Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

Цифровой двойник SCADA-интегрированной станции CIP-мойки

В. С. Артемьев

Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова, 115054, Россия, Москва, Стремянный переулок, 36

Аннотация: В условиях ужесточения санитарных требований и постоянного роста цен на энерго- и водоресурсы процессы CIP-очистки становятся все более значимыми с точки зрения затрат пивоваренного предприятия. Оптимизация традиционными методами затруднена, процессы нелинейны, зависят от состава производимого продукта и требуют строгого соблюдения условий безопасности, особенно при работе со стеклянной тарой. С учетом этих факторов была сформулирована задача разработки комплексного цифрового решения, позволяющего управлять CIP-процессом более эффективно.
Цель исследования – создание цифрового двойника станции CIP, способного в реальном времени формировать оптимальный по ресурсопотреблению профиль режимов – с учетом расхода, температуры и времени – и обеспечивать его прямое исполнение в среде промышленной SCADA. В основе решения лежит математическая модель, включающая сопряженную систему неявных разностных уравнений, описывающих процессы тепло- и массообмена, а также гидравлический баланс трубопроводной сети.
Методы. Оптимизация осуществляется на базе итерационного алгоритма динамического программирования, который минимизирует совокупные затраты пара, электроэнергии и химических реагентов при соблюдении гигиенических норм остаточного загрязнения.
Результаты. Для обеспечения совместимости с промышленной SCADA-средой реализована автогенерация кода в формате S-функции для переноса модели из MATLAB/Simulink без необходимости дополнительной адаптации. Проверка решения в реальных условиях была проведена на пилотной линии с производительностью 60 000 бутылок в час. В течение 30 последовательных суточных циклов цифровой двойник показал стабильность и высокую точность, отклонения от логов SCADA-системы не превышали 0,4$^\circ$ C по температуре и 1,2 % по расходу раствора.
Выводы. Внедрение оптимизированных профилей позволило сократить длительность полного цикла CIP на 10–15 %, а потребление щелочи и пара снизить в среднем на 20 % при сохранении микробиологической чистоты оборудования. Полученные результаты подтверждают не только техническую реализуемость предлагаемого подхода, но и его экономическую целесообразность.

Ключевые слова: динамическое программирование, энергетическая оптимизация, тепло- и массообмен, пивоварение

УДК: 681.512.8

MSC: Primary 93A30; Secondary 68U20

Поступила в редакцию: 09.06.2025
Исправленный вариант: 15.06.2025
Принята в печать: 11.07.2025

DOI: 10.35330/1991-6639-2025-27-4-11-23

Реферативные базы данных:

•