CN108485949A - 一种新型智能转动发酵罐测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型智能转动发酵罐测控系统,包括PLC控制器、取电装置、整流装置和视觉传感器触发装置；发酵罐通过支承装置可转动的设置在底座架上，初级电缆通过电缆支架支撑环绕发酵罐最大直径处，且与发酵罐表面有间隔，并和电源连接形成闭合回路；取电装置和整流装置设置在发酵罐上；初级电缆穿过取电装置，产生感应电流，并通过整流装置输出直流电压，为设置在发酵罐上的传感器和显示屏供电；视觉传感器触发装置设置在固定支撑架上并通过缆线与PLC控制器电连接；PLC控制器与上位机电连接；电源为PLC控制器和上位机供电。本发明采用无线供电技术与机器视觉技术取代传统发酵罐测控系统中的供电和数据传输方式，具有更高的智能化和信息化水平。

Description

一种新型智能转动发酵罐测控系统

技术领域

本发明属于测控技术领域，具体涉及一种新型智能转动发酵罐测控系统。

背景技术

随着生物科学技术的迅速发展，发酵工业也发展得越来越快，传统发酵装置不能够满足于工业化生产需求，因此需要开发新的发酵罐装置。若采用常用的控制系统将会使发酵罐罐体不能转动，影响发酵罐中发酵基质发酵效果。因此，对可转动发酵罐测控系统也有了更新与更高要求。

目前，传统测控系统均采用连接电源线对所控系统的仪器设备进行供电，并通过信号传输线或无线WiFi数据传输模块将所测得参数传入上位机中进行处理(如显示、存储、数据查询等)。由于传统测控系统采用技术是将能源单元和发酵工艺中央控制单元与发酵罐进行有线连接，因此采用传统发酵罐测控系统结构不能满足转动式发酵罐的需求，并解决现场复杂生产环境下，下面面对的技术问题：

(1)在实际发酵基质发酵过程中，由于要对发酵罐表面的仪器仪表进行供电，能源单元与发酵罐之间需接入大量电源线，导致发酵罐无法转动，并且设备安装复杂。

(2)采用数据传输线传输数据的方式将会受到其安装方式和长度等因素的影响，使信号受到各种干扰，采集数据的精确度下降。

(3)通过无线WiFi数据传输模块传输数据易受外界环境干扰，数据传输不稳定，使整个发酵罐测控系统安全性、可靠性变差。

(4)如何实现新型转动式发酵罐在何种条件下进行转动，以及在什么条件下停止转动，才能使发酵罐中发酵基质发酵更合理，以及如何使发酵罐稳定停止转动。

(5)传统类似测控系统中系统结构繁琐，需要操作人员经常进行维护，检查线路；并且使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术问题，而提供的一种新型智能转动发酵罐测控系统。

一种新型智能转动发酵罐测控系统,包括电源、PLC控制器、初级电缆、取电装置、整流装置、上位机和视觉传感器触发装置；发酵罐通过支承装置可转动的设置在在底座架上，初级电缆通过电缆支架支撑环绕发酵罐最大直径处处，且与发酵罐表面间隔80～90mm，并和电源连接，形成闭合回路；所述取电装置和整流装置设置在发酵罐上；初级电缆穿过取电装置，产生感应电流，并通过整流装置输出直流电压，为设置在发酵罐上的传感器和显示屏供电；所述视觉传感器触发装置设置在固定支撑架上，以获取显示屏中的信息；所述视觉传感器触发装置通过缆线与PLC控制器电连接；所述PLC控制器与上位机电连接；电源为PLC控制器和上位机供电。

进一步的，所述取电装置包括取电单元和整流单元插座；所述取电单元采用设置成U形的导线结构；取电单元与整流单元插座形成回路；取电单元通过固定螺栓固定在发酵罐上。

进一步的，所述整流装置包括整流单元、输入插座和输出插座；整流单元上设置有一个输入插座和多个输出插座；所述输入插座与整流单元插座连接；所述输出插座与传感器、显示屏连接，进行供电。

进一步的，所述视觉传感器触发装置包括视觉传感器、激光发射器、激光接收器、固定座、固定支撑架、电磁锁紧装置和设置在发酵罐侧面的反射镜；所述视觉传感器设置在固定座内，并通过设置在固定座上的固定支撑架支撑；所述固定座上还设置有激光发射器和激光接收器；激光发射器发射激光经反射镜反射，让激光接收器接收，为视觉传感器获取显示屏的信息提供触发信号；电磁锁紧装置安装在发酵罐的转动轴上，通过PLC控制器控制电磁信号来控制发酵罐的锁止。

进一步的，所述发酵罐通过电机和传动齿圈驱动转动，通过电磁锁紧装置进行锁止。

进一步的，所述电磁锁紧装置通过锁紧支架固定在底座架上。

本发明的有益效果：通过内外环无线供电技术，实现对安装在旋转运动发酵罐表面的设备供电；通过工业视觉传感器采集所有发酵罐参数信息，由此实现应用视觉信息来进行系统非接触式数据采集；通过视觉传感器触发装置获取显示屏视觉信息；采用的控制方法可以控制发酵罐停止转动的位置，即该方法可使显示屏准确对中视觉传感器，以便实时测量发酵罐内部参数变化,若发酵罐内部参数变化超过设定值时,开启发酵罐体转动装置,使之做旋转运动。相对于如数据线传输、无线WiFi和电磁波数据传输等，本发明简化了系统结构，该输电方法和数据传输方法主要作用是可使该机电系统实现为测控系统非接触式能量供能和数据传输，由此，可使发酵罐表面所安装仪器仪表(各类传感器、LED显示屏等)可随发酵罐罐体转动，不受电源线与数据传输线限制，且应用视觉信息实现非接触式数据采集的方式相比于数据线传输(长距离)和无线传输(电磁波传输、WiFi传输等)受外界环境干扰更小，整个发酵罐测控系统能够适应更复杂的生产环境，稳定性更高。

附图说明

图1为本发明测控系统轴视图；

图2为本发明测控系统侧视图；

图3为取电装置结构示意图；

图4为整流装置结构示意图；

图5为视觉传感器触发装置结构示意图；

图6、图7为发酵罐测控系统工作流程结构图；

图8为视觉传感器触发装置与显示屏安装位置示意图。

其中：1、电源；2、PLC控制器；3、电缆支架；4、电机；5、初级电缆；6、取电装置；7、整流装置；8、传感器；9、显示屏；10、反射镜；11、电磁锁紧装置；12、视觉传感器；13、激光发射器；14、激光接收器；15、固定支撑架；16、上位机；17、取电单元；18、固定螺栓；19、整流单元插座；20、输入插座；21、整流单元；22、输出插座；23、传动齿圈；24、发酵罐；25、锁紧支架；26、固定座；27、底座架；28、缆线；29、支承装置。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

如图1至图8所示，一种新型智能转动发酵罐测控系统,包括电源1、PLC控制器2、初级电缆5、取电装置6、整流装置7、上位机16和视觉传感器触发装置；发酵罐24通过支承装置可转动的设置在在底座架27上，初级电缆5通过电缆支架3支撑环绕发酵罐24最大直径处处，且与发酵罐24表面间隔80～90mm，并和电源1连接，形成闭合回路；所述取电装置6和整流装置7设置在发酵罐24上；初级电缆5穿过取电装置6，产生感应电流，并通过整流装置7输出直流电压，为设置在发酵罐上的传感器8和显示屏9供电，传感器8包括温度传感器、pH值传感器、水份传感器、味觉传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器，分别用来检测发酵罐中的相应的参数，然后提供给显示屏9，供视觉传感器触发装置采集；所述视觉传感器触发装置设置在固定支撑架15上，以获取显示屏中的信息；所述视觉传感器触发装置通过缆线28与PLC控制器2电连接；所述PLC控制器2与上位机16电连接；电源1为PLC控制器2和上位机16供电。当电源1接通时，在初级电缆5的周围形成闭合磁场，而发酵罐24表面的取电装置6由于电磁感应，在内部导线中产生感应电流，并经过整流装置7整流形成24V直流电压，为安装在发酵罐24表面的传感器8与显示屏9进行供电。电源1、PLC控制器2和上位机16设置在电控柜中，安装、运输更方便，而且对元器件进行了有效的保护，提高了元器件的使用寿命。

如图3所示，作为优选实施例，所述取电装置6包括取电单元17和整流单元插座19；所述取电单元17采用设置成U形的导线结构；取电单元17与整流单元插座19形成回路；取电单元17通过固定螺栓18固定在发酵罐24上。

如图4所示，作为优选实施例，所述整流装置7包括整流单元21、输入插座20和输出插座22；整流单元21上设置有一个输入插座20和多个输出插座22；所述输入插座20与整流单元插座19连接；所述输出插座与传感器8、显示屏9连接，进行供电。

如图1和5所示，作为优选实施例，所述视觉传感器触发装置包括视觉传感器12、激光发射器13、激光接收器14、固定座26、固定支撑架15、电磁锁紧装置11和设置在发酵罐侧面的反射镜10；所述视觉传感器12设置在固定座26内，并通过设置在固定座26上的固定支撑架15支撑；所述固定座26上还设置有激光发射器13和激光接收器14；激光发射器13发射激光经反射镜10反射，让激光接收器14接收，为视觉传感器12获取显示屏9的信息提供触发信号；电磁锁紧装置11安装在发酵罐的转动轴上，通过PLC控制器2控制电磁信号来控制发酵罐的锁止。所述电磁锁紧装置11通过锁紧支架25固定在底座架27上。电磁锁紧装置11是通过电磁控制的汽车刹车装置的结构。固定支撑架15的连接杆与固定座26可以设置成螺纹连接结构，便于上、下、角度的调节，而且通过螺母锁紧方便。

作为优选实施例，所述发酵罐24通过电机4和传动齿圈23驱动转动，通过电磁锁紧装置11进行锁止。

如图6和图7所示，根据固态酿造发酵工艺，发酵罐对发酵基质搅拌不是连续的，其搅拌作用可分为两部分，分别为初始搅拌和控制搅拌。本发明控制初始搅拌时间为30分钟，充分将发酵罐中液体、气体、固体进行混合以便发酵，而控制搅拌则是根据在上位机16中经过机器视觉图像处理算法提取显示屏9中的视觉信息，如温度、水份含量、PH值等监控参数的处理结果，该结果由传感器8获取，并由PLC控制器2控制电磁锁紧装置11工作、发酵罐转动以及电磁开关通断，实现对发酵罐中的基质搅拌，从而控制罐中发酵基质发酵过程各参数变化，达到发酵基质最佳发酵环境。

本发明中结合发酵罐罐体转动对罐中发酵基质进行搅拌的方式，可分为外部或内部触发方式对视觉传感器触发装置控制，以此控制视觉传感器触发装置对显示屏中视觉信息进行采集。两种触发方式分别对应发酵罐转动和静止两种状态，当发酵罐转动时，采用外部触发采集方式即通过安装视觉传感器触发装置，为视觉传感器提供触发信号，从而获取显示屏中视觉信息。其具体工作原理是由激光发射器13发射一束激光照射在发酵罐表面，而发酵罐表面照射位置处安装有反射镜10，并将激光反射到激光接收器14，激光接收器14接收信号为视觉传感器提供触发信号。因此，每当反射镜10随发酵罐转动经过激光照射点时就反射一次激光，视觉传感器接收来激光接收器14的触发信号，获取此时位于视觉传感器视场中显示屏9内所显示视觉信息。避免当LED显示屏因随发酵罐转动而移出视觉传感器视场时，视觉传感器一直获取视场内无用视觉信息而进行额外工作。而当发酵罐停止转动时，其采集模式改为内部触发即由控制系统每30s为视觉传感器提供一个内部触发信号，视觉传感器接收触发信号获取显示屏9中视觉信息。但发酵罐停止位置并不能一定满足使显示屏位于视觉传感器视场中，因此需要控制发酵罐停止位置，使显示屏位于视觉传感器视场中，才能通过内部触发信号获取显示屏中视觉信息。为满足当发酵罐静止时，也能通过内部触发信号使视觉传感器获取显示屏9中视觉信息。本发明通过电磁锁紧装置11可控制发酵罐停止位置，使显示屏对中视觉传感器，当显示屏位于视觉传感器视场中时，控制系统立即停止电机工作，接通安装在发酵罐转动轴上的电磁锁紧装置11，使发酵罐平稳停止在当前位置，从而实现对中视觉传感器，具体如图8所示，为视觉传感器12与显示屏9对中位置示意图，其中S2区域为视觉传感器12视场区域，S1区域为显示屏9随发酵罐转动所形成区域。当所监控参数低于设定值时，控制系统应实现使发酵罐停止转动功能，具体实施如下:该控制系统进入发酵罐位置控制模式即通过PLC控制器2降低输出功率，控制电机4转动，使发酵罐以1r/5min的速度，进行缓慢转动，并且为视觉传感器12每1s钟提供一个内部触发信号，使视觉传感器12快速获取视场区域S2内的视觉信息，并在上位机16中判定显示屏9是否位于区域S2中，当显示屏9位于视觉传感器12视场区域S2中时，控制系统停止电机4工作，接通安装在发酵罐转动轴上的电磁锁紧装置11，使发酵罐稳定停止在当前位置，从而对中视觉传感器12。此时改为内部触发采集模式，获取显示屏9中视觉信息，实时测量发酵罐内部参数变化。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型智能转动发酵罐测控系统,其特征在于：包括电源、PLC控制器、初级电缆、取电装置、整流装置、上位机和视觉传感器触发装置；发酵罐通过支承装置可转动的设置在在底座架上，初级电缆通过电缆支架支撑环绕发酵罐最大直径处，且与发酵罐表面间隔80～90mm，并和电源连接，形成闭合回路；所述取电装置和整流装置设置在发酵罐上；初级电缆穿过取电装置，产生感应电流，并通过整流装置输出直流电压，为设置在发酵罐上的传感器和显示屏供电；所述视觉传感器触发装置设置在固定支撑架上，以获取显示屏中的信息；所述视觉传感器触发装置通过缆线与PLC控制器电连接；所述PLC控制器与上位机电连接；电源为PLC控制器和上位机供电。

2.如权利要求1所述的一种新型智能转动发酵罐测控系统，其特征在于：所述取电装置包括取电单元和整流单元插座；所述取电单元采用设置成U形的导线结构；取电单元与整流单元插座形成回路；取电单元通过固定螺栓固定在发酵罐上。

3.如权利要求1所述的一种新型智能转动发酵罐测控系统，其特征在于：所述整流装置包括整流单元、输入插座和输出插座；整流单元上设置有一个输入插座和多个输出插座；所述输入插座与整流单元插座连接；所述输出插座与传感器、显示屏连接，进行供电。

4.如权利要求1所述的一种新型智能转动发酵罐测控系统，其特征在于：所述视觉传感器触发装置包括视觉传感器、激光发射器、激光接收器、固定座、固定支撑架、电磁锁紧装置和设置在发酵罐侧面的反射镜；所述视觉传感器设置在固定座内，并通过设置在固定座上的固定支撑架支撑；所述固定座上还设置有激光发射器和激光接收器；激光发射器发射激光经反射镜反射，让激光接收器接收，为视觉传感器获取显示屏的信息提供触发信号；电磁锁紧装置安装在发酵罐的转动轴上，通过PLC控制器控制电磁信号来控制发酵罐的锁止。

5.如权利要求4所述的一种新型智能转动发酵罐测控系统，其特征在于：所述发酵罐通过电机和传动齿圈驱动转动，通过电磁锁紧装置进行锁止。

6.如权利要求4所述的一种新型智能转动发酵罐测控系统，其特征在于：所述电磁锁紧装置通过锁紧支架固定在底座架上。