Автоматизація процесу виготовлення шоколадної плитки у кондитерському виробництві
Автор: Ковалець Анжеліна Михайлівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерно-інтегровані системи керування виробництвами
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Ковалець А.М., Масняк О.Я. (керівник). Автоматизація процесу виготовлення шоколадної плитки у кондитерському виробництві. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Розширена анотація Висока якість кондитерської продукції є запорукою конкурентоспроможності підприємства на сучасному ринку. Шоколад, як продукт зі складною кристалічною структурою, вимагає суворого дотримання технологічних параметрів, особливо температурних режимів на стадії темперування [1]. Традиційні системи керування, побудовані на релейній логіці, не забезпечують необхідної гнучкості та точності регулювання, що призводить до виникнення браку та перевитрат енергоресурсів. На тлі цієї проблеми, актуальним є перехід до комп’ютерно-інтегрованих систем керування, які дозволяють реалізувати складні закони регулювання та забезпечити повну простежуваність технологічного процесу [2]. Відповідно до технічного завдання, система повинна забезпечувати автоматизоване дозування компонентів, контроль рівнів у бункерах, керування процесами змішування та точну стабілізацію температури шоколадної маси. Об’єктом дослідження магістерської кваліфікаційної роботи є технологічний процес виготовлення шоколадної плитки. Предметом дослідження є комп’ютерно-інтегрована система керування процесом, зокрема технічні засоби автоматизації, алгоритмічне та програмне забезпечення. Метою дослідження є підвищення ефективності виробництва шоколадної плитки шляхом розроблення та впровадження автоматизованої системи керування на базі програмованого логічного контролера. У першому розділі магістерської кваліфікаційної роботи проведено аналіз технологічного процесу як об’єкта керування. Описано послідовність операцій від 6 підготовки какао-бобів до формування плиток. Розглянуто теоретичні основи теплових процесів та складено рівняння теплового балансу для темперувальної машини. У другому розділі обґрунтовано технологічні параметри процесу (температура темперування 20–43°C, точність дозування ±1-2%), проаналізовано структурну схему взаємозв’язків між параметрами та розроблено технологічну карту процесу. Третій розділ присвячено технічному обґрунтуванню вибору функціональної схеми автоматизації. Проведено порівняльний аналіз традиційних локальних схем автоматизації та запропонованої комп’ютерно-інтегрованої системи. Визначено, що використання ПЛК дозволяє реалізувати гнучку зміну рецептур та підвищити надійність системи порівняно з релейними схемами [3]. У четвертому розділі здійснено вибір технічних засобів автоматизації. Обґрунтовано використання програмованого логічного контролера Siemens S7- 1200 (CPU 1215C) як ядра системи [4]. Для вимірювання технологічних параметрів обрано радарні рівнеміри SITRANS LR-200, тензометричний давач HBM HLCB1C3 та перетворювач температури SITRANS TF2. Описано схеми електричних з’єднань обраних пристроїв. П’ятий розділ містить опис розробленого програмного забезпечення. У середовищі TIA Portal реалізовано алгоритми керування мовою LAD, зокрема алгоритми дозування та ПІД-регулювання температури з використанням блоку PID_Compact. Розроблено людино-машинний інтерфейс (HMI/SCADA), який включає мнемосхеми процесу, тренди зміни параметрів та журнал аварійних повідомлень. У шостому та восьмому розділах розроблено принципові електричні схеми з’єднань системи керування та наведено повний опис розгорнутої функціональної схеми автоматизації, що охоплює 10 контурів регулювання. Сьомий розділ присвячено моделюванню та оптимізації системи автоматичного керування. У середовищі MATLAB проведено ідентифікацію 7 об’єкта керування як аперіодичної ланки другого порядку із запізненням. Розраховано параметри налаштування ПІД-регулятора, що забезпечують запас стійкості по фазі 65.2° та відсутність перерегулювання. Результати моделювання підтвердили, що динамічна похибка при відпрацюванні температурного профілю не перевищує 1.26°C. Ключові слова: шоколадна маса, темперування, автоматизація, контролер, ПІД-регулятор, SCADA, моделювання. Перелік джерел посилання: 1. Afoakwa E. O. Chocolate Science and Technology. — John Wiley & Sons, 2016. — 526 p. 2. Лукас В. А. Теорія автоматичного керування: підручник. — К.: Лібра, 2005. — 600 с. 3. Berger H. Automating with SIMATIC S7-1200: Configuring, Programming and Testing with STEP 7 Basic. — Publicis Publishing, 2018. — 565 p. 4. SIEMENS. SIMATIC S7-1200 Programmable Controller [Електронний ресурс]. https://www.siemens.com/global/en/products/automation/systems/industrial/plc/si matic-s7-1200.html 5. Debaste F. et al. Contribution to the modelling of chocolate tempering process // Journal of Food Engineering. — 2008. — Vol. 88. — P. 568-575.