CN110018703A - 一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路及方法。所述控制电路包括：微控制器以及分别与所述微控制器连接的温度采集调理电路、开关量信号采集电路、RS485通信电路、继电器控制电路。本发明提出了基于模糊控制和分布式温度采集相结合的方式，通过采集进风温度、排风温度、包衣机内随机分布的任意一点机内温度，及包衣机内负压，实现对进风和排风电机的速度控制，从而实现对包衣机内的温度实时控制，进而实现提高包衣质量，降低包衣机热循环时间，减少薄膜包衣时间，提高薄膜包衣效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及智能制药包衣机技术领域，具体涉及一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路及方法。
背景技术
高效包衣机是用于中西药片、药丸以及糖果等进行水相薄膜、有机薄膜包衣的机电一体化专用设备，它通常由不锈钢外壳、包衣滚筒(包衣锅)、热风进风系统、排风除尘系统、喷洒装置等各部件构成。根据《中国制药设备行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》的分析，截至2018年，我国制药机械设备行业市场规模近年来一直保持20％以上的速度增长，目前我国制药机械设备行业企业已达800余家，市场规模已经超过450亿元，我国已经发展成为制药机械设备生产大国。在迎来巨大的发展机遇的同时，制药机械设备行业也将面临着巨大的挑战和激烈的竞争。新版GMP认证对制药企业的要求提高到“软硬件并重”，强化生产过程中数据监控及管理，大幅提高无菌生产标准，并明确要求制药企业需在5年内完成设备更换以达到相关要求。因此，随着新版GMP的实施推行，以低端产品为主，研发实力较弱的制药机械设备企业将逐步被淘汰，大量中小型企业具有迫切的智能化改造和升级换代需求。在包衣机的智能化升级和改造中，如何提高包衣质量，降低包衣机热循环时间，减少薄膜包衣时间，提高薄膜包衣效率是重点，而这尤其体现在对包衣机的热风进风和排风降温控制。现有的包衣机多通过温度采集单元采集热风进风口温度值，再基于PID算法或者直接与PLC设定的温度阈值相比，进而调节包衣机进风电机的电机转速，从而实现对包衣机的温度控制。
然而，上述现有技术目前存在如下缺点：控制不够精确、快速。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提出了基于模糊控制和分布式温度采集相结合的方式，通过采集进风温度、排风温度、包衣机内随机分布的任意一点机内温度，及包衣机内负压，实现对进风和排风电机的速度控制，从而实现对包衣机内的温度实时控制，进而实现提高包衣质量，降低包衣机热循环时间，减少薄膜包衣时间，提高薄膜包衣效率的目的。
具体的，本发明提供了一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，包括：微控制器以及分别与所述微控制器连接的温度采集调理电路、开关量信号采集电路、RS485通信电路、继电器控制电路。
优选的，所述温度采集调理电路包括：温度传感器以及信号调理电路，所述温度传感器连接所述信号调理电路，所述信号调理电路连接所述微控制器。
优选的，所述信号调理电路包括仪表用放大器AD623。
优选的，所述微控制器采用STM32F769VGT6，通过片内AD采集AD623的输出信号，实现温度数据的采集计算。
优选的，所述开关量信号采集电路包括前端一阶RC低通滤波电路、TLP181、后端一阶RC低通滤波电路，使得24V/12V开关量信号通过TLP181光耦输入至微控制器。
优选的，所述RS485通信电路为两个，分别为第一RS485通信电路以及第二RS485通信电路，所述第一RS485通信电路连接进风电机，所述第二RS485通信电路连接排风电机，所述微控制器通过片内的TTL串口分别与两个所述RS485通信电路相连。
优选的，所述RS485通信电路包括ADM2481BRWZ。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种根据上述的基于模糊控制的智能包衣机控制电路的控制方法，包括如下步骤：
(1)通过温度传感器采集热风进风口温度；
(2)通过温度传感器采集排风口温度；
(3)通过温度传感器采集包衣机内随机分布的任意一点温度；
(4)通过压力传感器采集包衣机内负压；
(5)使用Mandani模糊推理实现对进风和排风电机的速度控制，从而实现对包衣机内的温度控制。
优选的，对于所述模糊推理的每个输入变量，采用梯形隶属度函数。
优选的，所述模糊推理的模糊规则如下：
如果热风进风口温度低、排风口温度低、包衣机内随机分布的任意一点温度低、包衣机内负压高，则提高进风口电机速度，减小排风口电机速度；
如果热风进风口温度低、排风口温度高、包衣机内随机分布的任意一点温度高、包衣机内负压低，则提高进风口电机速度，提高排风口电机速度；
如果热风进风口温度高、排风口温度低、包衣机内随机分布的任意一点温度低、包衣机内负压高，则提高进风口电机速度，减小排风口电机速度；
如果热风进风口温度高、排风口温度高、包衣机内随机分布的任意一点温度高、包衣机内负压低，则减小进风口电机速度，提高排风口电机速度。
本发明的优点在于：本发明实现了提高包衣质量，降低包衣机热循环时间，减少薄膜包衣时间，提高薄膜包衣效率的目的。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了根据本发明实施方式的包衣机控制电路原理图；
附图2示出了根据本发明实施方式的PT1000信号调理电路图；
附图3示出了根据本发明实施方式的开关量采集电路图；
附图4示出了根据本发明实施方式的隔离RS485通信电路图；
附图5示出了根据本发明实施方式的继电器控制电路图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的电路架构如图1所示，它包括：温度采集调理电路；RS485通信电路；开关量信号采集电路；继电器输出控制电路；微控制器CPU核心电路。
仪表用放大器AD623构成了信号调理电路，用于采集PT1000的温度传感器信号，如图2所示。微控制器STM32F769VGT6通过片内AD采集AD623的输出信号，实现温度数据的采集计算。
24V/12V开关量信号通过TLP181光耦输入至微控制器STM32F769VGT6，如图3所示，R38和C17组成了前端一阶RC低通滤波电路，用于滤除高频干扰。R39和C33构成了后端一阶RC低通滤波电路，信号X07输入至STM32F769VGT6的输入端口。
微控制器STM32F769VGT6利用片内的TTL串口与RS485隔离通信芯片ADM2481BRWZ相连，实现了对进风电机、排风电机变频器的控制，进而实现对进风电机、排风电机的调速，电路如图4所示。图4中，ADM2481BRWZ构成了RS485隔离通信电路，可以增强信号的抗干扰能力。
微控制器STM32F769VGT6通过继电器控制电路实现了对板内继电器的控制，用于控制包衣机内的控制电路。
为实现上述目的，本发明的控制电路的控制方法包括以下步骤：
(1)通过温度传感器PT1000采集热风进风口温度，定义为T1；
(2)通过温度传感器PT1000采集排风口温度，定义为T2；
(3)通过温度传感器PT1000采集包衣机内随机分布的任意一点温度，定义为T3；
(4)通过压力传感器采集包衣机内负压，定义为Pa；
(5)使用Mandani模糊推理实现对进风和排风电机的速度控制，从而实现对包衣机内的温度实时、准确控制。它包括如下步骤：
(5-1)该模糊推理的输入变量为T1，T2，T3，Pa。
(5-2)针对上述每个输入变量，采用如下梯形隶属度函数。
其中，x为输入变量，[a，b，c，d]是梯形隶属度函数的取值范围。T1温度隶属度函数的取值为[0，0.3，0.5，1]；T2的取值为[0，0.3，0.5，1]；T3的取值为[0.1，0.4，0.6，1]；Pa的取值为[0，0.1，0.2，0.6]。
(5-3)采用如下模糊规则：
IF T1温度低AND T2温度低AND T3温度低AND Pa高
THEN提高进风口电机速度，减小排风口电机速度；
IF T1温度低AND T2温度高AND T3温度高AND Pa低
THEN提高进风口电机速度，提高排风口电机速度；
IF T1温度高AND T2温度低AND T3温度低AND Pa高
THEN提高进风口电机速度，减小排风口电机速度；
IF T1温度高AND T2温度高AND T3温度高AND Pa低
THEN减小进风口电机速度，提高排风口电机速度；
(5-4)在步骤(5-3)所述的模糊规则中，“AND”逻辑采用取最小值，采用重心法解模糊逻辑。
本发明提出的基于模糊控制和分布式温度采集相结合的方式，通过采集进风温度、排风温度、包衣机内随机分布的任意一点机内温度，及包衣机内负压，实现了对进风和排风电机的速度控制，从而实现对包衣机内的温度实时控制，经实验验证证明，包衣机内升温时间效率提高了50％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，其特征在于，包括：
微控制器以及分别与所述微控制器连接的温度采集调理电路、开关量信号采集电路、RS485通信电路、继电器控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，其特征在于，
所述温度采集调理电路包括：温度传感器以及信号调理电路，所述温度传感器连接所述信号调理电路，所述信号调理电路连接所述微控制器。
3.根据权利要求2所述的一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，其特征在于，
所述信号调理电路包括仪表用放大器AD623。
4.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，其特征在于，
所述微控制器采用STM32F769VGT6，通过片内AD采集AD623的输出信号，实现温度数据的采集计算。
5.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，其特征在于，
所述开关量信号采集电路包括前端一阶RC低通滤波电路、TLP181、后端一阶RC低通滤波电路，使得24V/12V开关量信号通过TLP181光耦输入至微控制器。
6.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，其特征在于，
所述RS485通信电路为两个，分别为第一RS485通信电路以及第二RS485通信电路，所述第一RS485通信电路连接进风电机，所述第二RS485通信电路连接排风电机，所述微控制器通过片内的TTL串口分别与两个所述RS485通信电路相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于模糊控制的智能包衣机控制电路，其特征在于，
所述RS485通信电路包括ADM2481BRWZ。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的基于模糊控制的智能包衣机控制电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过温度传感器采集热风进风口温度；
(2)通过温度传感器采集排风口温度；
(3)通过温度传感器采集包衣机内随机分布的任意一点温度；
(4)通过压力传感器采集包衣机内负压；
(5)使用Mandani模糊推理实现对进风和排风电机的速度控制，从而实现对包衣机内的温度控制。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
对于所述模糊推理的每个输入变量，采用梯形隶属度函数。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
所述模糊推理的模糊规则如下：
如果热风进风口温度低、排风口温度低、包衣机内随机分布的任意一点温度低、包衣机内负压高，则提高进风口电机速度，减小排风口电机速度；
如果热风进风口温度低、排风口温度高、包衣机内随机分布的任意一点温度高、包衣机内负压低，则提高进风口电机速度，提高排风口电机速度；
如果热风进风口温度高、排风口温度低、包衣机内随机分布的任意一点温度低、包衣机内负压高，则提高进风口电机速度，减小排风口电机速度；
如果热风进风口温度高、排风口温度高、包衣机内随机分布的任意一点温度高、包衣机内负压低，则减小进风口电机速度，提高排风口电机速度。
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