spfpХранение и переработка сельхозсырьяStorage and Processing of Farm Products2072-96692658-767XРОСБИОТЕХ10.36107/spfp.2024.1.415spfp-415Research ArticleТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕTECHNOLOGICAL PROCESSES, MACHINES AND EQUIPMENTВведение алгоритма диагностики аварийных ситуаций в систему автоматизированного управления процессом стерилизации консервовIntroduction of Algorithm for Diagnostics of Emergency Situations in the System of Automated Control of the Canned Sterilization Processhttps://orcid.org/0000-0002-6319-9809МокрушинСергей АлександровичMokrushinSergey A.mokrushin@mgupp.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7862-680XБлаговещенскийИван ГермановичBlagoveshchenskiyIvan G.igblagov@mgupp.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1807-0405БлаговещенскаяМаргарита МихайловнаBlagoveshchenskayaMargarita M.mmb@mgupp.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5372-3139ОхапкинСергей ИвановичOkhapkinSergey I.ohapkin_s@mail.ruБлаговещенскийВладислав ГермановичBlagoveshchenskyVladislav G.bvg1996@mail.ruРоссийский биотехнологический университетРоссияRussian Biotechnological UniversityRussian FederationВятский государственный университетРоссияVyatka State UniversityRussian FederationМИРЭА - Российский технологический университетРоссияMIREA - Russian Technological UniversityRussian Federation202402052024321144161Copyright © Мокрушин С.А., Благовещенский И.Г., Благовещенская М.М., Охапкин С.И., Благовещенский В.Г., 20242024Мокрушин С.А., Благовещенский И.Г., Благовещенская М.М., Охапкин С.И., Благовещенский В.Г.Mokrushin S.A., Blagoveshchenskiy I.G., Blagoveshchenskaya M.M., Okhapkin S.I., Blagoveshchensky V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.spfp-mgupp.ru/jour/article/view/415Введение

Введение: Несмотря на многочисленность, разнообразие и оригинальность принятых решений при реализации систем автоматизированного управления процессом тепловой обработки консервов в стерилизаторах периодического действия, в них отсутствует проработанная система диагностики и предотвращения аварийных ситуаций, отвечающая всем требованиям производственного процесса, что делает задачу ее создания актуальной. 

Цель

Цель: В статье предлагается создать алгоритм управления, наибольшим образом удовлетворяющий сразу всем техническим критериям, предъявляемым к системе автоматизации процесса стерилизации консервов в промышленном автоклаве и имеющий все необходимые защиты и блокировки для безаварийной работы системы управления. 

Материалы и методы

Материалы и методы: В статье предложена структура системы автоматизированного управления, позволяющая полностью реализовать предлагаемый алгоритм. 

Результаты

Результаты: Предложенный алгоритм работы и разработанная структура системы управления, обеспечивают точный и безаварийный режим работы установки. Учёт в алгоритме работы возможностей возникновения аварийных ситуаций обеспечивает снижение доли брака готовой продукции, что подтверждено производственными испытаниями. 

Выводы

Выводы: Предлагаемый подход диагностики аварийных ситуаций может эффективно использоваться при проектировании систем управления аппаратов, реализующих аналогичные технологии обработки продукта, а также в компьютерных тренажерных комплексах для обучения персонала пищевых производств диагностике и устранению аварийных ситуаций.

Despite the number, variety and originality of the decisions taken in the implementation of automatic control systems for the process of heat treatment of canned food in batch sterilizers, they do not have a well-developed system for diagnosing and preventing accidents that meets all the requirements of the production process, which makes the task of creating it relevant. The article proposes a control algorithm that best meets all the technical criteria for the automation of the canned food sterilization process in an industrial autoclave and has all the necessary protections and locks for trouble-free operation of the control system. The article suggests the structure of the automated control system, which allows to fully implement the proposed algorithm. The proposed algorithm of operation and the developed structure of the control system ensure accurate and trouble-free operation of the installation. Taking into account the possibility of accidents in the algorithm of operation ensures a reduction in the share of defective finished products, which is confirmed by production tests. The proposed approach to emergency diagnostics can be effectively used in the design of control systems for devices that implement similar product processing technologies.

процесс стерилизации консервовсистема автоматизированного управленияалгоритм диагностики аварийных ситуацийотклонение параметровобрыв датчиканарушение герметичностинадежность системы управленияautomationalgorithmaccidentdiagnosticsautoclavesystemsterilizationReferencesАхмедов, М.Э. (2011). Разработка и создание новых ресурсосберегающих способов консервирования и эффективных устройств и аппаратов для тепловой стерилизации консервов [дис. д-ра техн. наук: 05.18.12]. Махачкала: Дагестанский государственный технический университет.Ахмедов, М.Э. (2011). Разработка и создание новых ресурсосберегающих способов консервирования и эффективных устройств и аппаратов для тепловой стерилизации консервов [дис. д-ра техн. наук: 05.18.12]. Махачкала: Дагестанский государственный технический университет.Бабарин, В.П. (1994). Тепловая стерилизация плодоовощных консервов (теория и практика) [дис. д-ра техн. наук]. Москва: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощной промышленности.Бабарин, В.П. (1994). Тепловая стерилизация плодоовощных консервов (теория и практика) [дис. д-ра техн. наук]. Москва: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощной промышленности.Власов А.В. (2010). Повышение эффективности стерилизации консервов паром в автоклавах [дис. канд. техн. наук]. Мурманск: Мурманский государственный технический университет.Власов А.В. (2010). Повышение эффективности стерилизации консервов паром в автоклавах [дис. канд. техн. наук]. Мурманск: Мурманский государственный технический университет.Выскубов Е.В. (1996). Разработка микропроцессорных систем управления периодическими процессами тепловой обработки пищевых продуктов (на примере САУ стерилизации консервов) [дис. канд. техн. наук]. Краснода: Кубанский государственный технологический университет.Выскубов Е.В. (1996). Разработка микропроцессорных систем управления периодическими процессами тепловой обработки пищевых продуктов (на примере САУ стерилизации консервов) [дис. канд. техн. наук]. Краснода: Кубанский государственный технологический университет.Кайченов, А.В. (2011). Разработка и исследование модернизированного способа стерилизации консервов из гидробионтов [дис. канд. техн. наук]. Мурманск: Мурманский государственный технический университет.Кайченов, А.В. (2011). Разработка и исследование модернизированного способа стерилизации консервов из гидробионтов [дис. канд. техн. наук]. Мурманск: Мурманский государственный технический университет.Мокрушин, С.А. (2019). Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве [дис. канд. техн. наук]. Москва: Московский государственный университет пищевых производств.Мокрушин, С.А. (2019). Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве [дис. канд. техн. наук]. Москва: Московский государственный университет пищевых производств.Abid, A., Khan, M.T. & Iqbal, J. (2021) A review on fault detection and diagnosis techniques: basics and beyond. Artif Intell Rev, 54, 3639–3664. https://doi.org/10.1007/s10462-020-09934-2Abid, A., Khan, M.T. & Iqbal, J. (2021) A review on fault detection and diagnosis techniques: basics and beyond. Artif Intell Rev, 54, 3639–3664. https://doi.org/10.1007/s10462-020-09934-2Farid, M., & Ghani, A. G. A. (2004). A new computational technique for the estimation of sterilization time in canned food. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 43(4), 523-531. https://doi.org/10.1016/j.cep.2003.08.007Farid, M., & Ghani, A. G. A. (2004). A new computational technique for the estimation of sterilization time in canned food. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 43(4), 523-531. https://doi.org/10.1016/j.cep.2003.08.007Ghani, A. G. A., Farid, M. M., Chen, X. D. & Richards, P. (2001). Thermal sterilization of canned food in a 3-D pouch using computational fluid dynamics. Journal of Food Engineering, 48(2), 147-156. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(00)00150-3Ghani, A. G. A., Farid, M. M., Chen, X. D. & Richards, P. (2001). Thermal sterilization of canned food in a 3-D pouch using computational fluid dynamics. Journal of Food Engineering, 48(2), 147-156. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(00)00150-3Gonçalves, E. C., Minim, L. A., Coimbra, J. S. R. & Minim, V. P. R.. (2005). Modeling sterilization process of canned foods using artificial neural networks. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 44(12), 1269-1276. https://doi.org/10.1016/j.cep.2005.04.001Gonçalves, E. C., Minim, L. A., Coimbra, J. S. R. & Minim, V. P. R.. (2005). Modeling sterilization process of canned foods using artificial neural networks. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 44(12), 1269-1276. https://doi.org/10.1016/j.cep.2005.04.001Kaychenov, A., Vlasov, A., Maslov, A., Selyakov, I., & Glukhikh, Y. (2020). Development of an Autoclave Thermal Processes Model for the Simulator of Canned Food Sterilization Process. KnE Life Sciences, 437-449. https://doi.org/10.18502/kls.v5i1.6103Kaychenov, A., Vlasov, A., Maslov, A., Selyakov, I., & Glukhikh, Y. (2020). Development of an Autoclave Thermal Processes Model for the Simulator of Canned Food Sterilization Process. KnE Life Sciences, 437-449. https://doi.org/10.18502/kls.v5i1.6103Kovalev, I., Kovalev, D., Testoyedov, N., Voroshilova, A., & Bartenev, V. (2021). An approach to reducing the probabilities of dangerous failures in production control systems. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2402, No. 1). AIP Publishing. https://doi.org/10.1063/5.0071400Kovalev, I., Kovalev, D., Testoyedov, N., Voroshilova, A., & Bartenev, V. (2021). An approach to reducing the probabilities of dangerous failures in production control systems. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2402, No. 1). AIP Publishing. https://doi.org/10.1063/5.0071400Llave, Y. A., Hagiwara, T., & Sakiyama, T. (2012). Artificial neural network model for prediction of cold spot temperature in retort sterilization of starch-based foods. Journal of Food Engineering, 109(3), 553-560. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.10.024Llave, Y. A., Hagiwara, T., & Sakiyama, T. (2012). Artificial neural network model for prediction of cold spot temperature in retort sterilization of starch-based foods. Journal of Food Engineering, 109(3), 553-560. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.10.024Miri, T., Tsoukalas, A., Bakalis, S., Pistikopoulos, E. N., Rustem, B. & Fryer, P. J. (2008). Global optimization of process conditions in batch thermal sterilization of food. Journal of Food Engineering, 87(4), 485-494. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.12.032Miri, T., Tsoukalas, A., Bakalis, S., Pistikopoulos, E. N., Rustem, B. & Fryer, P. J. (2008). Global optimization of process conditions in batch thermal sterilization of food. Journal of Food Engineering, 87(4), 485-494. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.12.032Park, Y. J., Fan, S. K. S., & Hsu, C. Y. (2020). A review on fault detection and process diagnostics in industrial processes. Processes, 8(9), 1123. https://doi.org/10.3390/pr8091123Park, Y. J., Fan, S. K. S., & Hsu, C. Y. (2020). A review on fault detection and process diagnostics in industrial processes. Processes, 8(9), 1123. https://doi.org/10.3390/pr8091123Pitarch, J. L., Vilas, C., de Prada, C., Palacín, C. G., & Alonso, A. A. (2021). Optimal operation of thermal processing of canned tuna under product variability. Journal of Food Engineering, 304, 110594. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110594Pitarch, J. L., Vilas, C., de Prada, C., Palacín, C. G., & Alonso, A. A. (2021). Optimal operation of thermal processing of canned tuna under product variability. Journal of Food Engineering, 304, 110594. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110594Shahsavand, A., & Nozari, Y. (2009). Simulation of a continuous thermal sterilization process in the presence of solid particles. Scientia Iranica. Transaction C, Chemistry, Chemical Engineering, 16(1), 29.Shahsavand, A., & Nozari, Y. (2009). Simulation of a continuous thermal sterilization process in the presence of solid particles. Scientia Iranica. Transaction C, Chemistry, Chemical Engineering, 16(1), 29.Silva, C. Hendrickx, M., Oliveira, F. & Tobback, P. (1992). Optimal sterilization temperatures for conduction heating foods considering finite surface heat transfer coefficients. Journal of Food Science, 57(3), 743-748. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1992.tb08086.xSilva, C. Hendrickx, M., Oliveira, F. & Tobback, P. (1992). Optimal sterilization temperatures for conduction heating foods considering finite surface heat transfer coefficients. Journal of Food Science, 57(3), 743-748. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1992.tb08086.xSiriwattanayotin, S., Yoovidhya, T., Meepadung, T. & Ruenglertpanyakul, W. (2006). Simulation of sterilization of canned liquid food using sucrose degradation as an indicator. Journal of Food Engineering, 73(4), 307-312. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.08.008Siriwattanayotin, S., Yoovidhya, T., Meepadung, T. & Ruenglertpanyakul, W. (2006). Simulation of sterilization of canned liquid food using sucrose degradation as an indicator. Journal of Food Engineering, 73(4), 307-312. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.08.008Szpicer, A., Bińkowska, W., Wojtasik-Kalinowska, I., Salih, S. M., & Półtorak, A. (2023). Application of computational fluid dynamics simulations in food industry. European Food Research and Technology, 249(6), 1411-1430. https://doi.org/10.1007/s00217-023-04231-ySzpicer, A., Bińkowska, W., Wojtasik-Kalinowska, I., Salih, S. M., & Półtorak, A. (2023). Application of computational fluid dynamics simulations in food industry. European Food Research and Technology, 249(6), 1411-1430. https://doi.org/10.1007/s00217-023-04231-yZhuk, A., Stolyanov, A., Kaychenov, A., Kuranova, L., & Grokhovsky, V. (2021). Software for calculating the actual lethality of canned food heat treatment processes: development and application. In E3S Web of Conferences (Vol. 273, p. 13002). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202127313002Zhuk, A., Stolyanov, A., Kaychenov, A., Kuranova, L., & Grokhovsky, V. (2021). Software for calculating the actual lethality of canned food heat treatment processes: development and application. In E3S Web of Conferences (Vol. 273, p. 13002). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202127313002

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