Цифровой двойник SCADA-интегрированной станции CIP-мойки

В. С. Артемьев

---

Аннотация. В условиях ужесточения санитарных требований и постоянного роста цен на энерго- и водоресурсы процессы CIP-очистки становятся все более значимыми с точки зрения затрат пивоваренного предприятия. Оптимизация традиционными методами затруднена, процессы нелинейны, зависят от состава производимого продукта и требуют строгого соблюдения условий безопасности, особенно при работе со стеклянной тарой. С учетом этих факторов была сформулирована задача разработки комплексного цифрового решения, позволяющего управлять CIP-процессом более эффективно.
Цель исследования – создание цифрового двойника станции CIP, способного в реальном времени формировать оптимальный по ресурсопотреблению профиль режимов – с учетом расхода, температуры и времени – и обеспечивать его прямое исполнение в среде промышленной SCADA. В основе решения лежит математическая модель, включающая сопряженную систему неявных разностных уравнений, описывающих процессы тепло- и массообмена, а также гидравлический баланс трубопроводной сети.
Методы. Оптимизация осуществляется на базе итерационного алгоритма динамического программирования, который минимизирует совокупные затраты пара, электроэнергии и химических реагентов при соблюдении гигиенических норм остаточного загрязнения.
Результаты. Для обеспечения совместимости с промышленной SCADA-средой реализована автогенерация кода в формате S-функции для переноса модели из MATLAB/Simulink без необходимости дополнительной адаптации. Проверка решения в реальных условиях была проведена на пилотной линии с производительностью 60 000 бутылок в час. В течение 30 последовательных суточных циклов цифровой двойник показал стабильность и высокую точность, отклонения от
логов SCADA-системы не превышали 0,4 °C по температуре и 1,2 % по расходу раствора.
Выводы. Внедрение оптимизированных профилей позволило сократить длительность полного цикла CIP на 10–15 %, а потребление щелочи и пара снизить в среднем на 20 % при сохранении микробиологической чистоты оборудования. Полученные результаты подтверждают не только техническую реализуемость предлагаемого подхода, но и его экономическую целесообразность.

Ключевые слова: динамическое программирование, энергетическая оптимизация, тепло- и массообмен, пивоварение

Для цитирования. Артемьев В. С. Цифровой двойник SCADA-интегрированной станции CIP-мойки // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2025. Т. 27. № 4. С. 11–23. DOI: 10.35330/1991-6639-2025-27-4-11-23

Список литературы

1. Агеев О. В., Лизоркина О. А., Самойлова Н. В. Анализ методологических принципов
   моделирования гибких пищевых систем // Вестник науки и образования Северо-Запада
   России. 2023. Т. 9. № 2. С. 7–24. EDN: AFAIUD
   AUTOMATION AND CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES AND PRODUCTIONS
   22 News of the Kabardino-Balkarian Scientific Center of RAS Vol. 27 No. 4 2025
2. Фролочкин А. Правила подбора моющих средств для предприятий, работающих с
   водой разной жесткости // Переработка молока. 2024. № 8(298). С. 50–51. EDN: MWFAVA
3. Аксенов М. М., Дубровская О. В. Обработка осадков, образующихся в процессе
   «сухого» охмеления, с помощью центробежного оборудования // Пиво и напитки. 2021. № 3.
   С. 44–46. EDN: VKDONC
4. Тукташева Е. Ю. Исследование эффективности предварительной реагентной
   обработки сточных вод пивоваренных заводов // Градостроительство и архитектура. 2021.
   Т. 11. № 3(44). С. 56–61. DOI: 10.17673/Vestnik.2021.03.09
5. Аксенов М. М., Дубровская О. В. Осветление пива с помощью современных
   центробежных сепараторов // Пиво и напитки. 2020. № 3. С. 74–75. EDN: GOHDAV
6. Сергиенко О. И. Переход на наилучшие доступные технологии как источник
   инноваций и способ организации ресурсоэффективного производства // Эффективность
   экономики, экологические инновации, климатическая и энергетическая политика: Сборник
   статей по результатам международного научно-исследовательского семинара. Санкт-
   Петербург: Скифия-принт, 2016. С. 170–178.
7. Старостин А. С., Артемьев В. С. Спектральный анализ в автоматизированных
   информационных системах // Computational Nanotechnology. 2025. Т. 12. № 1. С. 69–78.
   DOI: 10.33693/2313-223X-2025-12-1-69-78
8. Григорьев А. О., Мокрова Н. В., Артемьев В. С. Методы статистического анализа для
   диагностики состояния электрооборудования в агропромышленном комплексе // Вестник
   Чувашского государственного аграрного университета. 2025. № 1(32). С. 185–193.
   DOI: 10.48612/vch/k3rd-8hk2-74nz
9. Афанасьев С. Н., Пахомов А. Н. Токоограничение в системе электропривода постоянного
   тока с модальным управлением и переменной структурой // Известия высших учебных
   заведений. Электромеханика. 2022. Т. 65. № 4. С. 58–63. DOI: 10.17213/0136-3360-2022-4-58-63

Информация об авторе

Артемьев Виктор Степанович, ст. преподаватель кафедры информатики, Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова;
115054, Россия, Москва, Стремянный переулок, 36;
Artemev.vs@rea.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0860-6328, SPIN-код: 8912-5825