Разработка системы автоматизации технологической линии производства пива

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ПИВОВАРЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО 5
1.1 Техническое задание 5
1.2 Описание рабочих алгоритмов 13
1.3 Обзор типовых технологических решений 26
1.4 Анализ существующих патентов 28
2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПИВОВАРЕННЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ 33
2.1 Используемые средства автоматизации 33
2.2 Функциональная схема системы автоматизации 37
2.3 Принципиальная электрическая схема 41
2.4 Интерфейс оператора в системе диспетчеризации 44
3. КОМПОНЕНТЫ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ 47
3.1 Использование базы знаний в рамках проекта 47
3.2 Программное обеспечение для программируемого логического контроллера 49
3.3 Расчетная модель процесса 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А 72
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 73
ПРИЛОЖЕНИЕ В 74
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 75

Весь текст будет доступен после покупки

Современное пивоваренное производство предъявляет высокие требования к качеству продукции, точности соблюдения технологических режимов, энергоэффективности и гибкости управления производственными процессами. В условиях растущей конкуренции и ужесточения стандартов на пищевую продукцию актуальной становится задача внедрения современных систем автоматизации, позволяющих не только повысить стабильность технологического цикла, но и минимизировать влияние человеческого фактора, сократить производственные издержки и обеспечить полную прослеживаемость параметров на всех этапах производства.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка системы автоматизации технологической линии производства пива, обеспечивающей надежное, эффективное и гибкое управление производственным процессом с возможностью мониторинга, диагностики и адаптации к изменяющимся условиям.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
– проанализировать существующие технологические процессы пивоварения и их особенности;
– изучить типовые решения в области автоматизации пивоваренных производств и проанализировать патентную базу;
– разработать функциональную и принципиальную архитектуру системы автоматизации;
– определить состав и назначение технических и программных средств автоматизации;
– спроектировать операторский интерфейс системы диспетчеризации;
– разработать базу знаний и расчетную модель технологического процесса для поддержки принятия решений;
– реализовать программное обеспечение для программируемого логического контроллера (ПЛК).
Объектом исследования выступает технологическая линия производства пива, а субъектом – система автоматизации данной линии, включающая аппаратные и программные компоненты верхнего и нижнего уровней управления.
В работе использованы следующие методы: анализ научно-технической и патентной литературы, системный подход к проектированию автоматизированных систем, методы математического и имитационного моделирования, а также методы программной инженерии при разработке управляющего программного обеспечения.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности их применения при модернизации или создании новых пивоваренных производств, обеспечивая повышение точности управления технологическими параметрами (температура, давление, время, состав), сокращение затрат ресурсов и повышение качества конечной продукции. Разработанная система может быть адаптирована под различные масштабы производства и служить основой для дальнейшего внедрения элементов «умного» производства.

Весь текст будет доступен после покупки

ПИВОВАРЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
1.1 Техническое задание
Наименование системы: Автоматизированная система пивоварения
Назначение системы: Предназначена для выполнения полного цикла производства пива в автоматизированном режиме.
Цели создания системы: Повышение воспроизводимости и стабильности качества продукции, оптимизация производственных процессов, минимизация ошибок, обеспечение непрерывного контроля параметров варки, поддержка масштабируемости и усиление промышленной безопасности.
Использование автоматизированной системы позволяет добиваться одинаковых характеристик каждой партии пива, независимо от времени и условий производства. Это гарантирует стабильное качество конечного продукта. Кроме того, автоматизация снижает трудозатраты и сокращает длительность технологического цикла, уменьшая вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором, и, как следствие, сокращая объёмы брака и отходов.
Благодаря интегрированным датчикам и контроллерам система способна в реальном времени отслеживать ключевые параметры варки и при необходимости вносить корректировки, поддерживая оптимальные условия на каждом этапе. Конструкция системы предусматривает возможность работы с крупными объёмами, что обеспечивает гибкость при увеличении производственных мощностей. Дополнительно, автоматизация снижает риски травматизма за счёт исключения прямого контакта персонала с горячими средами и тяжёлыми механизмами.
Объект автоматизации: Производство пива объёмом до 800 литров в неделю.
1) Производственное пространство
Помещение пивоварни должно иметь площадь не менее 500 м? для размещения всего необходимого оборудования, обеспечивающего выпуск до 1000 литров пива за двухнедельный цикл.
2) Вместимость варочного котла
Объём варочного котла должен составлять минимум 1200 литров, что обеспечивает 20%-ный технологический резерв и возможность варки увеличенных партий при необходимости.
3) Сусловарочный котёл
Должен вмещать не менее 1500 литров и оснащаться фальшь-дном или фильтрующим элементом для эффективного отделения сусла от зерновой массы.
4) Котёл для кипячения сусла
Объём – не менее 1500 литров, снабжён мощным нагревательным элементом для обеспечения интенсивного и равномерного кипячения.
5) Ферментационные ёмкости
Требуется как минимум четыре ферментатора по 1000 литров каждый, позволяющие одновременно проводить брожение и созревание нескольких партий пива.
6) Система управления
Интегрированная АСУ должна включать сеть датчиков и контроллеров для точного мониторинга и регулирования температуры, давления, расхода жидкости и других ключевых параметров на всех этапах производства.
7) База знаний рецептур
В системе должна быть реализована цифровая база рецептов, содержащая детализированные данные об ингредиентах, технологических режимах и критериях качества. Эта база обеспечивает строгое соблюдение рецептурных стандартов, а также позволяет адаптировать формулы под обратную связь от потребителей или рыночные тренды. Кроме того, она служит обучающим инструментом для новых специалистов и поддерживает единообразие процессов на нескольких производственных площадках.
8) Система очистки

Весь текст будет доступен после покупки

1) Бондаренко Р.В., Киселев Ф.В. Формирование базы знаний для ТПО. – Журнал «Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики», 2008.
2) Боскебеев К.Д. Систематизация базы знаний в информационных системах. . – Журнал «Вестник Таджикского государственного университета права, бизнеса и политики. Серия гуманитарных наук», 2014.
3) Викулов М.А., Довиденко Г.П., Овчинников Н.П., Бочкарев Ю.С. Автоматизированная система управления насосным комплексом. – Журнал «Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)», 2012.
4) Воронов, М. В. Автоматическое управление. Управление организационными системами. Цифровые платформы: учебник для вузов / М. В. Воронов, В. И. Пименов, И. А. Небаев. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 475 с.
5) Гаврилов Д.П., Барабанов В.Г. Разработка и исследование системы управления насосной установкой. – Журнал «Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение», 2017.
6) Гарбуз С.А. Технология производства пива. – Журнал «Наука, техника и образование», 2014.
7) Гутгарц, Р.Д. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления : учебное пособие для вузов / Р. Д. Гутгарц. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2024. – 351 с.
8) Ермолаева Г.А. Пиво и пивные напитки: технологии и сырье. – Журнал «Пиво и напитки», 2012.
9) Ермолаева Г.А. Степень сбраживания сусла и пива. – Журнал «Пиво и напитки», 2003.
10) Иванова Е.Г. Оптимизация режимов приготовления пшеничного пива. –Журнал «Пиво и напитки», 2003.

Весь текст будет доступен после покупки