AUTOMATION OF AGRICULTURAL PRODUCTS REFINING PROCESSES ON THE EXAMPLE OF BREWING

Автоматизация и цифровизация технологических процессов на производстве позволяет не только упростить обслуживание оборудования и удешевить продукцию, а также управлять различными технологическими процессами, исключая нарушения технологического цикла, повысить входной и выходной контроль качества. В дополнение, цифровизация производства позволит создать информационную систему, которая будет способствовать отслеживанию конечным пользователем получения готового продукта от «поля» до «стола» [1], [2]. Автоматизированная система управления технологическим процессом пивоваренного производства кроме, всего прочего, эффективно решает задачу по повышению рентабельности и конкурентоспособности предприятия. В дополнение к этому, Федеральный закон от 22.11.1995 № 171-ФЗ, который регулирует процесс производства и учета пива и пивных напитков, требует от производителей использовать технологическое оборудование оснащенное автоматическими средствами измерения и вести учет объема готовой продукции. Все это приводит к необходимости разрабатывать и внедрять в эксплуатацию автоматизированную линию розлива готового продукта. Управляющие пивоваренными заводами, которые полностью автоматизировали производство пенного напитка, отмечают, что выполненная модернизация производственной линии дает экономическую выгоду предприятию за счет повышения параметров оптимизации технологических процессов, а именно:

· уменьшения количества аварий, поломок и простоев оборудования;

· поддержания параметров производственного процесса в требуемых диапазонах, что кроме того обеспечивает качество выпускаемой продукции;

· сокращения расходов на различные операции в процессе изготовления продукта как внутри цехов, так и общезаводских;

· повышения производительности труда;

· уменьшения себестоимости продукции;

· улучшение качества и стабильность вкусовых свойств готового напитка;

· уменьшение временных затрат на различные этапы производства и приготовление продукта.

В настоящий момент пивоварение в России является одной из наиболее быстро развивающихся отраслей пищевой перерабатывающей промышленности. Вот какие варианты пивоваренного производства в виде готовой продукции предложены потребителям: пиво темных и светлых сортов, нефильтрованное и фильтрованное пиво, безалкогольное и алкогольное. Происходят изменения также и в сфере продаж алкогольных напитков, и пиво не является исключением. Так, происходит внедрение единой государственной автоматизированной информационной системы (ЕГАИС), увеличиваются ставки акциза, имеется запрет на ночную продажу. Все это приводит к увеличению издержек производителей алкогольной продукции и, как следствие, к снижению объемов производства и уменьшению доли экспорта российского пива и увеличению розничной стоимости алкоголя. Кроме того, увеличение контроля со стороны государства за производством пива, и повышение требований к качеству напитка, приводит к необходимости выполнять оптимизацию производственного цикла и определять возможные резервы, за счет которых можно повысить эффективность деятельности заводов. Одним из способов решить большую часть вызванных этими изменениями производственных задач и увеличить производственно-экономические характеристики предприятия является использование различных способов автоматизации имеющихся технологических процессов на различных этапах производства пива совместно с построением мощной аналитической системы, позволяющей производить оптимизацию общего технологического процесса производства и отдельных его частей, уменьшение себестоимости продукции и создание базы данных общего пользования, содержащей информацию о всех этапах производства товара, включая происхождение сырья.

Процесс приготовления пива, в соответствии с ГОСТ 31711-2012, состоит из четко определенной последовательности связанных технологических стадий [4]. Потребительские свойства, качество и безопасность готовой продукции, его сохранность существенным образом зависят от качества исходного сырья, точности поддержания параметров технологических процессов и соблюдения норм, уровня технологии производства. Для производства пива используют следующие виды сырья – вода, ячмень, дрожжи и хмель. На рис. 1 показана модель производственных процессов пивоваренного завода [4].

Рисунок 1 - Схема процесса пивоварения [4]:

1 – получение солода из ячменя (соложение); 2 – очистка солода и дробление; 3 – подготовка воды; 4 – затирание или перемешивание помола и воды; 5 – фильтрация затора; 6 – кипячение сусла; 7 – отделение взвесей горячего сусла; 8 – охлаждение; 9 – брожение и созревание напитка; 10 – фильтрация и обработка; 11 – розлив готового напитка

DOI:10.23670/IRJ.2022.122.112.1

Основные компоненты, используемые при производстве пива, придают напитку специфический горький вкус, биологическую стойкость, ароматические и пенистые свойства. Указанный выше ГОСТ устанавливает определенные требования к каждому ингредиенту, предназначенному для изготовления пива. Типовая технология производства пива содержит этапы, представленные на рисунке.

Автоматизация процесса пивоварения позволяет создать гибкий технологический процесс пивоварения: контролировать и управлять параметрами, от которых зависит качество готового напитка, его стоимость. Кроме того, автоматизация процесса приготовления напитка позволит автоматически наполнять информационную систему данными о параметрах процесса, что позволит упростить наполнение информационной системы для конечного потребителя.

Применение современной системы автоматизации позволяет осуществить процесс производства пенного напитка на качественно новом уровне и получить более высокие производственно-экономические показатели [5], [6]. Автоматизированная система управления технологическим производством готовой продукции на всех этапах обработки сырья позволяет исключать влияние различных субъективных факторов, снижающих надежность и безопасность производственного процесса. Автоматизация основных и вспомогательных операций производственного цикла также может гарантировать отсутствие случайных ошибок персонала, снижать производственные потери и сбои в работе оборудования по вине работников, небрежность участников производства. Таким образом, снижается трудоемкость выпуска продукции, уменьшаются расходы на заработную плату, исчезают потери рабочего времени, увеличивается объем производства пивоваренного завода.

Практически все процессы, показанные на рис. 1, могут быть объектами автоматизированной системы управления. При этом, возможно автоматизировать как часть всего процесса пивоварения (отдельные компоненты производства), так и весь производственный цикл. В последнем случае стоимость автоматизации будет самая высокая, одновременно с этим получим максимальный производственно-экономический эффект.

Современная «умная» автоматизация для пивоваренной промышленности должна учитывать как особенности технологии и процессы приготовления пенного напитка, так и специфику отрасли. Кроме того, для нужд цифровизации и дальнейшего использования данных в оптимизации процессов пивоварения [6], [7], система автоматизации должна обеспечивать автоматический сбор параметров производственного процесса и хранение их в доступном виде. Последующий анализ с применением систем искусственного интеллекта позволит оптимизировать технологический процесс с целью повышения качества продукции, расширения номенклатуры выпускаемых сортов пива и уменьшения затрат на производство.

Автоматизация любого производственного процесса, а пивоварение не является исключением, означает экономию ресурсов, необходимых для выпуска продукции без снижения его качества. Комплексная автоматизация пивоваренного завода включает все процессы: от приемки солода и других ингредиентов до розлива напитка с производственно-технологической точки зрения, а также формирование базы данных с результатами выполнения технологических процессов с различными параметрами. Это позволит формировать отчеты о производстве и также делать прогноз объема выпускаемой продукции, его качества с учетом имеющихся ресурсов (сырья, энергозатрат и т.д.), что необходимо для грамотного планирования производства и ведения бизнеса.

При таком подходе должны автоматизироваться целые производственные линии. Дополнительно в функции системы включают управление отдельными производственными участками и технологическими процессами, например: управление охладительными установками и вентиляционным оборудованием, управление водоснабжением, розливом и т.д. Кроме того, система должна обеспечивать возможность дистанционного управления процессом пивоварения, обеспечивать выгрузку производственных отчетов, анализировать всю поступающую информацию о технологических процессах. За счет внедрения автоматизированной системы управления технологическим процессом пивоварни обеспечивается рост производительности и эффективности, сокращаются эксплуатационные расходы, повышается стабильность показателей качества.

Выделим основные функции автоматизированной системы управления технологическим процессом пивного завода [8]:

· поддержание основных технологических параметров в заданных пределах (температура, влажность, содержания углекислого газа и т.д.);

· контроль качества на всех этапах: от поступления сырья до линии разлива;

· предаварийная сигнализация и автоматическая остановка производства в случае несоблюдения каких-либо параметров или сбоев;

· дистанционное управление технологическим оборудованием;

· визуализация состояния технологических установок и оборудования;

хранение и обработка информации, формирование отчетов и прогнозов, передача информации о процессе производства в информационную систему общего пользования [9], [10].

Комплексную автоматизацию пивоваренного процесса можно выполнить с использованием импортных программно-логических модулей, сопрягая их с датчиками и исполнительными механизмами. При этом каждый производственный этап потребует своего программно-логического контроллера, функционирующего совместно со своей системой датчиков и исполнительных устройств. Вся информация от разных программно-логических контроллеров будет объединяться на выделенном сервере, который будет ее накапливать для дальнейшего анализа и оптимизации параметров технологического процесса и уменьшения издержек при получении конечного результата.

Современные реалии все чаще приводят к необходимости использовать отечественные разработки в области автоматизированных систем управления технологическим процессом, что приводит к необходимости разрабатывать как аналоги имеющихся импортных программно-логических контроллеров, так и совершенно уникальные программно-аппаратные комплексы, позволяющие внедрять автоматизацию в различные отрасли народного хозяйства, включая и процесс пивоварения.

Так, например, в качестве управляющего центра, обслуживающего сеть распределенных датчиков и сеть исполнительных устройств (а в этом случае можно использовать один такой центр на всю производственную линию), можно использовать обычный компьютер, к которому по доступным интерфейсам подключается контроллер шины датчиков и шины исполнительных устройств. Это могут быть и разные интерфейсы, а может быть и единый интерфейс [11], [12], [13]. Для снижения энергопотребления автоматизированной системы управления технологическим процессом вместо обычного компьютера можно использовать современный микроконтроллер, позволяющий при программировании реализовать функционирование операционной системы реального времени.

Таким образом, автоматизация и цифровизация производственного процесса, на примере пивоварения, является достаточно простой задачей проектирования и разработки автоматизированной системы управления технологическим процессом с применением современных электронных комплектующих, обеспечивая успешное развитие предприятия и оптимальное вхождение в цифровую экономику Российской Федерации.