CN106434269B - 一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***及控制方法,携带附属自动测温装置,该测温装置采用料堆断面9点测温策略,并使用2.4G无线通信方式将所测温度信息发送给智能翻醅机主控板,主控板根据温度分布模型,调整翻醅工艺参数,并自动启动翻醅机工作,使整个醋醅发酵处于合理化;此外,主控板内嵌时钟芯片,此设计带来的益处是,各个发酵池的翻醅动作可以根据发酵工艺任意设定,不同发酵池可以采用不同的发酵工艺,从而避免翻醅机工作单一化。本发明将获得较佳的翻醅效果和翻醅质量,可自动完成翻醅过程,可应用于翻醅控制。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域,具体涉及一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***,还涉及一种基于触摸屏的翻醅机自动控制方法。
背景技术
翻醅是酿造食醋过程中的一道关键工序,其主要目的是通过翻醅搅拌,以调节醋醅温度和补充氧气。现有醋酿过程虽然实现机械翻醅过程,即用发酵池代替传统大缸进行醋酸发酵,采用翻醅机代替手工进行翻醅,大大提高了翻醅效率,但翻醅过程主要还是依靠工人根据经验操作设备,一方面翻醅效果和翻醅质量的人为因素偏高,造成发酵工艺精度无法控制,稳定性差;另一方面***自动化程度低,当工艺流程改变时,需要花费一定精力与时间培训相关工人,造成技术革新的延时,不利于市场占有,且每台翻醅机需要专人看守,用人成本高。
此外,在对物料进行好氧发酵时,往往只有被翻到表面的物料能接触到新鲜空气,而料堆内部的物料则没有机会接触到新鲜空气,这将造成发酵物料内部热量无法与外部空气充分交换,参与发酵的好氧微生物得不到充足的氧气供应。由于对发酵物料的通风降温和增氧效果都不理想,料堆将不能及时充分蒸发由于高温形成的湿热水蒸气,无法快速调节物料内部温度,使得物料不能经常处于最佳发酵状态,导致物料发酵周期过长,从而降低了发酵车间的周转率和利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***及控制方法,以实现自动完成翻醅过程,且提高翻醅效果和翻醅质量。
为了解决以上技术问题,本发明采用的具体技术方案如下:
一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***,其特征在于包括:内嵌时钟模块(17)的CPU主控板(18)、输入模块和输出模块;
所述输入模块包括接近开关(31)、行程开关(32)、旋转编码器(33)和温度采集模块(16);所述输出模块包括继电器组(8)和触摸屏(19);所述继电器组(8)包括六只继电器,分别控制翻醅机的三个电机即电机A(20)即左右行走电机、电机B(21)即料架提升与下降电机和电机C(22)的正转与反转;电机A(20)用于控制翻醅机在发酵池(1)中的左行与右行运动,使得料堆都能得到翻醅;电机B(21)用于控制料斗斗架(2)的提升与下降运动,通过调整翻醅机(4)斗架(2)高度以改变料堆的翻醅深度;电机C(22)用于控制翻料板的旋转运动;
CPU主控板(18)通过SPI接口(13)与2.4G通信模块(15)相连,用于接收来自温度采集模块(16)对发酵池(1)中料堆温度的测量值;
CPU主控板(18)根据采集到的料堆九点温度值,调整斗架(2)高度、电机C(22)的旋转速度和翻醅机的翻醅频率,以便料堆能够充分与新鲜空气接触并交换热量,并及时降低料堆温度和增加氧气供应,从而使得物料能经常处于最佳发酵状态,缩短物料发酵周期。
在所述发酵池的左右两侧分别安装了一个接近开关(31)传感器和行程开关(32)传感器,以避免翻醅机在在发酵池中左右行走时撞到左右池壁;翻醅机在自动控制运行模式下,左行到接近开关(31)时自动切换成右行模式,当右行至行程开关(32)时自动切换为左行模式,从而实现发酵工艺的自动左右行运行。
所述料堆的翻醅深度可以通过调节翻醅机斗架(2)的高度来实现,但是斗架(2)高度不同会造成翻醅机在发酵池右行到壁时的左右距离不同,因此行程开关32的位置选取成为关键。位置选取偏右,则有可能造成翻醅机撞右壁,而位置偏左,则可能造成翻醅机右行不到位,部分料堆无法翻醅。本发明取行程开关(32)的位置偏左,并且当翻醅机右行到行程开关(32)时,电机A(20)不立即切换为左行,而是继续右行“一定时间”到合理位置再切换为左行,则关键问题转换成“一定时间值”的选取。为此,控制***在电机C(22)的轴上安装旋转编码器(33),CPU主控板(18)根据旋转编码器(33)的读数计算出斗架(2)的高度,再通过手动控制调试出右行从行程开关(32)开始到发酵池右壁的距离与运行时间,此运行时间即为“一定时间值”,由此得出斗架(2)高度、电机C(22)旋转角度与运行时间之间的一一对应关系;行程开关(32)的安装位置距离发酵池右壁大于一个最大距离值,即翻醅机在斗架(2)与水平线成90度运行时,从行程开关(32)右行到发酵池右壁的距离值。
CPU主控板(18)通过232接口(14)与触摸屏(19)相连,触摸屏(19)可以实现对翻醅机的***参数设置和设备的运行控制,包括自动控制和手动控制,接收并显示翻醅机的各种工作状态信息。
所述控制***采用arduino Atmega 1280主控制板,I/O口充足,便于***扩展;8KB容量的SRAM和4KB容量的EEROM,足够存储***设置参数及历史运行数据;采用2.4G通信方式,远程采集发酵池中发酵物的温度;采用欧姆龙公司的旋转编码器、接近开关和行程开关;采用迪文公司的DGUS触摸屏。
一种基于触摸屏的翻醅机自动控制方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一,CPU主控板(18)通过2.4G通信模块(15)接收温度采集模块(16)对发酵池(1)料堆的9点断面温度值,所述9点分布为发酵池料堆的上中下三层,每层三个点;
步骤二,翻醅机根据温度采集模块(16)测量料堆温度分布情况,通过触摸屏(19)设定***的翻醅工艺参数,包括翻醅料堆的启动与停止时间,翻醅料堆的深度和翻醅的频率等;不同的发酵池由于其温度分布模型不同,采用不同的翻醅控制工艺;
步骤三,CPU主控板(18)通过触摸屏(19)设定该***参数,包括翻醅机(4)在各种斗架(2)高度下经过行程开关(32)后继续右行的时间值,一般取斗架的8个高度值调试;
步骤四,CPU主控板(18)通过内嵌时钟模块(17)完成各种跟时间有关的工艺设定任务,包括何时启动翻醅任务,何时停止翻醅任务;
步骤五,CPU主控板(18)根据触摸屏(19)设定的***参数,当接收到来自触摸屏(19)发出的***参数设置命令时,通过控制翻醅机的3个电机即电机A(20)、电机B(21)和电机C(22)的运行来实现***参数设定任务;
步骤六,CPU主控板(18)根据触摸屏(19)设定的自动翻醅工艺参数,当接收到来自触摸屏19发出的自动控制命令时,通过控制电机A(20)、电机B(21)和电机C(22)的运行来实现料堆的自动翻醅任务;
步骤七,CPU主控板(18)根据触摸屏(19)发送的手动控制命令时,通过控制翻醅机的电机A(20)、电机B(21)和电机C(22)的运行来实现料堆的手动翻醅任务。
所述触摸屏(19)通过与CPU主控板(18)的232接口(14)实现通信,接收翻醅机的当前工作状态,并在触摸屏(19)上显示。
本发明具有有益效果。相比于现有翻醅机,本发明有以下几个创新点。测温模式创新:本设计携带附属自动测温装置,该测温装置采用断面9点测温(上中下三层,每层三个点),并使用2.4G无线信号发送给智能翻醅机主控板,主控板根据温度分布模型,自动启动翻醅机工作,使整个醋醅发酵处于合理化;启动模式创新:本设计内嵌时钟芯片,此设计带来的益处是,各个发酵池的翻醅动作可以任意设定,亦即:不同发酵池可以采用不同的发酵工艺,避免翻醅机工作单一化。
附图说明
图1为本发明的工作台示意图;
图2为本发明的控制***框图;
图3为本发明的触摸屏控制框图;
图4为本发明的触摸屏手动控制页面示意图;
图5为本发明的触摸屏自动翻醅工艺参数设置页面示意图;
图6为本发明的触摸屏***参数设置页面示意图;
图7为本发明的***主流程图;
图8为本发明的触摸屏控制命令执行程序流程图;
图9为本发明的触摸屏***参数设置流程图;
图10为本发明的触摸屏自动控制工艺参数设置流程图。
图中:1发酵池,2料架,3料斗,4翻醅机,19触摸屏,8继电器组,9、10和11为I/O接口,12INT0接口,13SPI接口,14为232接口,15为2.4G通信模块,16温度采集模块,17内嵌时钟模块,18CPU主控板,19触摸屏,20电机A,21电机B,22电机C,31接近开关,32行程开关,33旋转编码器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,对本发明的技术这群做进一步详细的说明。
本发明的工作台示意图如图1所示。如图2所示,本发明的自动控制***包括:
内嵌时钟模块17的CPU主控板18,用于协调各模块工作;
温度传采集模块16,CPU主控板18使用2.4G通信模式,远程接收温度采集模块16测量发酵池1中料堆的9点断面温度值(上中下三层,每层三个点)。
接近开关31和行程开关32,翻醅机4在发酵池1中左右运行时为避免触碰左右池壁,控制***在发酵池1的左右两侧分别安装了一个接近开关31传感器和行程开关32传感器。当翻醅机4电机20正转左行至接近开关31时触发该传感器动作使其触点闭合,CPU主控板18检测到该信号后通过继电器组8控制电机20由正转切换为反转,即由左行改为右行;当翻醅机4电机20反转右行至行程开关32时触发该传感器动作使其触点闭合,CPU主控板18检测到该信号后将继续右行一定时间到合理位置,然后切换为正转左行;依此循环往复实现翻醅机的左右行运动。
旋转编码器33,翻醅机4在发酵池1中的提升与下降运动是指通过调节翻醅机4料斗斗架2的高度,从而改变料堆的翻醅深度以实现分层翻露底翻等工序。CPU主控板18通过读取旋转编码器33的数值用来计算当前料斗斗架2的高度,并根据此高度计算出翻醅机4在右行经过行程开关32时继续右行的时间值。
继电器组8,用小电流控制控制电机20、21、22的正转与反转运动时的大电流。
触摸屏19,CPU主控板18通过串行通信方式实现与触摸屏19之间的接收与发送数据任务,触摸屏19根据温度采集模块16测量的发酵池1中料堆的温度分布情况调整翻醅机4料斗斗架2的高度,调整翻醅的频率,设定翻醅的时间,实现翻醅机4的自动控制。触摸屏19在设定***参数或调试翻醅工艺时,可以使用手动控制方式控制翻醅机4的各电机运行。
如图7所示,一种基于触摸屏的翻醅机自动控制方法,主程序执行步骤如下:
a)***上电初始化,包括读取***设置参数,检查各电机位置并归位,***内嵌时钟模块17参数初始化等;
b)CPU主控板18查询有无232通信结束标志,如有则读取接收数据,实现CPU主控板18与触摸屏19间的通信,执行完返回,如无则执行下一步;
c)CPU主控板18查询翻醅起始时间到否,如到则启动执行翻醅工艺自动运行程序,该工艺参数在自动控制工艺参数设置流程里由工人设定,执行完返回,如无则执行下一步;
d)CPU主控板18查询翻醅停止时间到否,如到则停止执行翻醅工艺自动运行程序,即关闭所有翻醅机电机4,执行完返回,如无则执行下一步;
e)CPU主控板18查询开关信号采集时间是否到,如到则执行开关信号采集子程序,监测翻醅机4在发酵池1中的位置,并置位相关标志,执行完返回,如未到则执行下一步;
f)CPU主控板18查询有无2.4G通信结束标志,如有则读取接收数据,该数据为温度采集模块16传送来的温度数据,CPU主控板18在接收完温度数据后,需将该温度数据发送到触摸屏19显示,操作人员将根据此温度值设置翻醅工艺参数,执行完返回,如无则执行下一步;
g)CPU主控板18执行触摸屏19控制命令执行程序,CPU主控板18通过232接口14接收到触摸屏控制命令后,在此处执行控制命令,命令执行流程如图8所示,包括***参数设置命令、手动控制命令和自动控制命令,如图3所示。执行完返回b)步,依此形成主程序循环。
如图4所示为触摸屏19手动控制界面示意图,触摸屏19可以控制3个电机20、21和22的正反转实现六种功能,即左行/右行、提升/下降和点动/连动。电机的正反转切换时为避免正反转按键同时按下,造成相间短路,在设计触摸屏19手动控制时添加了互锁功能。如当电机20正转左行时,右行键无效,只有先按下停止键,再按下右行键才能实现正反转切换,即实现电机21的左右行切换。操作人员在手动控制电机21时,可在触摸屏19上料斗高度栏内看到当前料斗斗架2的高度。
如图9所示为触摸屏19设置***参数流程图,该参数为***自动控制状态下,翻醅机4在发酵池1中右行到行程开关32时继续右行的时间值。具体操作过程如下:手动控制让翻醅机4左行至行程开关32左侧停止,通过触摸屏19设置翻醅机4斗架2的高度值,按下触摸屏19上“启动”键,启动一次串星通信。CPU主控板18接收到该命令将启动电机21运行直到斗架2的高度达到设定值后自动停止,翻醅机4右行经行程开关32时,CPU主控板18自动计时开始,并且翻醅机4继续右行,目测翻醅机4右行到发酵池1右壁时,手动按下触摸屏19上“确定”键,翻醅机4停止右行,CPU主控板18自动计时结束,并计算该时间差值。CPU主控板18将此时间值与对应的斗架2高度和电机21的旋转角度保存到EEPROM,并将此该对应关系发送到触摸屏19用以显示,如图6所示。
如图10所示为触摸屏19设置自动翻醅工艺参数流程图,具体操作过程如下:根据CPU主控板18采集的温度分布情况,通过触摸屏19设定翻醅起始时间与停止时间、翻醅料堆深度和各电机运行速度等参数,按下触摸屏19上“设置”键如图5所示,启动一次串行通信。CPU主控板18接收到该设置命令后,修改时钟模块17参数以调整翻醅起停时间,启动电机21运行以调整斗架2高度,调整电机20和22的运行速度以配合翻醅工艺的实现。
控制方法中主程序之外还包括三个中断程序:串行通信中断用于CPU主控板18与触摸屏19之间的数据发送和接收;一个外部中断用于监测旋转编码器33信号,并计算料斗的旋转深度;一个外部中断用于CPU主控板18通过2.4G无线通信模块15接收温度采集模块16发送来的数据。
Claims (5)
1.一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***,其特征在于包括:内嵌时钟模块(17)的CPU主控板(18)、输入模块和输出模块;
所述输入模块包括接近开关(31)、行程开关(32)、旋转编码器(33)和温度采集模块(16);所述输出模块包括继电器组(8)和触摸屏(19);所述继电器组(8)包括六只继电器,分别控制翻醅机的三个电机即电机A(20)即左右行走电机、电机B(21)即料架提升与下降电机和电机C(22)的正转与反转;电机A(20)用于控制翻醅机在发酵池(1)中的左行与右行运动,使得料堆都能得到翻醅;电机B(21)用于控制料斗斗架(2)的提升与下降运动,通过调整翻醅机(4)斗架(2)高度以改变料堆的翻醅深度;电机C(22)用于控制翻料板的旋转运动;
CPU主控板(18)通过SPI接口(13)与2.4G通信模块(15)相连,用于接收来自温度采集模块(16)对发酵池(1)中料堆温度的测量值;
CPU主控板(18)根据采集到的料堆九点温度值,调整斗架(2)高度、电机C(22)的旋转速度和翻醅机的翻醅频率,以便料堆能够充分与新鲜空气接触并交换热量,并及时降低料堆温度和增加氧气供应,从而使得物料能经常处于最佳发酵状态,缩短物料发酵周期;
在所述发酵池的左右两侧分别安装了一个接近开关(31)传感器和行程开关(32)传感器,以避免翻醅机在在发酵池中左右行走时撞到左右池壁;翻醅机在自动控制运行模式下,左行到接近开关(31)时自动切换成右行模式,当右行至行程开关(32)时自动切换为左行模式,从而实现发酵工艺的自动左右行运行;
在所述电机C(22)的轴上安装旋转编码器(33),CPU主控板(18)根据旋转编码器(33)的读数计算出斗架(2)的高度,再通过手动控制调试出右行从行程开关(32)开始到发酵池右壁的距离与运行时间,此运行时间即为“一定时间值”,由此得出斗架(2)高度、电机C(22)旋转角度与运行时间之间的一一对应关系;行程开关(32)的安装位置距离发酵池右壁大于一个最大距离值,即翻醅机在斗架(2)与水平线成90度运行时,从行程开关(32)右行到发酵池右壁的距离值。
2.根据权利要求1所述的一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***,其特征在于:CPU主控板(18)通过232接口(14)与触摸屏(19)相连,触摸屏(19)可以实现对翻醅机的***参数设置和设备的运行控制,包括自动控制和手动控制,接收并显示翻醅机的各种工作状态信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***,其特征在于:所述控制***采用arduino Atmega 1280主控制板,I/O口充足,便于***扩展;8KB容量的SRAM和4KB容量的EEROM,足够存储***设置参数及历史运行数据;采用2.4G通信方式,远程采集发酵池中发酵物的温度;采用欧姆龙公司的旋转编码器、接近开关和行程开关;采用迪文公司的DGUS触摸屏。
4.利用权利要求1所述的一种基于触摸屏的翻醅机自动控制***的控制方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一,CPU主控板(18)通过2.4G通信模块(15)接收温度采集模块(16)对发酵池(1)料堆的9点断面温度值,所述9点分布为发酵池料堆的上中下三层,每层三个点;
步骤二,翻醅机根据温度采集模块(16)测量料堆温度分布情况,通过触摸屏(19)设定***的翻醅工艺参数,包括翻醅料堆的启动与停止时间,翻醅料堆的深度和翻醅的频率等;不同的发酵池由于其温度分布模型不同,采用不同的翻醅控制工艺;
步骤三,CPU主控板(18)通过触摸屏(19)设定该***参数,包括翻醅机(4)在各种斗架(2)高度下经过行程开关(32)后继续右行的时间值,一般取斗架的8个高度值调试;
步骤四,CPU主控板(18)通过内嵌时钟模块(17)完成各种跟时间有关的工艺设定任务,包括何时启动翻醅任务,何时停止翻醅任务;
步骤五,CPU主控板(18)根据触摸屏(19)设定的***参数,当接收到来自触摸屏(19)发出的***参数设置命令时,通过控制翻醅机的3个电机即电机A(20)、电机B(21)和电机C(22)的运行来实现***参数设定任务;
步骤六,CPU主控板(18)根据触摸屏(19)设定的自动翻醅工艺参数,当接收到来自触摸屏19发出的自动控制命令时,通过控制电机A(20)、电机B(21)和电机C(22)的运行来实现料堆的自动翻醅任务;
步骤七,CPU主控板(18)根据触摸屏(19)发送的手动控制命令时,通过控制翻醅机的电机A(20)、电机B(21)和电机C(22)的运行来实现料堆的手动翻醅任务。
5.根据权利要求4所述的一种基于触摸屏的翻醅机自动控制方法,其特征在于:所述触摸屏(19)通过与CPU主控板(18)的232接口(14)实现通信,接收翻醅机的当前工作状态,并在触摸屏(19)上显示。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |