11]. В частности, рассматриваются такие параметры как показатель вакуума в сушильной камере, температура продукта на противнях, также важна зависимость данных показателей от работы вакуумных насосов и системы хладоснабжения. Таким образом, метод комбинированного управле-

ния позволяет увеличить надежность и точность воспроизведения требуемых режимных параметров [12].

Примером является множество современных установок, где система контроля предусматривает размещение датчиков измерения сразу в нескольких точках сушильной камеры: измерение температуры поверхностей десублимации и общего давления в камере, регистрация изменения веса высушиваемого продукта в нескольких контрольных точках. Учитывая методику данного метода управления был создан программный код для функционирования промышленного логического контроллера (в частности ПЛК 160). На рис. 1 приведен редактор переменных в программе СойеБуБ 2.3 на языке СРС для создания программного кода.

Схема процесса вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления представлена на рис 2.

Визуализация процесса вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления представлена на рис. 3.

В заключение следует отметить, что регистрация и хранение параметров процесса, формирование управляющих воздействий на системы современной сублимационной установки с использованием микро-

0001

оооз

ООО 5

ООО 7

OOOS

ооо â

РОЮ

00-I-1

0012

0013

001 5

0017

001 9

0020

0021

0022

PROGRAM PLC_PRG VAR

sywkamera:BOOL; uroven:INT; temp:INT; Tukl:TIME:=T#5s; TvKI1:TIME:=Tff200ms; tonl;TON; ton2:TON; npusk; BOOL; nwork: BOOL; nasos: BOOL; c: CTUD; fct: BLIf\lK; a: BOOL; b1: BLINK; el: CTUD; a2: BOOL; a1 BOOL;

E(\!D_VAR|

Рис. 1. Редактор переменных в программе CoDeSys 2.3 на языке CFC

процессоров и компьютеров позволяют получить массу преимуществ: во-первых, полностью автоматизировать технологический процесс и существенно уменьшить возможность вмешательства человеческого фактора, во-вторых, появляется широкое «поле» для внедрения интеллектуальных технологий. Конечно, методы управления сублимационной сушкой требуют дальнейшего совершенствования, но с использованием современных средств научных до-

Список используемых переменных и их расшифровка

та É

1 mtùit II! 0

1 TIM РГ W El-

Work Uroven, temp -

Tvkl: TIME: =T#5s -

Tvkl1:TIME: =T#200ms -Toni, ton2 -

I npiBC

—

MELWV T1MEHIGH

a

CftO 1

eu Ш

CO a>

RFSFT ■m cv!

10АЛ Ш

PV

переменная для регулирования включения и выключения насоса n. переменные отображающие уровень фреона в накопительном резервуаре и температуру противней соответственно. время задержки при включении нагревательных элементов в противнях вакуумной камеры, 4 секунды. время задержки при включении насоса, 1 секунда. таймер задержки включения нагревательных элементов в противнях вакуумной камеры и включения насоса соответственно.

A1, а2 - параметры, отвечающий

за регулирование температуры;

а - параметр, отвечающий за регулирование уровня фреона;

b (bl):BLINK - переменная, характеризующая генератор импульсов; позволяет отслеживать возрастание/убывание конкретной величины (в данном случае температуры и уровня).

С (c1): CTUD - счетчик для уровня и температуры;

Управляемые переменные:

Nasos - насос;

Svwkamera - вакуумная сушильная камера;

Кнопки:

npusk - включение насоса;

С+/ С- /U+/U- /- увеличение / уменьшение уровня/температуры.

Рис. 2. Схема процесса вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления

ОБОРУДОВАНИЕ И IT-ТЕХНОЛОГИИ

О 20 40 60 00 100 120 140

с+ I с- I

Рис. 3. Визуализация процесса вакуумной сушки ягод с использованием комбинированного метода управления

стижений в области информатики и приборостроения прогресс не заставит себя ждать.

ЛИТЕРАТУРА

1. Семенов, В. Г. Вакуумная сублимационная сушка/Г.В. Семенов. - М.: ДеЛи плюс, 2013. - 264 с.

2. Петров, И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования/Под ред. проф. В.П. Дьяконова. -М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 256 с.

3. Благовещенская, М.М. Информационные технологии систем управления технологическими процесса-ми/М. М. Благовещенская, Л. А. Злобин. -М.: Высшая школа, 2005. - 768 с.

4. Благовещенская, М. М. Основы стабилизации процесса приготовления многокомпонентных масс: Монография/М.М. Благовещенская. - М.: Франтера, 2009. - 281 с.

5. Благовещенская, М.М. Идентификационный аспект в методологии создания систем управления технологическими объектами с нестационарными параме-трами/М. М. Благовещенская, В. В. Макаров // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - № 1. - 2014. - С. 85-90.

6. Савостин, С.Д. Автоматизация контроля показателей качества муки в процессе размола с использованием интеллектуальных технологий/ С. Д. Савостин, М.М. Благовещенская, И.Г. Благовещенский. - М.: Франтера, 2016. - 146 с.

7. Балыхин, М.Г. Методологические основы создания экспертных систем контроля и прогнозирования качества пищевой продукции с использованием интеллектуальных технологий/М. Г. Балыхин, А.Б. Борзов, И. Г. Благовещенский. - М.: Франтера, 2017. - 395 с.

8. Благовещенский, И. Г. Автоматизированная экспертная система контроля в потоке показателей качества помадных конфет с использованием нейросе-тевых технологий и систем компьютерного зрения/И.Г. Благовещенский. - М.: Франтера, 2017. - 183 с.

9. Балыхин, М.Г. Архитектура и основная концепция создания интеллектуальной экспертной системы контроля качества пищевой продукции/М. Г. Балыхин, А. Б. Борзов, И.Г. Благовещенский // Пищевая промышленность. - 2017. -№ 11. - С. 60-63.

10. Благовещенская, М.М. Методика автоматической оценки качества пищевых изделий на основе теории искусственных нейронных сетей./ М. М. Благовещенская, И. Г. Благовещенский, Е.А. Назойкин // Пищевая промышленность. - 2015. - № 2. - С. 42-45.

11. Карпов Ю. Г. Имитационное моделирование систем: введение в моделирование с помощью AnyLogic 5 (+ CD)/rc>.n Карпов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 400 с.

12. AnyLogic. Руководство пользователя. - http://www.xjtek.com/products/ any1ogic5/usersmanua1. pdf.

REFERENCES

1. Semenov, V. G. Vakuumnaya subli-macionnaya sushka/G.V. Semenov. - M.: DeLi plyus, 2013. - 264 s.

2. Petrov, I.V. Programmiruemye kontrol-lery. Standartnye yazyki i priemy prikladnogo proektirovaniya/Pod red. prof. V.P. D'yakono-va. - M.: SOLON-Press, 2004. - 256 s.

3. Blagoveshchenskaya, M.M. Informa-cionnye tekhnologii sistem upravleniya tekhnologicheskimi processami/M. M. Bla-goveshchenskaya, L.A. Zlobin. - M.: Vys-shaya shkola, 2005. - 768 s.

4. Blagoveshchenskaya, M.M. Osnovy stabilizacii processa prigotovleniya mnogokomponentnyh mass: Monografi-ya/M.M. Blagoveshchenskaya. - M.: Fran-tera, 2009. - 281 s.

5. Blagoveshchenskaya, M. M. Iden-tifikacionnyj aspekt v metodologii soz-daniya sistem upravleniya tekhnolog-icheskimi ob» ektami s nestacionarnymi parametrami/ M. M. Blagoveshchenskaya, V.V. Makarov // Vestnik Voronezhskogo go-sudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij. - № 1. - 2014. - S. 85-90.

6. Savostin, S.D. Avtomatizaciya kontro-lya pokazatelej kachestva muki v processe razmola s ispol'zovaniem intellektual'nyh tekhnologij/ S. D. Savostin, M. M. Blagove-shchenskaya, I. G. Blagoveshchenskij. -M.: Frantera, 2016. - 146 s.

7. Balyhin, M. G. Metodologicheskie osnovy sozdaniya ekspertnyh sistem kontrolya i prognozirovaniya kachestva pishchevoj produkcii s ispol'zovaniem intellektual'nyh tekhnologij/M. G. Balyhin, A. B. Borzov, I. G. Blagoveshchenskij. -M.: Frantera, 2017. - 395 s.

8. Blagoveshchenskij, I.G. Avtomatiziro-vannaya ekspertnaya sistema kontrolya v potoke pokazatelej kachestva pomadnyh konfet s ispol'zovaniem nejrosetevyh tekhnologij i sistem komp'yuternogo zreniya/ I. G. Blagoveshchenskij. - M.: Frantera, 2017. - 183 s.

9. Balyhin, M.G. Arhitektura i osnovnaya koncepciya sozdaniya intellektual'noj ek-spertnoj sistemy kontrolya kachestva pishchevoj produkcii/M.G. Balyhin, A.B. Borzov, I.G. Blagoveshchenskij // Pishchevaya pro-myshlennost'. - 2017. - № 11. - S. 60-63.

10. Blagoveshchenskaya, M.M. Metodika av-tomaticheskoj ocenki kachestva pishchevyh izdelij na osnove teorii iskusstvennyh nej-ronnyh setej./M. M. Blagoveshchenskaya, I.G. Blagoveshchenskij, E.A. Nazojkin // Pishchevaya promyshlennost'. - 2015. -№ 2. - S. 42-45.

11. Karpov Yu. G Imitacionnoe modelirova-nie sistem: vvedenie v modelirovanie s pomoshch'yu AnyLogic 5 (+ CD)/Yu.G. Karpov. - SPb.: BHV-Peterburg, 2005. - 400 s.

12. AnyLogic. Rukovodstvo pol'zovate-lya. - http://www.xjtek.com/prod-ucts/any1ogic5/usersmanua1. pdf.

Авторы

Балыхин Михаил Григорьевич, д-р экон. наук, Благовещенский Иван Германович, канд. техн. наук, Благовещенская Маргарита Михайловна, д-р техн. наук, профессор, Гусаров Павел Константинович

Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11, p1an-pasha@yandex.ru Бунеев Алексей Владимирович, канд. техн. наук

ООО «Омрон Электроникс», 125040, Москва, ул. Правды, д. 26, aLexey.buneev@eu.omron.com

Authors

Balykhin Mikhail Grigorievich, Doctor of Economics, Blagoveshchenskii, Ivan Germanovich, Candidate of Technical Sciences, Blagoveshchenskaya, Margarita Mikhailovna, Doctor of Trchnical Sciences, Professor

Gusarov Pavel Konstantinovich

Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoe headway,

Moscow, 125080, p1an-pasha@yandex.ru

Buneev Alexey Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences

Omron Elec tronix LLC, 26, Pravda str., Moscow, 125040,

a1exey.buneev@eu.omron.com