CN203388688U - 个性化饮料自动配制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种个性化饮料自动配制装置，包括机械部分和控制部分，其特征在于：机械部分包括由型材和亚克力板搭建的外壳，内部前后分别为配制区和控制区，配制区域从上至下分为原料罐层、液位检测和出液层、加热层、出液层和取液层共五层结构；控制区安装控制板，控制板装有24V电源、继电器和温度采集器，并与配制区的电磁阀和压力变送器连接。同时引出电源线，用于给整个设备进行供电。本装置可以实现液位实时检测控制，自主配比混合以及温度选择调节。用户只需要在人机界面上输入原料配比以及温度数据，就可以利用该装备来配制调节自己喜欢的饮料。本实用新型机械设计合理优化，控制部分模块化、集成度高，人机画面直观亲切，动作响应及时，控制反馈精确。

Description

个性化饮料自动配制装置

技术领域

本实用新型涉及一种个性化饮料自动配制装置，实现用户自主配制饮料的需求。该专利涉及机械本体、控制硬件以及具体实施方法，属于典型的机电一体化装备应用。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，消费者对于饮品的要求不再满足于大众口味，然而市场上常见的饮料机，大多只能对既定种类或口味的饮品进行选择，顾客只能是被动接受。目前国内外市场上也相继出现一些自动饮料配制装置，但这些装置配制饮料都建立在提前输入配比的基础上实现的，无法实时监控和个性选择，在实际应用中受到很多限制。

近期，国外饮料生产企业以及相关的服务行业已经开始进行个性化饮料设备的设计与开发，以满足当前人们日益增强的个性化消费需求。可口可乐推出的一款自动贩卖机Freestyle，集结了可口可乐旗下所有品牌的饮料，消费者只要自行组合各式碳酸、运动饮料、柠檬水，就可以变化出125种口味。但是，目前该设备仅仅只是可口可乐公司用于推广其自制产品，市场推广遭遇行业内部竞争阻力。

针对该现状，本发明研制出一款可以实现液位实时检测控制，自主配比混合以及温度选择调节的个性化饮料配制装置，同时利用控制硬件和上位机组态软件进行了具体实施，使得该饮料机最终具备了丰富人机交互界面和智能操作功能，可以更好的服务消费者和商家。该装置具备广阔的应用前景和推广价值，具有画面亲和、操作简单、控制精确、趣味性足、互动性强等特点，该系统在公共场所可作为公用设备，也可作为智能家居的应用典型。凭借这些优势，其一定能够在饮料市场上迅速占有份额，并且随着其产业化的推动，必将成为消费者和商家更为青睐的产品。

随着该系统的应用与推广，整个设备将不再局限于配制饮料，而是集自主配制、个性体验和用户评价信息收集于一体的智能设备，其对于设备制造商以及饮料生产商都具备较高的使用价值。设备制造商将会放入饮料生产商指定的原料，用户在体验的过程中，给出相应的评价，这些信息将有助于饮料制造商开发和推广新品，该系统定会成为饮料行业商业开发的成功案例。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何实现液位的实时检测控制、不同液体的精确混合、温度的采集控制以及整个工艺流程在装置上的实现。提供一种个性化饮料自动配置装置，不仅可做常规饮料机使用，还可根据用户口味个性配制饮品或作调酒设备使用。

为解决上述问题，本实用新型的构思是：

1 工艺流程

本发明是基于原料混搭的原理配制饮料，通过调节浓缩果浆、红茶、牛奶、咖啡、饮用水等原料之间的配比，从而混合出各种果汁、奶茶、咖啡和混搭口味的饮品；同时装置具备温控模块，当对配制的饮品有温度要求时，可以在线调节饮品的温度，实现冷热饮的选择。

以具体的200ml、80℃拿铁咖啡配制为例,首先选择100ml浓咖、100ml牛奶，两种原料由原料罐中流入加热装置，开始加热，当液体温度达到80℃时，饮料配制完成。其余饮料的配制工艺均与其类似，不再赘述。

2 机械结构

基于上述配制工艺，本发明制定了液体从上至下的配液过程，利用液体的重力完成饮料的自主配制。整个机械装置内部从上至下分为五层：第一层：原料罐层，第二层：液位检测和出液层，第三层：加热层，第四层：出液层，第五层：取液层。整个机械装置利用型材和有色亚克力板进行搭建，既满足了装置小型、轻便、美观的要求，也保证了机械强度。

原料罐层由五个1000ml的塑料罐组成,罐体为圆柱形,罐体底部加工两个直径为10mm的孔,并将不锈钢宝塔接头的螺纹一端安装进孔内,加密封圈后锁紧。原料罐由厚度为10mm的透明亚克力板支撑，为保证原料罐能够准备定位在支撑板上，支撑板上加工深度分别为5mm的阶梯孔。

液位检测和出液层包括五个电磁阀、五个压力变送器、硅胶软管以及支撑板。电磁阀选用卫生级别的电磁阀,两位两通,口径选择两分口,两端均接宝塔转接头。电磁阀垂直放置,上端口通过硅胶软管与原料罐出水口的宝塔接头连接。压力变送器利用自制夹具竖直固定在支撑板上,压力变送器检测端口同样利用宝塔转接头和原料罐另一出水口相接。支撑板在对应电磁阀下端口出均加工通孔，使得定量液体可以流入加热层。

加热层由五个小型加热罐组成，之所以不采用液体混合于一个加热罐进行加热的原因，一方面五个加热罐由于每次通过的原料一样，不需要反复清洗。如果只用一个加热罐，在每次加热后为防止影响下次饮料的口味，都需要进行清洗，需浪费大量的清水，且在没有搅拌或大流量清洗的情况下，一般也很难清洗干净；另一方面，五个加热罐每次加热的液体量小，故总体功率并不会远高于单个加热罐，反而会加快加热速度；同时采用五个加热罐会有利于最终的混合均匀，下文会做解释。加热罐抛弃传统的加热棒加热方式,采用外圈加热的方式,以确保即便少量液体也能够加热。加热罐底部开孔,安装转接头,从而使得加热好的液体能够完全流出.支撑板采用隔热材料,并且在对应加热罐开孔位置加工通孔。

出液层主要用来实现从加热层的液体顺利流到取液层,由五个电磁阀和硅胶软管组成,电磁阀通过硅胶软管与加热罐连通,在加热层的液体达到指定温度后,出液层的电磁阀打开,使液体流出。

取液层是用户最终获得自主配制的饮料区域，出液层五根硅胶软管流出的液体，最终会取液层，取液层通过设置隔板，在隔板上密集排布五个通孔，孔径为5mm，分别对应不同加热罐流出的液体。在孔上安装出液口，并与出液层的五根硅胶软管相连。五个出液口，紧密排布，排布区域为15mmX15mm，将取液容器放置该区域下方，液体就会从不同的出液口流出，最终汇聚到取液容器中。由于液体是同时从不同的出液口流出并混合在容器中，不会存在不同液体上下分层的现象，混合更加均匀。

2 控制部分

控制部分需要实现液位信息的采集，电磁阀的开关，加热罐的启停以及温度的采集。

本发明采用检测液体的压力的方式来间接获得液位信息，由于原料罐使用的是圆柱体容器，容量为1L，液体的体积与压力间存在线性关系，故选用五个压力变送器来分别检测五个液罐的液位，压力变送器输出5~20mA的模拟信号。

原料罐和加热罐中的液体分别需要在合适的液位和合适温度进行动作，需要10个电磁阀来控制启停。本发明选用饮用级别的2分电磁阀，两位两通。

加热罐的启停通过继电器来实现，有控制器输出开关量信号控制继电器的启停，从而实现加热罐的开关。本发明选用了15个欧姆龙继电器，除加热罐5个外，10个电磁阀同样也配备了继电器，这样可以避免通过控制器来直接控制电磁阀开关，造成负载过大；

该装置需要分别对五个加热罐进行温度采集，本发明选用五个DS18B20温度探头，采集温度范围为-55℃～+125℃，满足工艺要求。同时为五个温度探头配备DS18B2多路温度采集器，该采集器可接8路温度探头，支持modbus RTU通讯协议，同时可直接给温度探头供电。该配置使得温度采集模块的通用性更强。

压力变送器、电磁阀以及温度采集器均由24V直流电源供电，加热罐直接接入220V交流电源。继电器输出回路均串联接入电磁阀和加热罐的供电线路中，输入回路接入控制器数字量输入口。

所有的控制硬件除上文已安装于机械结构中的，其实均安装在控制板上并装配到设备中，最后形成机电一体的装备。控制板安装于设备后侧，背板安装设备电源开关，并引出电源线和控制线路。

根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案：

一种个性化饮料自动配制装置，包括机械部分和控制部分，其特征在于：机械部分包括由型材和亚克力板搭建的外壳，内部前后分别为配制区和控制区，配制区域从上至下分为原料罐层、液位检测和出液层、加热层、出液层和取液层共五层结构；控制区安装控制板，控制板装有24V电源、继电器和温度采集器，并与配制区的电磁阀和压力变送器连接。同时引出电源线，用于给整个设备进行供电。 

上述原料罐层由五个1L的塑料原料罐体组成并在顶部加工出水口，原料罐体安装在亚克力隔板之上，隔板上加工梯度通孔对罐体进行定位并向下一层引出水管路。

上述液位检测和出液层由五个压力变送器和五个电磁阀甲组成，压力变送器与上层原料罐体相连，利用压力检测的方式来间接获得液位信息；电磁阀甲通过硅胶管直接连接罐体出水口。

上述加热层由五个加热罐组成，上层液位检测和出液层的液体流入加热罐进行加热。不同的原料采用不同的加热罐分开加热。

上述出液层安装五个电磁阀乙，并通过硅胶软管分别跟五个加热罐底部的出水口相连，电磁阀乙另一端通过硅胶软管分别连到出液层的五个出水口。

上述取液层上方为出水口，下方为取液容器放置区；出水口共有五个，紧密排布在15mmX15mm的区域内。

上述控制部分包括上位机、CPU模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和温度采集器、所述的CPU模块连接上位机、数字量输出模块、模拟量输入模块和温度采集器，模拟量输入模块连接压力变送器，数字量输出模块连接电磁阀和加热罐体；

上述控制部分上位机采用组态软件iFIX，CPU模块、模拟量输入模块、数字量输出模块为GE PAC RX3i的集成模块，温度采集器采用DS18B2多路温度采集器，同时接有5个DS18B20温度探头并插入5个加热罐中，电磁阀为电磁阀甲和电磁阀乙，共10个饮用级别的2分电磁阀，加热罐为自主加工、外圈加热罐体，压力变送器采用型号GB3000A。

本实用新型与现有技术相比，具备以下实质性特点和技术进步：

1. 本实用新型利用了原料混搭的基理，独创性的开发出可以实现用户自主配制饮料的装备，装置不仅可以作为常规饮料机使用，同时还可以根据用户口味个性配制饮品，甚至可以用来作为调酒设备使用。设备体积适中，适用于公共场合或家庭使用，是一台通用性较强的设备；

2. 该设备配制饮料的工艺主要利用液体重力从上至下的过程实现饮料配制，不需要动力源，功耗低；自动化程度高，用户只需要在自制的上位机进行操作就可以实现对多种液体的液位实时观测、流量控制、温度显示、加热控制和液体输出；

3．利用压力检测的方式来间接获得液位信息，不受外界环境干扰，即便液位有所波动，也不影响压力的检测，从而使得液位的检测更加准确；

4．加热方式抛弃了传统的加热棒加热方式，使用外圈加热的方式，使得液体加热更彻底；不同的原料采用分开加热的方式，使得加热时间缩短，同时也省去了清洗环节；

5.液体不在加热时进行混合，而是在取液的时候进行混合。液体同时从不同的出口流出并在盛液容器中进行混合，不会出现不同组分的分层现象，同时省去了传统液体混合需要机械搅拌的方式，液体混合更均匀；

6.设备机械架构合理，控制精确，动作响应及时。

附图说明

图1是本实用新型实施例的设备外观效果图。

图2是本实用新型实施例的设备机械结构示意图。

图3是本实用新型实施例的控制系统结构框图。

图4是200mL拿铁咖啡配制工艺。

具体实施方式

实施例一：

参见图1-图3，本个性化饮料自动配制装置，包括机械部分和控制部分，机械部分包括由型材和亚克力板搭建的外壳，内部前后分别为配制区和控制区，配制区域从上至下分为原料罐层、液位检测和出液层、加热层、出液层和取液层共五层结构；控制区安装控制板，控制板装有24V电源、继电器和温度采集器，并与配制区的电磁阀和压力变送器连接。同时引出电源线，用于给整个设备进行供电。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于如下：

所述原料罐层由五个1L的塑料原料罐体组成并在顶部加工出水口，原料罐体安装在亚克力隔板之上，隔板上加工梯度通孔对罐体进行定位并向下一层引出水管路。

所述液位检测和出液层由五个压力变送器和五个电磁阀甲组成，压力变送器与上层原料罐体相连，利用压力检测的方式来间接获得液位信息；电磁阀甲通过硅胶管直接连接罐体出水口。

所述加热层由五个加热罐组成，上层液位检测和出液层的液体流入加热罐进行加热。不同的原料采用不同的加热罐分开加热。

所述出液层安装五个电磁阀乙，并通过硅胶软管分别跟五个加热罐底部的出水口相连，电磁阀乙另一端通过硅胶软管分别连到出液层的五个出水口。

所述取液层上方为出水口，下方为取液容器放置区；出水口共有五个，紧密排布在15mmX15mm的区域内。

所述控制部分包括上位机、CPU模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和温度采集器、所述的CPU模块连接上位机、数字量输出模块、模拟量输入模块和温度采集器，模拟量输入模块连接压力变送器，数字量输出模块连接电磁阀和加热罐体；

所述控制部分上位机采用组态软件iFIX，CPU模块、模拟量输入模块、数字量输出模块为GE PAC RX3i的集成模块，温度采集器采用DS18B2多路温度采集器，同时接有5个DS18B20温度探头并插入5个加热罐中，电磁阀为电磁阀甲和电磁阀乙，共10个饮用级别的2分电磁阀，加热罐为自主加工、外圈加热罐体，压力变送器采用型号GB3000A。

实施案例三：

本实施例最终需要实现用户对饮料的个性配制，用户需要对液位进行观测，对液量进行控制，同时对最终配制的液体有温度要求。本发明已经搭建了机械结构用于实现配制工艺，同时选用了合适的控制元器件。要实现最终的功能，本发明需要选用合适的控制器实现数字量的输出、模拟量的输入以及与温度采集器的通讯，同时为了确保用户能够直观操作，还需设计人机界面。所以本发明的实施方案采用了PAC RX3i控制器和上位机组态软件iFIX来实现饮料机的全部功能。

GE公司推出的PAC RX3i控制器，具有支持modbus RTU的CPU310，数字量输出模块以及模拟量输入模块。将温度采集器与CPU310通过232串口连接，由于两者都支持modbus RTU协议，所以对CPU310进行相关配置即可采集到五个加热罐的温度数据。数字量输出模块与15个继电器（10个电磁阀和五个加热罐）的输入回路相连，来控制电磁阀和加热罐的开关。5个压力变送器输出0~20mA的标准信号，可直接连接到模拟量输入模块。

人机界面需要实现用户对液位的实时显示，同时可以输入5个原料的配制量以及最终的饮料的温度要求，同时具有开始配制以及设备的启停按钮。利用iFIX软件进行人机界面的绘制并连接上相关的数据点，iFIX与PAC通过GE9驱动进行连接。

1~5号原料罐中依次加入了1L浓咖、1L牛奶、1L红茶、1L绿茶和1L饮用水，本实施方案以配制200ml的拿铁咖啡为例，用户首先分别在人机界面1号罐和2号罐输入100ml，在温度框中输入80℃，点击开始配制的按钮。首先1号电磁阀和2号电磁阀打开，1号罐和2号罐液体开始排出，流入1、2号加热罐。原料罐液位开始下降，iFIX后台的脚本会进行判断，当液位从1L降至900ml时，电磁阀关闭。打开1、2号加热罐开始加热，温度采集器实时将温度数据传至上位机，当温度数据达到80℃时，关闭加热罐，打开对应的5、6号电磁阀，液体开始排出。两种液体经出液口最终在取液层安置的盛液容器中混合，获得200ml的拿铁咖啡热饮。

本发明除了采用上述控制方案实现外，该装置具备很好的通用性，开发商也可以使用具备显示输入功能的人机界面，以及包含简单逻辑控制、数字量输出、模拟量输入并且支持modbus RTU的控制器来实现上述功能。 

Claims (8)

1.1．一种个性化饮料自动配制装置，包括机械部分和控制部分，其特征在于：机械部分包括由型材（2）和亚克力板搭建的外壳，内部前后分别为配制区和控制区，配制区域从上至下分为原料罐层(Ⅰ)、液位检测和出液层(Ⅱ)、加热层(Ⅲ)、出液层（Ⅳ）和取液层（Ⅴ）共五层结构；控制区安装控制板，控制板装有24V电源、继电器和温度采集器，并与配制区的电磁阀(4、6)和压力变送器（3）连接；同时引出电源线，用于给整个设备进行供电。

2.根据权利要求1所述的个性化饮料自动配制装置，其特征在于：所述的原料罐层(Ⅰ)由五个1L的塑料原料罐体（1）组成并在顶部加工出水口，原料罐体（1）安装在亚克力隔板之上，隔板上加工梯度通孔对罐体（1）进行定位并向下一层引出水管路。

3.根据权利要求1所述的个性化饮料自动配制装置，其特征在于：所述的液位检测和出液层(Ⅱ)由五个压力变送器（3）和五个电磁阀甲（4）组成，压力变送器（3）与上层原料罐体（1）相连，利用压力检测的方式来间接获得液位信息；电磁阀甲（4）通过硅胶管直接连接罐体出水口。

4.根据权利要求1所述的个性化饮料自动配制装置，其特征在于：所述的加热层(Ⅲ)由五个加热罐（5）组成，上层液位检测和出液层（Ⅱ）的液体流入加热罐(5)进行加热；不同的原料采用不同的加热罐（5）分开加热。

5.根据权利要求1所述的个性化饮料自动配制装置，其特征在于：所述的出液层（Ⅳ）安装五个电磁阀乙（6），并通过硅胶软管分别跟五个加热罐（5）底部的出水口相连，电磁阀乙（6）另一端通过硅胶软管分别连到出液层（Ⅳ）的五个出水口。

6.根据权利要求1所述的个性化饮料自动配制装置，其特征在于：所述的取液层（Ⅴ）上方为出水口（8），下方为取液容器放置区；出水口共有五个，紧密排布在15mmX15mm的区域内。

7.根据权利要求书1所述的个性化饮料自动配制装置，其特征在于：所述的控制部分包括上位机（10）、CPU模块（11）、数字量输出模块（12）、模拟量输入模块（13）和温度采集器（14）、所述的CPU模块（11）连接上位机（10）、数字量输出模块（12）、模拟量输入模块（12）和温度采集器（14），模拟量输入模块（12）连接压力变送器（3），数字量输出模块连接电磁阀（15）和加热罐体（16）。

8.根据权利要求书7所述的个性化饮料自动配制装置，其特征在于：上位机（10）采用组态软件iFIX，CPU模块（11）、模拟量输入模块（12）、数字量输出模块（13）为GE PAC RX3i的集成模块，温度采集器（14）采用DS18B2多路温度采集器，同时接有5个DS18B20温度探头并插入5个加热罐（5）中，电磁阀（4、6）为电磁阀甲（4）和电磁阀乙（6），共10个饮用级别的2分电磁阀，加热罐（5）为自主加工、外圈加热罐体，压力变送器（3）采用型号GB3000A。

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