Улучшение качества вин в условиях высоких технологий

Адаптивная компьютерная система для исследования, контроля и управления технологическими процессами в виноделии согласно современным технологическим инструкциям

в условиях высоких технологийСовременное виноделие является областью высоких технологий, когда необходимо измерять, контролировать и оптимально управлять в реальном масштабе времени большим количеством изменяющихся технологических параметров в различных технических условиях (от лаборатории до бара). С целью обеспечения высокого качества выпускаемой продукции при одновременном снижении ее себестоимости и повышении конкурентоспособности создаются технические условия, ТУ которым необходимо следовать при его производстве.

Систематические измерения и контроль – основные условия выполнения замеров в решении производственной задачи

В связи с этим актуальной научной и производственной задачей является разработка таких систем управления, как системы менеджмента качества, когда решается четко донести понятие качества до сотрудников и клиентов компании, контроль и оптимальное управление бизнес-процессами, а также технологическими параметрами, изменяющимися в различных диапазонах.

Неоднородность физико-химических свойств виноматериалов, изменяющиеся условия производства и технологических процессов требуют, чтобы разрабатываемые автоматизированные системы управления были адаптивными. Были опробованы новые технические условия как нормативный документ, при этом их стоило придерживаться разработчику.

 

Написать ТУ на вино и произодства виноматериалов

С этой целью была разработана адаптивная компьютерная система управления (базовый вариант), которая представляет собой аппаратно программный комплекс, включающий в себя: управляющий компьютер (IBM PC,  систему связи (интерфейс) между компьютером и технологическим процессом, реализованную на базе программируемых микропроцессорных модулей (ПММ) фирмы Analog Devices; SCADA подобный пакет программ (ПП) Labtech Control; датчики, ориентированные на измерения соответствующих технологических параметров (в системе могут использоваться датчики от различных производителей как встроенные в технологическое оборудование, так и специально устанавливаемые).

ПММ обеспечивают сопряжение датчиков и исполнительных механизмов с IBM PC совместимым компьютером; они предназначены для распределенного сбора данных о параметрах технологического процесса, нормализации аналоговых сигналов датчиков и гальванической изоляции каналов ввода вывода информационно измерительных систем и систем управления (затем согласовали как написать технические условия для оптимальной канальной скорости связи).

Если количество датчиков и исполнительных механизмов велико (і > 20), то предусмотрено использование программируемых логических контроллеров (ПЛК), в качестве которых могут использоваться отечественные и зарубежные PC совместимые аналоги согласно их ТУ и ГОСТу.

Аппаратная часть компьютерной системы представляет совокупность входных и выходных аналоговых и цифровых ПММ, установленных на объединительных и сетевых монтажных платах, связанных между собой с помощью интерфейса RS 485 и подключаемых к ПЛК и IBM PC совместимому компьютеру по интерфейсу RS 232.

Возможности оборудования в изменяющихся технических условиях производства и аккредитованной лаборатории

высоких технологийПрограммирование микропроцессорных модулей производится с помощью ПП Labtech Control и позволяет осуществлять: калибровку модулей (настройку нумерологических параметров датчиков и модулей); задание параметров обмена данными между модулем и компьютером (или ПЛК); задание используемых типов датчиков; задание диапазонов измерения датчиков; задание режимов обработки измерительных сигналов с датчиков.

 

Возможны варианты использования ПММ: датчик подключен к соответствующему модулю; несколько датчиков подключены к одному модулю (в этом случае используется программный коммутатор согласно разработанным тех условиям).

Адаптивное управление в компьютерной системе обеспечивается на основе разработанных алгоритмов идентификации и корректировки математических моделей объектов управления.

С помощью разработанной адаптивной компьютерной системы управления производились измерения температурных параметров термообработки виноматериалов (обработка холодом шампанизируемое вино; обработка теплом портвейн, мадера), а также осуществлялись функции контроля и управления этими параметрами.

В каких условиях используется разработанная адаптивная компьютерная система управления?

условия высоких технологийПо результатам проведенных исследований были разработаны алгоритмы адаптивного управления с элементами прогнозирования. Их применение позволяет производить термообработку виноматериалов в заданных диапазонах, не допуская перерегулирования (обусловлено инерционностью реальных технологических объектов управления – в частности, большой массой виноматериалов в резервуарах 2000 6000 дал).

В зависимости от типов исполнительных механизмов можно использовать ПИД алгоритм регулирования (и его варианты), а также релейный алгоритм (включено/ выключено) или другие алгоритмы регулирования. Указанные алгоритмы регулирования формируются в компьютере с помощью ПП Labtech Control (функциональные блоки: PID и “C Icon ”; блок “C Icon ” позволяет разрабатывать новые алгоритмы обработки данных и алгоритмы регулирования на языке С++), что даст в дальнейшем возможность написать технологическую инструкцию.

Предложен алгоритм и реализована вычислительная процедура, позволяющие учитывать инерционность используемых датчиков и тем самым повысить точность измерений технологических параметров.

Разработанная адаптивная компьютерная система управления в технических условиях:

  1. Имеет открытую модульную архитектуру и легко наращивается путем добавления необходимого количества датчиков, программируемых микропроцессорных моду лей и ПЛК, для осуществления функций измерения, контроля и управления технологическими параметрами;

2. Может использоваться в качестве базового средства при построении АСУ ТП на предприятиях винодельческой промышленности, а также в отраслевых лабораториях для автоматизации научных исследований;

3. Может работать в автоматическом и автоматизированном режимах; имеет компьютерный пульт управления с возможностью вы вода на экран монитора визуальных изображений:динамической мнемосхемы технологического процесса и отдельных его участков, приборов (с отображением на них текущих значений контролируемых и регулируемых технологических параметров) и приборов управления, воздействуя на которые (с помощью “мыши”), оператор технолог может осуществлять функции управления технологическим процессом в автоматизированном режиме;

4. пПзволяет осуществлять предварительную настройку алгоритмов регулирования на основе использования SCADA систем и динамического программно-имитационного моделирования;

5. Может гибко перестраиваться в тех условиях лаборатории и перепрограммироваться, что обеспечивает проведение различных технологических процессов на имеющемся технологическом оборудовании;

  • может использоваться при шампанизации и термообработке виноматериалов, а также в других технологических процессах виноделия;
  • обеспечивает повышение достоверности передачи информации в информационно измерительных каналах АСУ ТП на основе разработанных методов помехоустойчивого адаптивного кодирования;
  • позволяет одновременно подключать к компьютеру (с установленным ПП Labtech Control) до 256 программируемых микропроцессорных модулей;
  • это дает возможность подсоединять к компьютеру (и ПЛК) и поддерживать до 256 датчиков и исполнительных механизмов, осуществлять функции контроля и управления сложными технологическими процессами;
  • позволяет снизить энергозатраты и расход виноматериалов на выпуск единицы продукции.
  • НИОКР по разработке адаптивной компьютерной системы управления проводились в Московской государственной технологической академии (МГТА) на кафедре “Систем управления”; основные научные и технические решения, технологическая инструкция и техническая документация защищены патентами.

Жиров М.В., доцент, Шаховской А.В., аспирант, кафедра “Систем управления” МГТА