KR20200063807A - Pid 제어기가 적용된 맥주 제조기 및 그 제어 방법 - Google Patents

Pid 제어기가 적용된 맥주 제조기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 내부에 수용 공간을 형성하는 바디; 상기 바디에 연통되고 상기 바디에 용액을 제공하는 배관부; 상기 바디에 설치되고, 상기 바디의 온도와 상기 바디에 수용되는 용액의 온도 중 적어도 하나를 측정하는 센서부; 상기 바디에 설치되고, 상기 바디와 상기 바디에 수용되는 용액 중 적어도 하나에 열을 가하는 가열부; 상기 배관부, 상기 센서부, 그리고 상기 가열부에 전기적으로 연결되며, 신호를 처리하는 보드; 그리고 상기 보드에 전기적으로 연결되며, 외부로부터 입력을 획득하여 상기 보드에 전달하는 입력부를 포함하고, 상기 보드는, 상기 가열부를 PID 방식으로 제어하는 P제어기, I제어기, 그리고 D제어기를 포함하고, 상기 가열부를 제어하는 P제어기의 게인(Kp)은, 상기 가열부를 제어하는 I제어기의 게인(Ki) 보다 큰 것을 특징으로 하는, 맥주 제조기를 제공할 수 있다.

Description

PID 제어기가 적용된 맥주 제조기 및 그 제어 방법{BEER MAKING APPARATUS TO WHICH PID CONTROLLER IS APPLIED AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 맥주 제조기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PID 제어기가 적용된 맥주 제조기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
맥주는 맥아로 즙을 만들어 여과한 이후에 홉(hop)을 첨가하고 효모를 이용하여 발효 과정을 거쳐 제조될 수 있다. 소비자가 맥주 제조 회사에서 판매하는 맥주를 구입하는 경우, 소비자는 비교적 값싸게 맥주를 소비할 수 있으나 제품의 종류 제한으로 인하여 선택의 폭이 좁아질 수 있다. 소비자가 술집에서 제조한 수제맥주를 구매하거나 가정에서 제조하는 경우, 소비자는 다양한 종류의 맥주를 즐길 수 있다.
맥주 제조를 위한 재료는 물, 맥아, 홉, 이스트, 향 첨가제 등일 수 있다. 통상적으로 맥주 제조 과정은 맥즙 생성 단계, 발효 단계, 그리고 숙성 단계를 포함할 수 있다. 상기 세 단계의 맥주 제조 단계가 하나의 프로세스로 처리되면, 맥주 제조를 위한 번거로움이 줄어들 수 있다.
KR 10-0813648
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, PID 제어기가 적용된 맥주 제조기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른(another) 기술적 과제는, AI 학습을 통해 적정 게인(gain)을 확보하는 맥주 제조기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면(an aspect)에 따르면, 본 발명은, 내부에 수용 공간을 형성하는 바디; 상기 바디에 연통되고 상기 바디에 용액을 제공하는 배관부; 상기 바디에 설치되고, 상기 바디의 온도와 상기 바디에 수용되는 용액의 온도 중 적어도 하나를 측정하는 센서부; 상기 바디에 설치되고, 상기 바디와 상기 바디에 수용되는 용액 중 적어도 하나에 열을 가하는 가열부; 상기 배관부, 상기 센서부, 그리고 상기 가열부에 전기적으로 연결되며, 신호를 처리하는 보드; 그리고 상기 보드에 전기적으로 연결되며, 외부로부터 입력을 획득하여 상기 보드에 전달하는 입력부를 포함하고, 상기 보드는, 상기 가열부를 PID 방식으로 제어하는 P제어기, I제어기, 그리고 D제어기를 포함하고, 상기 가열부를 제어하는 P제어기의 게인(Kp)은, 상기 가열부를 제어하는 I제어기의 게인(Ki) 보다 큰 것을 특징으로 하는, 맥주 제조기를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면(another aspect)에 따르면, 상기 보드는, 상기 배관부를 PID 방식으로 제어하는 P제어기, I 제어기, 그리고 D제어기를 포함하고, 상기 배관부를 제어하는 I제어기의 게인(Ki)은, 상기 배관부를 제어하는 P제어기의 게인(Kp) 보다 클 수 있다.
본 발명의 다른 측면(another aspect)에 따르면, 상기 맥주 제조기는 상기 보드에 전기적으로 연결되고, 외부 기기와 통신 가능한 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면(another aspect)에 따르면, 상기 통신부는, 상기 외부 기기에 설치된 어플리케이션(application)과 통신하며, 상기 바디의 상태에 관한 정보를 포함하는 데이터를 상기 어플리케이션에 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면(another aspect)에 따르면, 상기 보드는, 상기 P제어기, 상기 I제어기, 그리고 상기 D제어기에 설정되는 게인(gain)이 적용된 상기 맥주 제조기를 시뮬레이션하는 제1 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면(another aspect)에 따르면, 용액을 수용하는 용기와 상기 용기를 제어하는 제어 유닛을 구비하는 맥주 제조기의 사용 방법에 있어서, 상기 제어 유닛이, 상기 용기에 구비된 가열부를 제어하기 위한 P제어기, I제어기, 그리고 D제어기에 적용되는 예비적 PID 게인을 설정하는 단계(S100); 상기 제어 유닛이, 상기 예비적 PID 게인이 적용된 상기 맥주 제조기를 시뮬레이션하여 성능을 획득하는 단계(S200); 상기 제어 유닛이, 상기 획득된 성능과 기설정된 성능을 비교하는 단계(S300); 그리고 상기 제어 유닛이, 상기 획득된 성능이 기설정된 성능 보다 크거나 같으면, 상기 예비적 PID 게인을 확정적 PID 게인으로 설정하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 맥주 제조기 사용 방법(S10)이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면(another aspect)에 따르면, 상기 맥주 제조기 사용 방법(S10)은, 상기 제어 유닛이, 상기 획득된 성능이 기설정된 성능 보다 작으면, AI 학습을 수행하는 단계(S500)를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 AI 학습을 수행한 이후에 예비적 PID 게인을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기는, PID 제어기가 적용되어 향상된 품질의 맥주를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기는, AI 학습을 통해 맥주 제조에 필요한 용기(container)의 제어에 사용되는 게인(gain)을 확보할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 종전 기술에 따른 맥주 제조기를 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 용기를 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기를 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기의 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기를 나타낸 블록도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기의 계통도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 종전 기술에 따른 맥주 제조기를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종전 기술에 따른 맥주 제조기는, 세 개의 용기(container)를 구비할 수 있다. 세 개의 용기는, 각각, 맥즙 생성, 발효, 그리고 숙성을 위한 용기일 수 있다. 세 개의 용기는 순차적으로 제1 용기, 제2 용기, 그리고 제3 용기라 할 수 있다.
종전 기술에 따른 맥주 제조기는, 컨트롤러(controller)를 구비할 수 있다. 컨트롤러는, 제1 내지 제3 용기에 수용된 액체의 수량 및 온도를 제어할 수 있다. 제1 내지 제3 용기의 온도 제어를 위하여, 제1 내지 제3 용기에 가열기(heater)와 센서가 설치될 수 있다.
종전 기술에 따른 맥주 제조기는, 제1 내지 제3 용기를 개별적으로 관리하므로 복잡한 프로세스를 형성할 수 있다. 또한 제1 내지 제3 용기가 구비되므로, 관리 및 비용 측면에서 상대적으로 낮은 성능을 가질 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 용기(200)를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 용기(200, container)는, 바디(210, body)를 포함할 수 있다. 바디(210)는, 용기(200)의 골격을 형성할 수 있다. 도 2에서 바디(210)는, 설명의 편의를 위하여, 부분적으로 절개되어 표시될 수 있다. 바디(210)는, 내부에 중공부를 형성할 수 있다. 바디(210)는, 내부에 형성된 중공부에 용액을 수용할 수 있다. 바디(210)는, 내부식성을 가질 수 있다. 예를 들어 바디(210)는, 스테인리스강을 포함할 수 있다.
용기(200)는, 배관부(220)를 포함할 수 있다. 배관부(220)는, 파이프(pipe)를 포함할 수 있다. 배관부(220)는, 바디(210)에 설치될 수 있다. 배관부(220)는, 펌프(pump)를 포함할 수 있다. 배관부(220)는, 바디(210)의 내부와 연통될 수 있다. 배관부(220)는, 용액을 바디(210)에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용기(200)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기에 구비될 수 있다. 용기(200)는, 하나의 용기로 구비될 수 있다. 즉 종전 기술에 따른 제1 내지 제3 용기(도 1 참조)와 다르게, 본 발명의 일 실시예에 따른 용기(200)는 하나의 용기로 형성될 수 있다. 따라서 종전 기술과 다르게, 본 발명의 일 실시예에 따른 용기(200)는 비용 및 관리 측면에서 상대적으로 유리할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛(300)을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제어 유닛(300)은 용기(200, 도 2 참조)를 제어할 수 있다. 제어 유닛(300)은, 용기(200, 도 2 참조)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또는 제어 유닛(300)은, 용기(200, 도 2 참조)와 전기 신호를 유무선으로 송수신할 수 있다.
제어 유닛(300)은, 입력부(320)를 포함할 수 있다. 입력부(320)는, 제어 유닛(300)의 외부에 노출될 수 있다. 입력부(320)는, 사용자(user) 또는 작업자(operator)의 입력(input)을 획득할 수 있다. 입력부(320)는, 버튼(button) 또는 터치를 통하여, 입력을 획득할 수 있다.
제어 유닛(300)은, 신호를 처리할 수 있다. 제어 유닛(300)은, PCB(printed circuit board) 또는 FPCB(flexible printed circuit board) 등을 포함할 수 있다. 제어 유닛(300)은 외부와 통신할 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 제어 유닛(300)은 디스플레이(display)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(300)에 구비된 디스플레이는, 예를 들어 터치스크린을 포함할 수 있다. 이 경우, 디스플레이는 입력을 획득할 수 있다. 제어 유닛(300)에 구비된 디스플레이는, 제어 유닛(300) 또는 용기(200, 도 2 참조)의 작동 상태를 표시할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기의 인터페이스를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 맥주 제조기의 인터페이스는, 맥주 제조기의 현재 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어 맥주 제조기의 인터페이스는, 용기(200, 도 2 참조)의 현재 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어 맥주 제조기의 인터페이스는, 용기(200, 도 2 참조)의 설정 온도 및 현재 온도를 표시할 수 있다.
맥주 제조기의 인터페이스는, 맥주 제조기의 맥주 제조 과정을 표시할 수 있다. 예를 들어 맥주 제조기의 인터페이스는, 맥주 제조 과정 중, 현재 발효 단계임을 표시할 수 있다.
맥주 제조기의 인터페이스는, 제어기(300, 도 3 참조)에 구비된 디스플레이에 표시될 수 있다. 이 경우 사용자는 제어기(300, 도 3 참조)에 구비된 디스플레이를 확인함으로써, 맥주 제조 과정 중 현재 상태를 인지할 수 있다.
다른 예를 들어 맥주 제조기의 인터페이스는, 맥주 제조기와 통신할 수 있는 단말기(terminal)에 표시될 수 있다. 예를 들어 맥주 제조기의 인터페이스는, 스마트폰에 설치된 별도의 어플리케이션(application)이 작동된 화면에서 표시될 수 있다. 이 경우 사용자는 맥주 제조기와 멀리 위치한 장소에서도 맥주 제조기의 현재 상태를 확인할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기(100)를 나타낸 블록도이다. 맥주 제조기(100)는, “제어기가 적용된 맥주 제조기”라 칭할 수 있다. 또는 맥주 제조기(100)는, “AI 학습을 통해 게인이 설정된 PID 제어기가 적용된 맥주 제조기”라 칭할 수 있다.
도 5를 참조하면, 맥주 제조기(100)는, 용기(200)를 포함할 수 있다. 용기(200)는, 바디(210) 및 배관부(220)를 포함할 수 있다. 바디(210)는, 도 2를 참조하면, 내부에 용액을 수용할 수 있는 수용 공간을 형성할 수 있다. 배관부(220)는, 바디(210)에 연결될 수 있으며, 바디(210)의 내부에 용액을 제공할 수 있다.
용기(200)는, 센서부(230)를 포함할 수 있다. 센서부(230)는, 바디(210) 또는 배관부(220)에 설치될 수 있다. 센서부(230)는, 바디(210)의 온도 또는 바디(210)에 수용된 액체의 온도를 측정하는 온도센서를 포함할 수 있다. 또는 센서부(230)는, 바디(210)에 수용되는 용액의 양을 측정하는 플로우센서(flow sensor)를 포함할 수 있다.
용기(200)는, 가열부(240)를 포함할 수 있다. 가열부(240)는, 바디(210)에 설치될 수 있다. 가열부(240)는, 제어 가능할 수 있다. 가열부(240)는, 전기 신호에 의해 제어될 수 있다. 가열부(240)는, 바디(210) 또는 바디(210)의 내부에 수용된 용액을 가열할 수 있다.
맥주 제조기(100)는, 제어 유닛(300)을 포함할 수 있다. 제어 유닛(300)은, 보드(310)를 포함할 수 있다. 보드(310)는, 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 보드(310)는, PCB 또는 FPCB의 형태로 구현될 수 있다. 보드(310)는, 외부 기기와 통신할 수 있는 포트를 포함할 수 있다. 예를 들어 보드(310)는, GPIO(general purpose input output)를 포함할 수 있다. 보드(310)는, 외부 기기에 전기적으로 연결될 수 있다. 보드(310)는, 외부 기기와 전기회로(electric circuit)를 형성할 수 있다. 보드(310)는, 전기적으로 작동 가능한 스위치(switch)를 포함할 수 있다. 예를 들어 보드(310)는, SSR(solid state relay)을 포함할 수 있다.
보드(310)는, 배관부(220)에 전기적으로 연결될 수 있다. 보드(310)는, 배관부(220)를 제어할 수 있다. 보드(310)는, 예를 들어, 배관부(220)에 구비된 펌프를 제어할 수 있다. 예를 들어 배관부(220)는, 제1 신호(S1)를 보드(310)로부터 획득하면, 제1 신호(S1)에 대응된 작동을 수행할 수 있다. 다른 예를 들어 보드(310)는, 배관부(220)와 전기회로를 형성할 수 있으며, SSR을 이용한 스위칭(switching) 작동을 통해 배관부(220)의 작동을 제어할 수 있다.
보드(310)는, 센서부(230)에 전기적으로 연결될 수 있다. 센서부(230)는, 용기(200)의 온도 또는 용기(200)의 내부에 위치한 용액의 온도에 관한 정보를 획득할 수 있다. 센서부(230)는, 용기(200)의 내부에 유출입하는 용액의 양에 관한 정보를 획득할 수 있다. 제2 신호(S2)는, 용기(200)의 온도 또는 용기(200)의 내부에 위치한 용액의 온도에 관한 정보를 포함할 수 있다. 제2 신호(S2)는, 용기(200)의 내부에 유출입하는 용액의 양에 관한 정보를 포함할 수 있다. 센서부(230)는, 제2 신호(S2)를 보드(310)에 제공할 수 있다.
보드(310)는, 가열부(240)에 전기적으로 연결될 수 있다. 보드(310)는, 가열부(240)를 제어할 수 있다. 보드(310)는, 예를 들어 제3 신호(S3)를 가열부(240)에 송신할 수 있다. 가열부(240)는, 제3 신호(S3)를 수용하면, 제3 신호(S3)에 대응된 작동을 수행할 수 있다. 다른 예를 들어 보드(310)는, 가열부(240)와 전기회로를 형성할 수 있으며, SSR을 이용한 스위칭 작동을 통해 가열부(240)의 작동을 제어할 수 있다.
제어 유닛(300)은, 입력부(320)와 통신부(330)를 포함할 수 있다. 입력부(320)는, 도 3에 도시된 입력부(320)일 수 있다. 통신부(330)는, 외부 기기(500)와 통신할 수 있다. 통신부(330)는, 와이파이(Wi-Fi) 또는 블루투스(Bluetooth)를 이용하여 외부 기기(500)와 통신할 수 있다. 다른 예를 들어 통신부(330)는, LTE 또는 LAN을 이용하여 외부 기기(500)와 통신할 수 있다.
외부 기기(500)는, 컴퓨터이거나 스마트폰일 수 있다. 외부 기기(500)가 스마트폰인 경우, 맥주 제조기(100)에 관한 별도의 어플리케이션(application)이 외부 기기(500)에 설치될 수 있다. 사용자는 외부 기기(500)에 설치된 어플리케이션을 통해 맥주 제조기(100)의 현재 상태 등을 확인하거나 맥주 제조기(100)를 조작할 수 있다. 통신부(330)는, 제4 신호(S4)를 외부 기기(500)와 송수신할 수 있다. 제4 신호(S4)는, 맥주 제조기(100)의 현재 상태 정보를 포함할 수 있다. 또는 제4 신호(S4)는, 맥주 제조기(100)의 작동을 위한 명령 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어 제4 신호(S4)는, 바디(210)의 온도를 상승시키기 위한 가열부(240)의 작동에 관한 명령 정보를 포함할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기(100)의 계통도이다.
보드(310)는, 배관부(220), 센서부(230), 그리고 가열부(240)에 연결될 수 있다. 보드(310)는, 센서부(230)에 전기적으로 연결되어 제2 신호(S2)를 획득할 수 있다. 센서부(230)가 보드(310)에 제공하는 정보는, 배관부(220)의 유체 흐름(flow)에 관한 정보 또는 바디(210, 도 2 참조)의 내부에 수용되는 용액의 수량에 관한 정보를 포함할 수 있다.
보드(310)는, DA 컨버터를 포함할 수 있다. DA 컨버터는, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어 DA 컨버터는, 제2 신호(S2, 도 5 참조)가 아날로그 신호인 경우, 제2 신호(S2)를 디지털 신호로 변환할 수 있다. DA 컨버터는, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어 DA 컨버터는, 제1 신호(S1, 도 5 참조) 또는 제3 신호(S3, 도 5 참조)가 아날로그 신호인 경우, 디지털 신호인 명령 신호를 아날로그 신호인 제1 신호(S1, 도 5 참조) 또는 제3 신호(S3, 도 5 참조)로 변환할 수 있다.
보드(310)는, 배관부(220)를 제어할 수 있다. 예를 들어 보드(310)는, 배관부(220)를 제어하여 바디(210, 도 5 참조)에 수용되는 용액의 양을 제어할 수 있다. 예를 들어 보드(310)는, 전기스위치(예를 들어 SSR)를 통해, 바디(210, 도 5 참조)에 수용되는 용액의 양을 제어할 수 있다. 보드(310)는, 피드포워드(feed-forward) 방식으로 바디(210, 도 2 참조)에 수용되는 용액의 양을 제어하거나, 피드백(feed-back) 방식으로 바디(210, 도 2 참조)에 수용되는 용액의 양을 제어할 수 있다.
피드백(feed-back) 방식으로 바디(210, 도 2 참조)에 수용되는 용액의 양을 제어하는 경우, 보드(310)는 제2 신호(S2, 도 5 참조)에 기초하여 배관부(220)를 제어할 수 있다.
센서부(230)가 보드(310)에 제공하는 정보는 바디(210, 도 2 참조)의 온도 또는 바디(210, 도 2 참조)의 내부에 위치한 용액의 온도에 관한 정보를 포함할 수 있다. 보드(310)는, 센서부(230)에서 제공한 정보에 기초하여, 가열부(240)를 제어할 수 있다. 보드(310)는, 제2 신호(S2, 도 5 참조)에 기초하여, 피드백 방식으로 가열부(240)를 제어할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 보드(310)가 배관부(220) 또는/및 가열부(240)를 제어하는 방식은, 예를 들어 PID(proportional-integral-derivative) 방식일 수 있다. PID 각각의 게인(gain)은, 배관부(220) 또는/및 가열부(240)를 제어하는 데 최적으로 설정될 수 있다.
가열부(240)를 제어하는 경우가 고려될 수 있다. y(t)는, 출력값을 의미할 수 있다. y(t)는, 예를 들어 용기(200, 도 5 참조)의 내부에 수용된 용액의 온도가 센서부(230, 도 5 참조)에 의해 측정된 값을 포함할 수 있다. r(t)는, 설정값을 의미할 수 있다. r(t)는, 예를 들어 용기(200, 도 5 참조)의 내부에 수용되는 용액의 온도를 의미할 수 있다. e(t)는, 차이값을 의미할 수 있다. e(t)는, 예를 들어 y(t)에 대한 r(t)의 차이를 의미할 수 있다. u(t)는, 플랜트에 제공되는 입력값을 의미할 수 있다. 플랜트는, 예를 들어 가열부(240, 도 5 참조)일 수 있다.
배관부(220)를 제어하는 경우가 고려될 수 있다. y(t)는, 출력값을 의미할 수 있다. y(t)는, 예를 들어 용기(200, 도 5 참조)의 내부에 수용된 용액의 수량이 센서부(230, 도 5 참조)에 의해 측정된 값을 포함할 수 있다. r(t)는, 설정값을 의미할 수 있다. r(t)는, 예를 들어 용기(200, 도 5 참조)의 내부에 수용되는 용액의 설정된 수량을 의미할 수 있다. e(t)는, 차이값을 의미할 수 있다. e(t)는, 예를 들어 y(t)에 대한 r(t)의 차이를 의미할 수 있다. u(t)는, 플랜트에 제공되는 입력값을 의미할 수 있다. 플랜트는, 예를 들어 배관부(220, 도 5 참조)일 수 있다.
보드(310, 도 6 참조)는, P제어기, I 제어기, 그리고 D 제어기를 포함할 수 있다. 보드(310, 도 6 참조)는, P제어기, I 제어기, 그리고 D 제어기를 이용하여 용기(200, 도 6 참조)를 제어할 수 있다.
P 제어기는, e(t)에 비례하여 u(t)를 설정할 수 있다. P제어기의 게인은 Kp일 수 있다. I 제어기는, e(t)를 적분한 값에 비례하여 u(t)를 설정할 수 있다. I 제어기의 게인은 Ki일 수 있다. D 제어기는, e(t)를 시간 t로 미분한 값에 비례하여 u(t)를 설정할 수 있다. D 제어기의 게인은 Kd일 수 있다. 예를 들어 가열부(240, 도 5 참조)에 제공되는 입력인 u(t)는, 아래와 같을 수 있다.
Figure pat00001
배관부(220, 도 5 참조)에 제공되는 입력인 u(t)는, 가열부(240, 도 5 참조)에 제공되는 입력인 u(t)와 동일한 형식을 가질 수 있다. 가열부(240, 도 5 참조)를 제어하는데 설정되는 게인(Kp, Ki, Kd)은, 배관부(220, 도 5 참조)를 제어하는데 설정되는 게인(Kp, Ki, Kd)과 독립적으로 설정될 수 있다. 예를 들어 배관부(220, 도 5 참조)를 제어하기 위한 게인(Kp, Ki, Kd)은, 가열부(240, 도 5 참조)를 제어하기 위한 게인(Kp, Ki, Kd)과 다를 수 있다.
맥주의 제조에 있어서, 온도 유지는 수량 유지 보다 더 중요한 요인일 수 있다. 즉 가열부(240, 도 5 참조)는, 용기(200, 도 5 참조)의 내부에 위치한 용액의 온도 변화에 민감하게 반응하여 용액의 온도를 설정된 온도로 유지할 필요성이 클 수 있다. 따라서 가열부(240, 도 5 참조)를 제어하기 위한 Kp는, 가열부(240, 도 5 참조)를 제어하기 위한 Ki 또는/및 Kd보다 클 수 있다.
맥주의 제조에 있어서, 용기(200, 도 5 참조)의 내부에 위치한 용액은 바디(210, 도 2 참조)에 형성된 수용 공간에 위치하여야 할 수 있다. 따라서 용기(200, 도 5 참조)의 내부에 위치한 용액의 오버슈트(overshoot)가 억제될 필요성이 발생할 수 있다. 따라서 배관부(220, 도 5 참조)를 제어하기 위한 Ki는, 배관부(220, 도 5 참조)를 제어하기 위한 Kp 또는/및 Kd 보다 클 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법(S10)은, 예비적 PID 게인을 설정하는 단계(S100)를 포함할 수 있다. 이 단계(S100)는, 보드(310, 도 5 참조)에 의해 수행될 수 있다. 보드(310, 도 5 참조)는, 가열부(240, 도 5 참조) 또는/및 배관부(220, 도 5 참조)를 제어하기 위하여, 예비적 PID 게인을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법(S10)은, 예비적 PID 게인을 이용하여, 맥주 제조기(100, 도 5 참조)를 작동한 결과 성능을 획득하는 단계(S200)를 포함할 수 있다. 이 단계(S200)는, 보드(310, 도 5 참조)에 의해 수행될 수 있다. 보드(310, 도 5 참조)는, 예를 들어 보드(310, 도 5 참조)는, 입력부(320, 도 5 참조) 또는/및 통신부(330, 도 5 참조)를 통해, 예비적 PID 게인의 성능을 획득할 수 있다. 예비적 PID 게인의 성능은, 예비적 PID 게인이 설정된 맥주 제조기(100, 도 5 참조)가 작동될 경우 제조되는 맥주의 가치에 대응될 수 있다. 예비적 PID 게인이 설정된 맥주 제조기(100, 도 5 참조)가 직접 작동되는 경우 또는 예비적 PID 게인이 설정된 맥주 제조기(100, 도 5 참조)가 모사(simulation)되는 경우가 고려될 수 있다. 예를 들어 맥주 제조기(100, 도 5 참조)가 시뮬레이션되는 경우, 예비적 PID 게인의 성능이 실질적으로 실시간으로 획득될 수 있다. 예를 들어 보드(310, 도 5 참조)는, 맥주 제조기(100, 도 5 참조)를 시뮬레이션하는 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법(S10)은, 획득된 성능과 기설정된 성능을 비교하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이 단계(S300)는, 보드(310, 도 5 참조)에 의해 수행될 수 있다. 이 단계(S300)에서, 보드(310, 도 5 참조)는, 획득된 성능이 기설정된 성능 보다 크거나 같은 지 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법(S10)은, 확정적 PID 게인을 설정하는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 이 단계(S400)는, 보드(310, 도 5 참조)에 의해 수행될 수 있다. 획득된 성능이 기설정된 성능 보다 크거나 같으면, 보드(310, 도 5 참조)는 예비적 PID 게인을 확정적 PID 게인으로 설정할 수 있다. 보드(310, 도 5 참조)는, 확정적 PID 게인이 설정되면, 확정적 PID 게인에 기초하여 용기(200, 도 5 참조)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법(S10)은, AI 학습 단계(S500)를 포함할 수 있다. 이 단계(S500)는, 보드(310, 도 5 참조)에 의해 수행될 수 있다. 획득된 성능이 기설정된 성능 보다 작은 경우, 보드(310, 도 5 참조)는 예비적 PID 게인과 획득된 성능을 대조하는 과정을 수반하는 AI 학습을 수행할 수 있다. AI 학습을 통해 보드(310, 도 5 참조)는 예비적 PID 게인을 상대적으로 적절하게 설정할 수 있다. 보드(310, 도 5 참조)는, AI 학습을 수행하기 위한 모듈을 포함할 수 있다. AI 학습은, 머신 러닝(machine learning) 또는/및 딥 러닝(deep learning)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥주 제조기 제어 방법(S10)은, 맥주의 제조 단계에 따라 다른 PID 게인을 획득할 수 있다. 예를 들어 맥즙 생성 단계, 발효 단계, 그리고 숙성 단계에 각각 적용되는 PID 게인은 각각 독립적으로 설정될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 맥주 제조기 200: 용기
210: 바디 220: 배관부
230: 센서부 240: 가열부
300: 제어기 310: 보드
320: 입력부 330: 통신부

Claims (7)

  1. 내부에 수용 공간을 형성하는 바디;
    상기 바디에 연통되고 상기 바디에 용액을 제공하는 배관부;
    상기 바디에 설치되고, 상기 바디의 온도와 상기 바디에 수용되는 용액의 온도 중 적어도 하나를 측정하는 센서부;
    상기 바디에 설치되고, 상기 바디와 상기 바디에 수용되는 용액 중 적어도 하나에 열을 가하는 가열부;
    상기 배관부, 상기 센서부, 그리고 상기 가열부에 전기적으로 연결되며, 신호를 처리하는 보드; 그리고
    상기 보드에 전기적으로 연결되며, 외부로부터 입력을 획득하여 상기 보드에 전달하는 입력부를 포함하고,
    상기 보드는,
    상기 가열부를 PID 방식으로 제어하는 P제어기, I제어기, 그리고 D제어기를 포함하고,
    상기 가열부를 제어하는 P제어기의 게인(Kp)은,
    상기 가열부를 제어하는 I제어기의 게인(Ki) 보다 큰 것을 특징으로 하는,
    맥주 제조기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보드는,
    상기 배관부를 PID 방식으로 제어하는 P제어기, I 제어기, 그리고 D제어기를 포함하고,
    상기 배관부를 제어하는 I제어기의 게인(Ki)은,
    상기 배관부를 제어하는 P제어기의 게인(Kp) 보다 큰 것을 특징으로 하는,
    맥주 제조기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 보드에 전기적으로 연결되고, 외부 기기와 통신 가능한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    맥주 제조기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 외부 기기에 설치된 어플리케이션(application)과 통신하며, 상기 바디의 상태에 관한 정보를 포함하는 데이터를 상기 어플리케이션에 제공하는 것을 특징으로 하는,
    맥주 제조기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 보드는,
    상기 P제어기, 상기 I제어기, 그리고 상기 D제어기에 설정되는 게인(gain)이 적용된 상기 맥주 제조기를 시뮬레이션하는 제1 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    맥주 제조기.
  6. 용액을 수용하는 용기와 상기 용기를 제어하는 제어 유닛을 구비하는 맥주 제조기의 사용 방법에 있어서,
    상기 제어 유닛이, 상기 용기에 구비된 가열부를 제어하기 위한 P제어기, I제어기, 그리고 D제어기에 적용되는 예비적 PID 게인을 설정하는 단계(S100);
    상기 제어 유닛이, 상기 예비적 PID 게인이 적용된 상기 맥주 제조기를 시뮬레이션하여 성능을 획득하는 단계(S200);
    상기 제어 유닛이, 상기 획득된 성능과 기설정된 성능을 비교하는 단계(S300); 그리고
    상기 제어 유닛이, 상기 획득된 성능이 기설정된 성능 보다 크거나 같으면, 상기 예비적 PID 게인을 확정적 PID 게인으로 설정하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    맥주 제조기 사용 방법(S10).
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어 유닛이, 상기 획득된 성능이 기설정된 성능 보다 작으면, AI 학습을 수행하는 단계(S500)를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은,
    상기 AI 학습을 수행한 이후에 예비적 PID 게인을 설정하는 것을 특징으로 하는,
    맥주 제조기 사용 방법(S10).
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KR100813648B1 (ko) 2006-12-06 2008-03-14 주식회사 엔유씨전자 알콜 도수 제어가 용이한 발효주 제조장치 및 방법

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