Цифровой двойник SCADA-интегрированной станции CIP-мойки

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 °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.