АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ЖУВАЛЬНОЇ ГУМКИ

Анотація

Мета. Метою дослідження є розробка, моделювання та оцінка комплексного рішення з автоматизації процесу виробництва жувальної гумки з використанням архітектури розподіленої системи управління на платформі Siemens SIMATIC PCS 7. Дослідження спрямоване на усунення ключових недоліків традиційного виробництва – варіативності між партіями, низької точності дозування та недостатньої простежуваності процесу.

Методика. У роботі застосовано системно-інженерний підхід до аналізу та автоматизації технологічного процесу виробництва жувальної гумки. Процес декомпозовано на п’ять ключових операцій: транспортування порошків, дозування рідин, високоінтенсивне змішування, охолодження та екструзія. Для кожної операції визначено вхідні, регульовані та вихідні змінні. Архітектуру системи управління розроблено на базі Siemens SIMATIC PCS 7, що інтегрує програмовані логічні контролери для управління обладнанням у реальному часі та SCADA-систему для візуалізації процесу, управління рецептами та реєстрації даних. Валідацію логіки управління та оптимізацію часу циклу проводили в середовищі MATLAB Simulink шляхом моделювання матеріальних потоків, теплової динаміки змішувача та поведінки датчиків і виконавчих механізмів.

Результати. Розроблена автоматизована система продемонструвала теоретичне зниження похибки дозування до ±0,2% для макроінгредієнтів і ±0,5% для мікроінгредієнтів, що відповідає скороченню похибок на 90-97% порівняно з ручними методами. Коефіцієнт варіації критичних показників продукту знижується з 8–15% (при ручному виробництві) до прогнозованих 3-5%. Триетапна адаптивна стратегія змішування на основі моніторингу крутного моменту скорочує тривалість змішування на 15–20%, а паралельне дозування під управлінням ПЛК – тривалість фази дозування на ~40%. Загальний час циклу партії скорочується на 20–25%. SCADA-інтерфейс забезпечує повну електронну простежуваність із записом усіх параметрів процесу з частотою 1 вимірювання за секунду. Час переналагодження на новий рецепт скорочується з 30–60 хв до 5–10 хв завдяки меню вибору рецептів.

Наукова новизна. Розроблено та валідовано засобами комп’ютерного моделювання інтегровану архітектуру автоматизованої системи управління повним циклом виробництва жувальної гумки, що охоплює всі стадії – від приймання сировини до екструзії. Запропоновано адаптивний алгоритм управління змішуванням на основі зворотного зв’язку за крутним моментом, який забезпечує досягнення цільового реологічного стану незалежно від варіацій властивостей сировини.

Практична значимість. Запропонована модель автоматизації надає масштабовану основу для виробників кондитерських виробів, придатну як для модернізації наявних ліній, так і для проектування нових потужностей. Впровадження системи забезпечує підвищення якості продукції, скорочення операційних витрат, покращення гнучкості виробництва та відповідність вимогам HACCP і GMP завдяки автоматичному веденню електронних записів партій. Система відповідає стандарту ANSI/ISA-88.00.01-2010 і може бути розширена за рахунок інтеграції технологій машинного навчання для предиктивного управління та технічного обслуговування.