vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2025-1-15-21vguit-3594Research ArticleПищевые системыFood systemsМодернизация цифровой системы управления процессом пастеризации пиваModernization of the digital control system for the beer pasteurization processhttps://orcid.org/0000-0001-7768-8550АлексеевМ. В.AlekseevM. V.

к.т.н., доцент, кафедра автоматизированных систем управления процессами и производствами, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Engin.), assistant professor, Department of Automated Control Systems for Processes and Productions, Revolution Av., 19, Voronezh, 394036, Russia

mwa1976@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6237-0881КудряшовВ. С.KudryashovV. S.

д.т.н., профессор, кафедра автоматизированных систем управления процессами и производствами, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, Department of Automated Control Systems for Processes and Productions, Revolution Av., 19, Voronezh, 394036, Russia

kudryashovvs@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2528-0905АвциновИ. А.AvtsinovI. A.

д.т.н., профессор, кафедра автоматизированных систем управления процессами и производствами, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, Department of Automated Control Systems for Processes and Productions, Revolution Av., 19, Voronezh, 394036, Russia

igor.awtzinov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0132-4563ГавриловА. Н.GavrilovA. N.

д.т.н., профессор, кафедра автоматизированных систем управления процессами и производствами, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, Department of Automated Control Systems for Processes and Productions, Revolution Av., 19, Voronezh, 394036, Russia

ganivrn@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6034-9672ИвановА. В.IvanovA. V.

к.т.н., доцент, кафедра автоматизированных систем управления процессами и производствами, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Engin.), assistant professor, Department of Automated Control Systems for Processes and Productions, Revolution Av., 19, Voronezh, 394036, Russia

andrious@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1508-9875КозенкоИ. А.KozenkoI. A.

к.т.н., доцент, кафедра автоматизированных систем управления процессами и производствами, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Engin.), assistant professor, Department of Automated Control Systems for Processes and Productions, Revolution Av., 19, Voronezh, 394036, Russia

kosenko211986@mail.ruУстиненокИ. А.UstinenokI. A.ustinenok00@mail.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийVoronezh State University of Engineering TechnologiesООО «Пивоваренная компания «Балтика» – «Воронежский пивзавод»LLC «Baltika Brewing Company» - «Voronezh Brewery»2025030620258711521Copyright © Алексеев М.В., Кудряшов В.С., Авцинов И.А., Гаврилов А.Н., Иванов А.В., Козенко И.А., Устиненок И.А., 20252025Алексеев М.В., Кудряшов В.С., Авцинов И.А., Гаврилов А.Н., Иванов А.В., Козенко И.А., Устиненок И.А.Alekseev M.V., Kudryashov V.S., Avtsinov I.A., Gavrilov A.N., Ivanov A.V., Kozenko I.A., Ustinenok I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3594

Статья посвящена решению задач автоматизации пастеризатора в ООО «Пивоваренная компания «Балтика» - «Воронежский пивзавод» для повышения качества управления. Разработана структура системы управления на базе контроллера SIEMENS S7-400, модулей ввода/вывода SM321, SM331, SM322, SM332 и сенсорной панели IEI PPC-5190A. На оборудовании размещены средства локальной автоматизации: датчики температуры SENSYCON PT100; датчики давления Endress+Hauser Cerabar S PMC631, Aplysens 0…10 bar; электромагнитные расходомеры Endress+Hauser; кислородомер HAFFMANS-PENTAIR; кондуктометр Enress+Hauser CLD134-PLC148AB2; клапаны SPIRAX SARCO. Выполнена настройка частотного преобразователя DANFOSS 131B2132 FC-302 для управления насосом для получения возможности работы с малыми потоками пива. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для управляющего контроллера SIEMENS S7-400 (среда Step7) и сенсорной панели IEI PPC-5190A (среда WinCC). Для управления процессом пастеризации предложено реализовать схему комбинированного регулирования температуры пива (расходом пара) с компенсацией возмущения по давлению греющего пара в трубопроводе. Для синтеза алгоритма цифрового комбинированного управления проведена идентификация дискретных динамических моделей канала регулирования (“расход греющего пара – температура пива на выходе из секции пастеризации”) и канала возмущения (“давление пара в трубопроводе подачи теплоносителя – температура пива на выходе из секции пастеризации”). Идентификация моделей каналов выполнена по полученным экспериментальным данным на пастеризаторе с помощью метода наименьших квадратов (МНК). Для расчета настроек цифровых ПИД-регулятора и компенсатора по каналам регулирования и возмущения применен численный метод оптимизации (метод покоординатного спуска). Проведены модельные эксперименты, которые показали, что применение данного алгоритма значительно снижает колебание температуры пива при пастеризации. Для синтеза алгоритма применялись авторские программы идентификации дискретных динамических моделей каналов объекта и оптимизации настроек цифровых регуляторов и компенсаторов. Система управления процессом введена в эксплуатацию.

The article is devoted to solving the problems of automation of the pasteurizer in LLC «Baltika Brewing Company» - «Voronezh Brewery» to improve the quality of control. The control system structure was developed based on the SIEMENS S7-400 controller, input/output modules SM321, SM331, SM322, SM332 and IEI PPC-5190A touch panel. The equipment includes local automation tools: SENSYCON PT100 temperature sensors; Endress+Hauser Cerabar S PMC631, Aplysens 0…10 bar pressure sensors; Endress+Hauser electromagnetic flow meters; HAFFMANS-PENTAIR oxygen meter; Enress+Hauser CLD134-PLC148AB2 conductivity meter; SPIRAX SARCO valves. The DANFOSS 131B2132 FC-302 frequency converter was adjusted to control the pump to enable working with small beer flows. Algorithmic and software support for the SIEMENS S7-400 control controller (Step7 environment) and the IEI PPC-5190A touch panel (WinCC environment) has been developed. To control the pasteurization process, it is proposed to implement a scheme for combined beer temperature control (steam flow rate) with disturbance compensation based on the heating steam pressure in the pipeline. To synthesize the algorithm for digital combined control, discrete dynamic models of the control channel (“heating steam flow rate – beer temperature at the pasteurization section outlet”) and the disturbance channel (“steam pressure in the coolant supply pipeline – beer temperature at the pasteurization section outlet”) were identified. The channel models were identified based on the experimental data obtained on the pasteurizer using the least squares method (LSM). A numerical optimization method (coordinate descent method) was used to calculate the settings of the digital PID controller and compensator for the control and disturbance channels. Model experiments were conducted, which showed that the use of this algorithm significantly reduces the fluctuation of beer temperature during pasteurization. To synthesize the algorithm, the author's programs for identifying discrete dynamic models of object channels and optimizing the settings of digital regulators and compensators were used. The process control system was put into operation.

пастеризаторцифровая система управленияуправляющий контроллералгоритм комбинированного регулированияцифровые регуляторы и компенсаторыоптимизациячисленный метод покоординатного спускаpasteurizerdigital control systemcontrol controllercombined control algorithmdigital regulators and compensatorsoptimizationnumerical method of coordinate descentReferencesБелкина Р.И., Губанов В.М., Губанов М.В. Технология производства солода, пива и спирта. Лань, 2021. 104 с.Belkina R.I., Gubanov V.M., Gubanov M.V. Technology of malt, beer and alcohol production. Lan, 2021. 104 p. (in Russian).Жигалова Е. С., Копарулина А. Е. Обзор технологического оборудования для производства светлого пива //Молодежь и наука. Биотехнологии и пищевая промышленность. 2021. С. 55-60.Zhigalova E. S., Kaparulina A. E. Review of technological equipment for the production of light beer //Youth and science. Biotechnologies and the food industry. 2021. pp. 55-60. (in Russian).Лопаева Н. Л. Основы пивоваренного производства //Аграрное образование и наука. 2022. №. 2. С. 7.Lopaeva N. L. Fundamentals of brewing production //Agricultural education and science. 2022. no. 2. pp. 7. (in Russian).Carvalho G. Leite A. C., Leal R., Pereira R. The role of emergent processing technologies in beer production //Beverages. 2023.V. 9. №. 1. P. 7.Carvalho G. Leite A. C., Leal R., Pereira R. The role of emergent processing technologies in beer production // Beverages. 2023.vol. 9. no. 1. pp. 7.Щербина И.И. Разработка системы автоматического управления процессом пастеризации пива // Молодой ученый. 2018. № 26 (212). С. 62–66.Shcherbina I.I. Development of an automatic control system for the beer pasteurization process // Young scientist. 2018. no. 26 (212). pp. 62–66. (in Russian).Муравицкий А. Автоматизация полного цикла пивоварения / Автоматизация и производство. 2022. № 1 (52). С. 20–22.Muravitsky A. Automation of the full cycle of brewing / Automation and production. 2022. no. 1 (52). pp. 20–22. (in Russian).Ogawa M., Henmi Y. Recent Developments on PC+PLC based Control Systems for Beer Brewery Process Automation Applications. International Joint Conference SICE-ICASE. Busan, Korea (South). 2006. P. 1053–1056.Ogawa M., Henmi Y. Recent Developments on PC+PLC based Control Systems for Beer Brewery Process Automation Applications. International Joint Conference SICE-ICASE. Busan, Korea (South). 2006. pp. 1053–1056.Singh P., Pandey V.K., Singh R., Negi P. et al. Substantial Enhancement of Overall Efficiency and Effectiveness of the Pasteurization and Packaging Process Using Artificial Intelligence in the Food Industry // Food and Bioprocess Technology. 2025. V. 18. №. 2. P. 1125–1140. doi:10.1007/s11947-024-03527-5Singh P., Pandey V.K., Singh R., Negi P. et al. Substantial Enhancement of Overall Efficiency and Effectiveness of the Pasteurization and Packaging Process Using Artificial Intelligence in the Food Industry // Food and Bioprocess Technology. 2025. vol. 18. no. 2. pp. 1125–1140. doi:10.1007/s11947-024-03527-5Алексеев М.В., Кудряшов В.С., Устиненок И.А. Автоматизация участка пастеризации в производстве пива. Материалы LXII отчетной науч. конф. преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ за 2023 год. В 3 ч. Ч. 2. Воронеж: ВГУИТ, 2024. С. 58.Alekseev M.V., Kudryashov V.S., Ustinenok I.A. Automation of the pasteurization section in beer production. Proceedings of the LXII reporting scientific. conf. of teachers and research staff of VSUET for 2023. In 3 parts. Part 2. Voronezh: VSUET, 2024. pp. 58. (in Russian).WinCC flexible 2005 Компактная Стандартная Расширенная. Руководство пользователя. Siemens AG, 2005. 146 с.WinCC flexible 2005 CompactStandardExtended. User guide. Siemens AG, 2005. 146 p. (in Russian).Das R., Dutta S., Sarkar A., Samanta K. et al. Automation of tank level using Plc and establishment of Hmi by Scada. IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE) 7.2, 2013. P. 61–67.Das R., Dutta S., Sarkar A., Samanta K. et al. Automation of tank level using Plc and establishment of Hmi by Scada. IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE) 7.2, 2013. pp. 61–67.Программирование с помощью STEP 7 V5.3: Руководство. Siemens AG, 2004. 602 с.Programming with STEP 7 V5.3: Manual. Siemens AG, 2004. 602 p. (in Russian).Zamzow A. TIA Portal V16: Grundkurs. Vogel Communications Group, 2022. 290 p.Zamzow A. TIA Portal V16: Grundkurs. Vogel Communications Group, 2022. 290 p.Hollender M. Collaborative process automation systems. ISA, 2010. 408 p.Hollender M. Collaborative process automation systems. ISA, 2010. 408 p.Kaltjob P.O. Mechatronic Systems and Process Automation: Model-Driven Approach and Practical Design Guidelines. CRC Press, 2018. 467 p.Kaltjob P.O. Mechatronic Systems and Process Automation: Model-Driven Approach and Practical Design Guidelines. CRC Press, 2018. 467 p.Кудряшов В.С., Алексеев М.В., Иванов А.В. Синтез цифровых систем управления технологическими объектами. Воронежский государственный университет инженерных технологий. Воронеж: ВГУИТ, 2024. 455 с.Kudryashov V.S., Alekseev M.V., Ivanov A.V. Synthesis of digital control systems for technological objects // Voronezh: VSUET, 2024. 455 p. (in Russian).Milani E. A., Silva F. V. M. Pasteurization of beer by non-thermal technologies //Frontiers in Food Science and Technology. 2022. V. 1. P. 798676.Milani E. A., Silva F. V. M. Pasteurization of beer by non-thermal technologies // Frontiers in Food Science and Technology. 2022. vol. 1. pp. 798676.Байгузин Т. Р., Девяткина Ю. С., Остапенко А. Е. Pазработка автоматизированной системы управления технологическим процессом пастеризации пива // Научный редактор. 2024. C. 14.Baiguzin T. R., Devyatkina Yu.S., Ostapenko A. E. Development of an automated control system for the technological process of beer pasteurization // Scientific editor. 2024. pp. 14. (in Russian).Filios G., Kyriakopoulos A., Livanios S., Manolopoulos F et al. Data-driven soft sensing towards quality monitoring of industrial pasteurization processes // 2022 18th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS). IEEE, 2022. P. 167-174.Filios G., Kyriakopoulos A., Livanios S., Manolopoulos F et al. Data-driven soft sensing towards quality monitoring of industrial pasteurization processes // 2022 18th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS). IEEE, 2022. pp. 167-174.Jha A., Moses J. A., Anandharamakrishnan C. Optimizing beverage pasteurization using computational fluid dynamics //Preservatives and Preservation Approaches in Beverages. 2019. P. 237-271.Jha A., Moses J. A., Anandharamakrishnan C. Optimizing beverage pasteurization using computational fluid dynamics //Preservatives and Preservation Approaches in Beverages. Academic Press, 2019. pp. 237-271.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.