CN106434269A - 一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统及控制方法，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

一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统及控制方法

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系统，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；另一方面系统自动化程度低，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系统及控制方法，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系统，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(6)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9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传感器(31)和行程开关传感器(32)，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，控制系统在电机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系统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。

所述控制系统采用arduino Atmega 1280主控制板，I/O口充足，便于系统扩展；8KB容量的SRAM和4KB容量的EEROM，足够存储系统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)设定系统的翻醅工艺参数，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)设定该系统参数，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)设定的系统参数，当接收到来自触摸屏(19)发出的系统参数设置命令时，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)的运行来实现系统参数设定任务；

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(20)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(20)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为本发明的控制系统框图；

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为本发明的触摸屏系统参数设置页面示意图；

图7为本发明的系统主流程图；

图8为本发明的触摸屏控制命令执行程序流程图；

图9为本发明的触摸屏系统参数设置流程图；

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，12 INT0接口，13 SPI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，18 CPU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，本发明的自动控制系统包括：

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，控制系统在发酵池1的左右两侧分别安装了一个接近开关传感器31和行程开关传感器32。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在设定系统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) 系统上电初始化，包括读取系统设置参数，检查各电机位置并归位，系统内嵌时钟模块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，包括系统参数设置命令、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设置系统参数流程图，该参数为系统自动控制状态下，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 (7)

1.一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统，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(6)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9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。

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系统，其特征在于：在所述发酵池的左右两侧分别安装了一个接近开关传感器(31)和行程开关传感器(32)，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。

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系统，其特征在于：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。

4.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系统，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系统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。

5.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系统，其特征在于：所述控制系统采用arduino Atmega 1280主控制板，I/O口充足，便于系统扩展；8KB容量的SRAM和4KB容量的EEROM，足够存储系统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。

6.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系统的控制方法，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)设定系统的翻醅工艺参数，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)设定该系统参数，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)设定的系统参数，当接收到来自触摸屏(19)发出的系统参数设置命令时，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)的运行来实现系统参数设定任务；

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(20)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(20)的运行来实现料堆的手动翻醅任务。

7.根据权利要求6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。