CN106857797A - 一种真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于农产品加工技术领域，具体涉及一种真空脉动干燥多参数监控与信息服务系统，包括设备现场监控层、云端系统网站与数据库层及网络用户层。本发明同时具备干燥过程中多方面关键参数(物料的图像、物料重量与含水率、内部温度)的在线检测与设备自动控制、远程设备监控、专家远程咨询服务、检修引导与果蔬加工专业知识学习等方面功能，解决了真空脉动干燥技术推广应用中出现的作业人员技术水平低、领域专家技术支持人力与时间成本高、较为全面的干燥过程关键参数在线检测功能及系统集成缺乏等问题，并具有模块化设计，功能扩展、使用维护方便，成本低等优点。

Description

一种真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统

技术领域

本发明属于农产品加工技术领域，特别涉及一种真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统。

背景技术

真空脉动干燥是在真空干燥过程中，按照一定的规律周期性的改变干燥室压力的干燥技术，是一种新型的果蔬机械化干燥技术。相比于真空干燥，真空脉动干燥技术不但保留了低温干燥、一定程度隔绝氧气、产品品质好等优点，更由于压力脉动，有助于扩充物料的孔道，加速水分的迁移，具有更高的干燥效率和更好的干品复水性。真空脉动干燥技术已经在多种名优农产品的产地加工方面投入了使用，如新疆地区的葡萄制干、甘肃枸杞干燥、浙江龙泉灵芝及孢子粉干燥等。

目前，真空脉动干燥技术在生产应用当中出现以下了问题，影响了技术的推广应用：

(1)作业人员技术水平低，领域专家技术支持人力与时间成本高

目前，果蔬产地干燥的作业人员大部分来自农民，受过较好教育具有较好专业技术水平人员的比例明显偏低，并且获取专业知识的渠道较少。在设备出现故障需要检修或定期专业维护保养方面，作业人员的知识技能水平明显不足；同时，果蔬干燥工艺的确定主要是基于试验设计进行干燥工艺优化，而作业人员难以掌握科学而复杂的新工艺开发过程，进行新物料加工时，干燥工艺的确定往往出现困难，导致加工效率与产品品质降低，能耗大幅增加。

与此同时，领域专家与生产企业设计制造了果蔬干燥装备并开发了部分的配套工艺。领域专家掌握设备原理、设备检修与维护、干燥工艺优化以及产品品质保障等方面的大量知识与信息。近年来，随着果蔬加工产业的发展，果蔬干燥机械国家购机补贴政策的执行，果蔬干燥设备生产项目明显增加，但由于果蔬干燥作业工人知识水平有限易出现设备故障，农产品加工装备分布区域广等原因，领域专家进行技术支持时若采用现场服务的形式，会显著增加领域专家的工作量并产生一大笔差旅费用，而采用电话形式又往往由于沟通方式不够形象，导致解疑效率明显降低，在农产品的加工高峰期，若设备故障得不到及时有效的解决，又往往会造成农产品加工原料腐败浪费等问题。

如何经济高效的利用领域专家的知识解决作业人员在实际果蔬干燥过程中所面临的各种复杂问题，并不断提高作业人员自身的专业化技能水平？利用现代信息技术、计算机技术及网络技术研发干燥装备网络化信息服务系统是理想的选择。一方面，在系统网站上开辟专家与用户的交流区，双方可通过文本、图片、音频及视频等多媒体方式进行交流，便于专家快速定位用户问题，提高解疑效率，降低技术支持的时间与人力成本；另一方面，通过在系统网站增加设备检修维护、果蔬加工等方面的知识栏目，改善工人获取信息的途径、数量与新旧程度，提高工人自身的技能水平。

(2)干燥过程缺乏较为全面的关键参数在线检测技术及系统集成

物料的含水率、色泽与收缩、物料内部温度是果蔬干燥过程中的关键参数。尤其是果蔬制品的色泽与收缩情况首先影响了消费者对产品商品价值的判断。

而目前真空脉动干燥监控系统并不具备物料色泽与收缩参数的在线检测功能，不能进行针对性的优化。果蔬干燥过程是物料色泽、收缩、营养成分与含水率的多指标加工过程。现有果蔬干燥监控系统普遍存在检测参量不全面的问题，在进行干燥过程分析和优化时，易导致分析的不全面和优化时的顾“此”失“彼”。因此，只有不断发展和完善上述多种关键参数的在线检测技术并进行监控系统集成，使系统同时具备多方面关键参数的在线检测功能，才能更加全面深入的分析和优化果蔬干燥过程。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，将果蔬干燥多参数监控系统与网络化信息服务系统有机集成，从而解决现有真空脉动干燥技术在推广应用中出现作业人员技术水平低、领域专家技术支持人力与时间成本高、较为全面的干燥过程关键参数在线检测功能及系统集成缺乏等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，包括三层结构，分别为设备现场监控层、系统云端网站与数据库层及网络用户层，其特征在于：

上述设备现场监控层包括触摸工控一体机1，所述触摸工控一体机1通过数据总线分别与嵌入式电路板一2、嵌入式电路板二3、称量传感器20、用电量监测仪5及短信发送仪26相连，所述触摸工控一体机1与称量传感器20之间还连接有智能仪表4，所述称量传感器20实时采集物料38的重量，并与所述智能仪表4相连，智能仪表4获取称量传感器20的信号，并对信号进行滤波和标度变换后通讯上传至触摸工控一体机1。

上述设备现场监控层中，所述嵌入式电路板一2分别与温湿度检测模块6、加热温度传感器7、物料温度传感器组8、真空泵9、破空阀11、加热板27相连，所述嵌入式电路板一2与真空泵9之间还连接有功率驱动器一10，所述嵌入式电路板一2与破空阀11之间还连接有功率驱动器二12，所述嵌入式电路板一2与加热板27之间还连接有功率驱动器三26。

上述设备现场监控层中，所述嵌入式电路板二3分别与真空传感器13、液位传感器14、冷却阀15、声光报警器18、称量温度传感器19相连，所述嵌入式电路板二3与冷却阀之间还连接有功率驱动器四16，所述嵌入式电路板二3与声光报警器18之间还连接有功率驱动器五17。

上述设备现场监控层中，还包括无线路由器21和网络摄像头22，所述触摸工控一体机1和网络摄像头22连接，通过无线路由器21创建的设备现场监控层无线网络连接，所述触摸工控一体机1还通过无线路由器21与远端云服务器25连接，所述网络摄像头22安装在可伸缩和旋转的摄像头支架34上，网络摄像头22既可在干燥过程中通过干燥箱门36上的透明观察窗27对物料的图像信息进行采集，也可在现场人员与专家交流时采集生产现场的其他图像、音频和视频信息。

所述系统云端网站与数据库层建立在远端云服务器25中，包含B/S系统网站24与系统数据库23。

所述系统网络用户层，定义用户类型，各类型用户通过互联网或无线网络访问监控与信息服务系统网站。

所述用户类型包括：领域专家、果蔬加工企业管理人员、作业工人或设备生产企业管理人员。

其中，所述称量传感器20内置于真空干燥室29中，称量传感器20的上顶面安装在真空干燥室29内部的料架32的顶部横梁上，通过螺纹连接，称量传感器20的下底面通过悬吊索31与称量托架30相连，称量托架30的托举臂上安装加热板27，通过螺纹固定，干燥时放置了物料38的料盘28安放加热板27上；所述称量温度传感器19紧密贴合安装在料架32的顶部横梁安装称量传感器20的部分，采集干燥过程中称量传感器20的温度变化情况；物料内部温度传感器组8插入物料38的内部。

其中，所述触摸工控一体机1包括：

系统人机界面，用于干燥工艺参数的设置，干燥过程各关键参数数值及设备各功能部件状态的实时显示；

后台程序模块，用于控制网络摄像头并采集图像、音视频信息，实时通讯获取干燥过程中的耗电量、干燥环境温湿度、物料内部温度、干燥室真空度、加热温度数据、真空泵冷却液液位数据，进行物料重量数据实时获取与含水率在线软测量，监控系统数据的实时打包和网络发布；

网络浏览器，通过所述网络浏览器访问监控与信息服务系统网站，并与专家进行远程交流。

其中，所述嵌入式电路板一2和嵌入式电路板二3包括嵌入式芯片程序，所述嵌入式芯片程序主要完成获取嵌入式电路板所连各传感器信号(干燥环境温湿度、物料内部温度、干燥室真空度、加热温度、真空泵冷却液液位等传感器信号)的实时获取、滤波和标度变换，以及将这些数据向所述触摸工控一体机1上传，并获取触摸工控一体机1的控制指令执行对真空泵9、破空阀11、冷却阀15、加热板27、声光报警器18进行控制，并实现干燥室温度的PID精确控制。

其中，所述监控服务系统网站包括用户登录界面、设备网络化远程监测与控制界面、用户与专家的交流区、果蔬加工知识学习、检修引导、使用规程等栏目。

其中，所述用户与专家的交流区，支持专家与用户之间通过文本、图像、视频/音频等方式进行远程交流。

其中，所述监控服务系统数据库主要完成干燥过程数据的存储和用户权限管理工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明同时具备干燥过程中多方面关键参数(物料的图像、含水率、内部温度)的在线检测与设备自动控制、远程设备监控、专家远程咨询服务、检修引导与果蔬加工专业知识学习等方面功能。其中专家与用户之间可以通过图像、音频、视频等多媒体形式交流，提高了疑难解答的效率；干燥过程中物料图像信息的获取可进行物料加工过程中色泽与收缩变化情况的分析和优化。本发明解决了真空脉动干燥技术推广应用中出现的作业人员技术水平低、领域专家技术支持人力与时间成本高、较为全面的干燥过程关键参数在线检测功能及系统集成缺乏等问题。

2、本发明的网络用户，包括领域专家、果蔬加工企业管理人员、作业工人或设备生产企业管理人员，均可通过互联网或无线网络，采用网络浏览器访问真空脉动干燥装备网络化远程多参数监控与信息服务系统网站，而不必安装任何专业软件，降低了后续系统升级和维护时的成本；用户通过权限验证后，可网络化远程获取物料干燥过程、装备运行状态等方面的信息，可实现专家远程数据采集与干燥过程分析优化，企业管理人员与作业工人进行远程干燥状态监测和无人值守作业，支持领域专家与装备生产企业进行网络化低成本技术支持服务与装备全生命周期状态跟踪。

3、相比于局域网型远程监控系统，本系统基于云服务与互联网构建，在网络时代，用户远程访问与监控不受空间限制，在云服务器上构建系统也可以有效降低系统成本；相比于采用类似GPRS技术组建的远程监控网络，本系统对图像、音视频等多媒体信息具备良好的传输和处理能力；相比于单一的信息服务系统，本发明具备果蔬加工过程多参数监控与信息服务两方面功能。

4、本发明采用模块化设计理念，系统维护和功能扩展方便，成本低。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明与干燥设备的连接示意图；

图3是本发明中悬吊称量料层的结构示意图；

图中：

1-触摸工控一体机、2-嵌入式电路板一、3-嵌入式电路板二、4-智能仪表4、5-用电监测仪、6-温湿度监测模块、7-加热温度传感器、8-物料温度传感器组、9-真空泵、10-功率驱动器一、11-破空阀、12-功率驱动器二、13-真空传感器、14-液位传感器、15-真空泵冷却阀15、16-功率驱动器四、17-功率驱动器五、18-声光报警器、19-称量温度传感器、20-称量传感器、21-无线路由器、22-网路摄像机、23-系统数据库、24-系统网站、25-远端云服务器、26-功率驱动器三、27-加热板、28-料盘、29-真空干燥室、30-称量托架、31-悬吊索、32-料架、33-透明观察窗、34-摄像头支架、35-干燥机体、36-干燥箱门、37-真空泵冷却水箱、38-物料。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

图1为一种真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统的结构示意图，图2是多参数监控与信息服务系统与干燥设备的连接示意图，图3是多参数监控与信息服务系统中悬吊称量料层的结构示意图。

如图1所示，该系统包含设备现场监控层、系统云端网站与数据库层及网络用户层。

上述设备现场监控层包括触摸工控一体机1，所述触摸工控一体机1通过数据总线分别与嵌入式电路板一2、嵌入式电路板二3、称量传感器20、用电量监测仪5及短信发送仪26相连，所述触摸工控一体机1与称量传感器20之间还连接有智能仪表4。

上述设备现场监控层中，所述嵌入式电路板一2分别与温湿度检测模块6、加热温度传感器7、物料温度传感器组8、真空泵9、破空阀11、加热板27相连，所述嵌入式电路板一2与真空泵9之间还连接有功率驱动器一10，所述嵌入式电路板一2与破空阀11之间还连接有功率驱动器二12，所述嵌入式电路板一2与加热板27之间还连接有功率驱动器三26。

上述设备现场监控层中，所述嵌入式电路板二3分别与真空传感器13、液位传感器14、冷却阀15、声光报警器18、称量温度传感器19相连，所述嵌入式电路板二3与冷却阀之间还连接有功率驱动器四16，所述嵌入式电路板二3与声光报警器18之间还连接有功率驱动器五17。

其中，如图2及3所示，所述称量传感器20内置于真空干燥室29中，称量传感器20的上顶面安装在真空干燥室29内部的料架32的顶部横梁上，通过螺纹连接，称量传感器20的下底面通过悬吊索31与称量托架30相连；称量托架30的托举臂上安装加热板27，通过螺纹固定，干燥时放置了物料38的料盘28安放加热板27上；称量时，系统自动去除恒定的料盘与加热板重量，使所述称量传感器20实时采集物料38的重量变化，并与所述智能仪表4相连，智能仪表4获取称量传感器20的信号，并对信号进行滤波和标度变换后通讯上传至触摸工控一体机1；同时，所述称量温度传感器19紧密贴合在料架32的顶部横梁安装称量传感器20的部分，采集干燥过程中称量传感器20的温度变化情况，系统根据称量传感器20的温度变化情况对自动称量部分进行在线温度补偿，提高称量精度；物料内部温度传感器组8插入物料38的内部，采集干燥过程中物料的温度变化情况。

其中，所述嵌入式电路板一2和嵌入式电路板二3包括嵌入式芯片程序，所述嵌入式芯片程序主要完成获取嵌入式电路板所连各传感器信号(干燥环境温湿度、物料内部温度、干燥室真空度、加热温度、真空泵冷却液液位等传感器信号、称量传感器温度)的实时获取、滤波和标度变换，以及将这些数据向所述触摸工控一体机1上传，并获取触摸工控一体机1的控制指令执行对真空泵9、破空阀11、冷却阀15、加热板27、声光报警器18进行控制。

上述设备现场监控层中，如图1所示，还包括无线路由器21和网络摄像头22，所述触摸工控一体机1和网络摄像头22通过无线路由器21创建的设备现场监控层无线网络连接，由触摸工控一体机1控制网络摄像头22，触摸工控一体机1再通过无线路由器21与远端云服务器25连接。如图2所示，所述网络摄像头22安装在可伸缩和旋转的支架34上，网络摄像头22既可在干燥过程中通过干燥箱门36上的透明观察窗27对物料的图像信息进行采集，也可在现场人员与专家交流时采集生产现场的其他图像、音频和视频信息。

其中，所述触摸工控一体机1包括：

系统人机界面，用于干燥工艺参数的设置，干燥过程各关键参数数值及设备各功能部件状态的实时显示；

后台程序模块，用于控制网络摄像头并采集图像、音视频信息，实时通讯获取干燥过程中的耗电量、干燥环境温湿度、物料内部温度、干燥室真空度、加热温度数据、真空泵冷却液液位数据，进行物料重量数据实时获取与含水率在线软测量，监控系统数据的实时打包和网络发布；

网络浏览器，作业工人通过所述网络浏览器访问监控与信息服务系统网站，并就加工中的疑难问题与专家进行远程交流。

如图1所示，在远端云服务器25中建立系统云端网站与数据库层，包含B/S(浏览器/服务器模式)系统网站24与系统数据库23。其中，监控服务系统网站包括用户登录界面、设备网络化远程监测与控制界面、用户与专家的交流区、果蔬加工知识学习、检修引导、使用规程等栏目；用户与专家的交流区，可支持专家与用户之间通过文本、图像、视频/音频等方式进行远程交流，便于专家准确诊断设备故障与定位用户问题，有效减少疑难解答时间，降低领域专家技术支持的人力与时间成本；果蔬加工知识学习栏目，可用于作业人员培训，并由领域专家定期更新，有效提高果蔬干燥作业人员掌握加工知识的数量和质量；监控服务系统数据库主要完成干燥过程数据的存储和用户权限管理等工作。

系统网络用户，包括领域专家、果蔬加工企业管理人员、作业工人或设备生产企业管理人员，均可通过互联网或无线网络，采用网络浏览器访问真空脉动干燥装备网络化远程多参数监控与信息服务系统网站，而不必安装任何专业软件，降低了后续系统升级和维护的成本；在用户完成权限验证后，可网络化远程获取物料干燥过程、装备运行状态等方面的信息，可实现专家远程数据采集与干燥过程分析优化，企业管理人员与作业工人进行远程干燥状态监测和无人值守作业，支持领域专家与装备生产企业进行网络化低成本技术支持服务与装备全生命周期状态跟踪，从而多方位提高果蔬真空脉动干燥的加工水平。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，包括三层结构，分别为设备现场监控层、云端系统网站与数据库层及网络用户层，其特征在于：

所述设备现场监控层，包括触摸工控一体机(1)，所述触摸工控一体机(1)通过数据总线分别与嵌入式电路板一(2)、嵌入式电路板二(3)、称量传感器(20)、用电量监测仪(5)及短信发送仪(26)相连，所述嵌入式电路板一(2)分别与温湿度检测模块(6)、加热温度传感器(7)、物料温度传感器组(8)、真空泵(9)、破空阀(11)、加热板(27)相连，所述嵌入式电路板二(3)分别与真空传感器(13)、液位传感器(14)、冷却阀(15)、声光报警器(18)、称量温度传感器(19)相连；

所述系统云端网站与数据库层包括B/S系统网站(24)与系统数据库(23)，所述B/S系统网站(24)与系统数据库(23)均建立在远端云服务器(25)中；

所述网络用户包括：领域专家、果蔬加工企业管理人员、作业工人或设备生产企业管理人员；各类型用户通过互联网或无线网络访问监控与信息服务系统网站。

2.根据权利要求1所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述设备现场监控层中，还包括无线路由器(21)和网络摄像头(22)，所述网络摄像头(22)和触摸工控一体机(1)之间通过无线路由器(21)创建的设备现场监控层无线网络连接，所述触摸工控一体机(1)还通过无线路由器(21)与远端云服务器(25)连接。

3.根据权利要求2所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述网络摄像头(22)安装在可伸缩和旋转的摄像头支架(34)上，网络摄像头(22)既可在干燥过程中通过干燥箱门(36)上的透明观察窗(27)对物料的图像信息进行采集，也可在现场人员与专家远程交流时采集生产现场的其他图像、音频和视频信息。

4.根据权利要求1所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述嵌入式电路板一(2)与真空泵(9)之间还连接有功率驱动器一(10)，所述嵌入式电路板一(2)与破空阀(11)之间还连接有功率驱动器二(12)，所述嵌入式电路板一(2)与加热板(27)之间还连接有功率驱动器三(26)；所述嵌入式电路板二(3)与冷却阀(15)之间还连接有功率驱动器四(16)，所述嵌入式电路板二(3)与声光报警器(18)之间还连接有功率驱动器五(17)。

5.根据权利要求1所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述称量传感器(20)实时采集物料(38)的重量，所述触摸工控一体机(1)与称量传感器(20)之间还连接有智能仪表(4)，称量传感器(20)内置于真空干燥室(29)中，称量传感器(20)的上顶面安装在真空干燥室(29)内部的料架(32)的顶部横梁上，通过螺纹连接，称量传感器(20)的下底面通过悬吊索(31)与称量托架(30)相连，称量托架(30)的托举臂上安装加热板(27)，通过螺纹固定，干燥时放置了物料(38)的料盘(28)安放加热板(27)上；所述称量温度传感器(19)紧密贴合安装在料架(32)的顶部横梁安装称量传感器(20)的部分，采集干燥过程中称量传感器(20)的温度变化情况；物料内部温度传感器组(8)插入物料(38)的内部。

6.根据权利要求1、2与5任一项所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述触摸工控一体机(1)包括：

系统人机界面，用于干燥工艺参数的设置，干燥过程各关键参数数值及设备各功能部件状态的实时显示；

后台程序模块，用于控制网络摄像头并采集图像、音视频信息，实时通讯获取干燥过程中的耗电量、干燥环境温湿度、物料内部温度、干燥室真空度、加热温度数据、真空泵冷却液液位数据，进行物料重量数据实时获取与含水率在线软测量，监控系统数据的实时打包和网络发布；

网络浏览器，现场作业人员通过所述网络浏览器访问监控与信息服务系统网站，并与专家进行远程交流。

7.根据权利要求1、4所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述嵌入式电路板一(2)和嵌入式电路板二(3)包括嵌入式芯片程序，所述嵌入式芯片程序主要完成获取嵌入式电路板所连各传感器信号的实时获取、滤波和标度变换，以及将这些数据向所述触摸工控一体机(1)上传，并获取触摸工控一体机(1)的控制指令执行对真空泵(9)、破空阀(11)、冷却阀(15)、声光报警器(18)、加热板(27)进行控制。

8.根据权利要求1所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述监控服务系统网站包括用户登录界面、设备网络化远程监测与控制界面、用户与专家的交流区、果蔬加工知识学习、检修引导、使用规程等栏目；所述用户与专家的交流区，支持专家与用户之间通过文本、图像、视频/音频等方式进行远程交流。

9.根据权利要求1所述真空脉动干燥网络化远程多参数监控与信息服务系统，其特征在于，所述监控服务系统数据库主要完成干燥过程数据的存储和用户权限管理工作。