CZ37258U1 - Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení, zejména výčepních a chladicích zařízení a monitorování stavu výčepního potrubí - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení, zejména výčepních a chladicích zařízení a monitorování stavu výčepního potrubí

Oblast techniky

Technické řešení se týká systému pro monitorování a regulaci restauračních zařízení, zejména výčepních a chladicích zařízení a monitorování stavu výčepního potrubí. Systém využívá technologií Intenetu věcí (IoT) pro monitorování, vyhodnocování a regulaci provozních veličin, především v restauračních zařízeních a pivovarském provozu.

Dosavadní stav techniky

V současné době je stav technologií používaných v restauračním a pivovarském provozu založen převážně na analogově-mechanickém principu regulace a monitorování výčepních zařízení různého typu a provedení. Charakteristikou těchto zařízení je konstrukce, jenž postrádá jakékoli prvky automatizace, je zde minimální využití inteligentních senzorů, chybí propojení těchto systémů se systémy výpočetní techniky.

Stávající technologie na analogově mechanickém principu neumožňuje jednoduše provádět vzdálený monitoring provozních veličin a analýzu nad nimi. Rovněž vzdálená správa je obtížná, ne-li nemožná a případné zásahy do fungování systému se neobejdou bez lidské intervence přímo na místě.

Stávající technologie neumožňují efektivně propojit senzory a regulaci do výpočetních systémů.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny systémem pro monitorování a regulaci restauračních zařízení, zejména výčepních a chladicích zařízení a monitorování stavu výčepního potrubí, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že obsahuje alespoň jednu hlavní jednotku, ke které je připojen alespoň jeden senzor vybraný ze skupiny zapichovací teploměr, ultrazvukový průtokoměr, mechanický průtokoměr, teploměr, tlakový senzor, přičemž alespoň jedna hlavní jednotka je připojena ke zpracovatelské jednotce s databází, pro ukládání dat a přístup k uloženým datům a nástroji pro vzdálenou správu a vizualizaci dat.

K alespoň jedné hlavní jednotce je s výhodou připojen další senzor/aktuátor vybraný ze skupiny vlhkoměr, termostatický regulátor, detektor narážení sudů a relé pro spínání spotřebičů a podpora pro spínání čerpadel, ventilů a spínačů pro provedení automatické sanitace. Systém je ve výhodném provedení opatřen záložním napájením.

Ultrazvukový průtokoměr s výhodou disponuje podporou pro automatickou detekci provedené sanitace výčepního potrubí a podporou pro automatické počítání sanitačních houbiček, vložitelných do výčepního potrubí.

Alespoň jedna hlavní jednotka ve výhodném provedení disponuje podporou pro vzdálenou aktualizaci firmware jednotky a/nebo připojených senzorů, které tuto funkcionalitu podporují.

Systém může být opatřen podporou příkazů pro provádění základní automatizaci a/nebo diagnostiky, a/nebo řízení připojených aktuátorů.

- 1 CZ 37258 U1

Alespoň jeden ze senzorů připojitelných k alespoň jedné hlavní jednotce s výhodou disponuje technologií pro vyčítání dat ze senzoru, bez nutnosti explicitního zajištění podpory na straně hlavní jednotky.

Alespoň jedna hlavní jednotka je s výhodou opatřena nástrojem pro šifrování posílaných dat a zpracovatelská jednotka disponuje nástrojem pro ověření identity jednotlivých hlavních jednotek, a naopak tyto disponují nástrojem pro ověření identity zpracovatelské jednotky. Hlavní jednotka a zpracovatelská jednotka mohou disponovat nástroji pro dálkové nastavení rozsahu funkčnosti systému. Hlavní jednotky jsou s výhodou opatřeny vnitřním úložištěm pro ukládání naměřených veličin v době výpadku připojení pro jejich následné odeslání do zpracovatelské jednotky.

Z hardwarového hlediska se řešení skládá z hlavních jednotek, senzorů a periferií připojených k těmto jednotkám. Mezi senzory patří ultrazvukový průtokoměr, mechanický průtokoměr, zapichovací teploměr pro přesné monitorování teploty uvnitř svazku trubek pro rozvod čepovaných nápojů, senzor vlhkosti, senzory teploty, tlakový senzor, termostatický regulátor, detektor narážení sudů a další. Tyto senzory jsou připojeny k hlavní jednotce formou kabeláže.

Jednotky sbírají data z připojených senzorů a odesílají je na vzdálený server v podobě zpracovatelské jednotky. Ten zajišťuje ukládání dat do databáze pro pozdější vizualizaci, analytiku a zpracování a rovněž umožňuje přístup k těmto datům pro mobilní a desktopové aplikace a zajišťuje základní funkcionalitu pro vzdálenou správu.

Řešení rovněž zahrnuje podporu pro spínání čerpadel, ventilů a spínačů pro automatickou sanitaci. Volitelně je rovněž možné hlavní jednotku doplnit modulem pro zajištění záložního napájení.

Zařízení je IoT systémem pro vzdálený monitoring restauračních zařízení a pro automatizaci výčepních a chladicích zařízení. Systém umožňuje sběr dat z výčepních zařízení, jako jsou data o výtoči, teplotách na jednotlivých částech výčepní a chladicí jednotky, rychlost proudění kapaliny uvnitř chladicí jednotky, vlhkostech, spotřebě energie a podobně. Sesbíraná data umožňuje dále zobrazovat a analyzovat. Na základě získaných údajů dokáže detekovat události, jako je provedení sanitace, narážení sudů, změna teplot a selhání chladicích zařízení apod. Tím umožňuje systém zajistit vysokou kvalitu vytáčených nápojů a provozní úspory. Součástí je unikátní ultrazvukový průtokoměr, jenž obsahuje komponenty zjednodušené spektrální analýzy procházející tekutiny a současně je v kategorii pro použití v potravinářském průmyslu. Systém pracuje se sudy i tanky všech rozměrů a objemu. Využití řešení je možno dosáhnout úspory elektrické energie formou inteligentní regulace chladicí jednotky, umožňuje automatizovanou chemickou sanitaci pomocí ovládání připojeného zařízení, obsahuje senzor narážení sudů, při odpojení od zdroje elektrické energie se přepne na vlastní záložní zdroj. Komunikace jednotky s nadřazenými systémy je šifrována a umožňuje komunikaci technologiemi WiFi a GSM/LTE. Pokud dojde ke ztrátě konektivity, jednotka data shromažďuje v interní paměti a při obnovení spojení data následně odešle nadřazenému systému. Jednotka obsahuje LCD display pro stavové informace v provedení s krytím IP67. Součástí systému je i rozšiřující modul, tzv. multiplexor, dále též MUX, s 8 porty rovněž v provedení IP67. Systém je možno použít se současnými výčepními zařízeními pracujícími se sudy i tanky a rovněž zachovává standard připojení trubic pomocí hadicových rychlospojek například typu John-Guest.

Jedná se o komplexní zařízení, jež umožňuje rozšířit stávající analogově-mechanická výčepní zařízení o možnost vzdáleného monitorování, přístupu a správy. Systém umožňuje automatizovanou sanitaci, regulaci termostatu, tj. chladicí část výčepního zařízení, zprostředkovává informace o provozních teplotách a veličinách, jako je teplota piva a chladicí kapaliny, rychlost proudění chladicí kapaliny v chladicím zařízení, tlak v trubkách pro rozvod piva, umožňuje měřit spotřebu energie zařízení a má integrované počítadlo naražených sudů. Celé řešení je upraveno pro provoz v kategorii IP67. Systém je možno zálohovat na dobu více než 12 hodin. Zařízení komunikuje s nadřazeným systémem, tj. zpracovatelskou jednotkou, pomocí LTE, GSM

- 2 CZ 37258 U1 a/nebo WiFi. Bezpečnost zařízení je zajištěna aplikací šifrování přenosu. Celý systém je možné dálkově monitorovat a provádět upgrade firmwaru.

Další výhodou je automatizace výčepního zařízení spočívající ve funkční integraci regulace termostatu a má přímý dopad v oblasti úspor elektrické energie při provozu chladicího zařízení, automatizace sanitace má dopad do úspor nákladů při provádění chemické sanitace a komplexní senzorové sledování chladicího zařízení má přímý dopad na snížení nákladů na servis zařízení.

Objasnění výkresů

Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsán na konkrétním provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je hlavní jednotka v pohledu shora. Na Obr. 2 je blokové schéma popisující jednotlivé části hlavní jednotky systému. Na Obr. 3 je blokové schéma popisující jednotlivé části mechanického průtokoměru, tj. senzoru určeného k připojení k hlavní jednotce. Na Obr. 4 je blokové schéma popisující jednotlivé části ultrazvukového průtokoměru, tj. senzoru určeného k připojení k hlavní jednotce. Na Obr. 5 je blokové schéma popisující vazbu zpracovatelské jednotky na ostatní dílčí části systému a související architekturu a infrastrukturu. Na Obr. 6 je blokové schéma znázorňující zapojení hlavní jednotky systému v jednom restauračním zařízení a na Obr. 7 je blokové schéma popisující jednotlivé části zapichovacího teploměru, tj. senzoru určeného k připojení k hlavní jednotce.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladný systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení, zejména výčepních a chladicích zařízení a monitorování stavu výčepního potrubí, obsahuje dvě hlavní jednotky 47, ke kterým jsou připojeny senzory v podobě zapichovacího teploměru, ultrazvukového průtokoměru, mechanického průtokoměru, teploměru a tlakového senzoru, přičemž hlavní jednotky 47 jsou připojeny ke zpracovatelské jednotce 41 s databází 42, pro ukládání dat a přístup k uloženým datům a nástroji pro vzdálenou správu a vizualizaci dat. K hlavním jednotkám 47 jsou připojeny další senzory/aktuátory v podobě vlhkoměru, termostatického regulátoru, detektoru narážení sudů a relé pro spínání spotřebičů. K hlavním jednotkám 47 je připojena podpora pro spínání čerpadel, ventilů a spínačů pro provedení automatické sanitace.

Systém je opatřen záložním napájením 50. Ultrazvukový průtokoměr disponuje podporou pro automatickou detekci provedené sanitace výčepního potrubí a podporou pro automatické počítání sanitačních houbiček, vložitelných do výčepního potrubí.

Alespoň jedna hlavní jednotka 47 disponuje podporou pro vzdálenou aktualizaci firmware jednotky a/nebo připojených senzorů, které tuto funkcionalitu podporují. Systém je opatřen podporou příkazů pro provádění základní automatizaci a/nebo diagnostiky, a/nebo řízení připojených aktuátorů. Senzory připojitelné k hlavním jednotkám 47 disponují technologií pro vyčítání dat ze senzoru, bez nutnosti explicitního zajištění podpory na straně hlavní jednotky 47. Hlavní jednotky 47 jsou opatřeny nástrojem pro šifrování posílaných dat a zpracovatelská jednotka 41 disponuje nástrojem pro ověření identity jednotlivých hlavních jednotek 47 a naopak tyto disponují nástrojem pro ověření identity zpracovatelské jednotky 41. Hlavní jednotka 47 a zpracovatelská jednotka 41 disponují nástroji pro dálkové nastavení rozsahu funkčnosti systému. Hlavní jednotky 47 disponují vnitřním úložištěm pro ukládání naměřených veličin v době výpadku připojení pro jejich následné odeslání do zpracovatelské jednotky 41.

Systém se skládá z hlavních jednotek 47 a senzorů připojených k nim, z technologií zpracovatelské jednotky a nástrojů pro vzdálenou správu a vizualizaci dat. Samotné hlavní jednotky 47 jsou pak opatřeny hlavním procesorem 6, displejem 2 a deskou 18 muxu, ke které jsou připojeny jednotlivé senzory. Samotná konfigurace senzorů je přitom pro každou hlavní jednotku 47 volitelná

- 3 CZ 37258 U1 a upravitelná na základě požadavků koncového zákazníka. K desce 18 muxu hlavní jednotky 47 je rovněž krom senzorů možné připojit i různé aktuátory, čímž je zajištěna podpora pro spínání čerpadel, ventilů a spínačů pro automatickou sanitaci. Hlavní jednotku 47 je rovněž možné volitelně rozšířit o systém záložního napájení 50.

Následující seznam je shrnutím jednotlivých komponent systému a nástinem jejich funkcionality. Podrobnější popis funkce systému nalezneme níže.

Hlavní jednotka 47 na Obr. 1 a Obr. 2:

a) Sběr dat ze senzorů, interpretace dat, kontrola integrity, verifikace

b) Sběr telemetrických údajů - kvalita připojení, dostupnost elektrické sítě...

c) Komplexní správa připojení

d) Zajištění robustnosti sběru dat - ukládání při výpadku připojení

e) Systém pro vzdálený přístup

i) Podpora více klientů ii) Možnost automatizace

f) Zajištění šifrování komunikace se zpracovatelskou jednotkou

g) Správa licencí

h) Poskytnutí nástrojů pro diagnostiku - systém provozních záznamů

i) Zobrazování provozních informací na displeji

j) Obsluha aktuátorů - spínání čerpadel, zásuvek, ventilů

k) Shromažďování a zprostředkovávání technicko-logistických informací vůči zpracovatelské jednotce - Hardwarové revize + verze firmware senzorů a další

l) Zprostředkování podpory pro OTA update senzorů a jednotky samotné; zajištění možnosti návratu ke staré verzi v případě problémů

m) Správa nastavení

Zpracovatelská jednotka 41 Obr. 5:

a) Podpora pro zápis, editaci a zobrazení logistických informací, tj. místa instalace jednotlivých jednotek, hardwarové revize jednotlivých jednotek a připojených senzorů, softwarové verze.

b) Ukládání metrik a vystavení přístupů k metrikám pro frontend aplikace

c) Ukládání provozních logů jednotek, vystavení přístupu k logům

d) Správa uživatelských účtů

e) Zajištění síťové infrastruktury umožňující zasílání požadavků z frontend aplikací na jednotku (mqtt broker)

f) Analytika nad naměřenými daty, systém detekce událostí

3) Frontend aplikace

a) PC aplikace na správu jednotek s využitím zpracovatelské jednotky - přidávání jednotek, úprava logistických dat, zobrazení dat ze senzorů

b) PC aplikace pro zobrazování provozních záznamů a vyhledávání v nich

c) PC aplikace pro správu nastavení, import a export nastavení jednotek

d) PC aplikace pro OTA aktualizace Hlavní jednotky a senzorů

e) PC aplikace pro obecný vzdálený přístup přes příkazový řádek

f) PC aplikace pro testování hardware/software jednotek

g) PC aplikace pro provádění automatizovaných testů skutečného hardware

h) Mobilní aplikace pro zobrazení dat z výčepních zařízení

- 4 CZ 37258 U1

4) Senzory a aktuátory

a) Senzor teploty

b) Zapichovací senzor teploty

c) Mechanický průtokoměr

d) Senzor vlhkosti a teploty

e) Senzor tlaku

f) Detektor naražení sudů

g) Modul pro podporu automatické sanitace

h) Modul pro termostatické řízení chladicího zařízení a monitoring spotřeby elektrické energie i) Ultrazvukový průtokoměr s integrovanou podporou detekce provedené sanitace j) Systém záložního napájení

k) Interní systémy pro zajištění kvality

Následující text je podrobnějším popisem funkcionality jednotlivých částí systému.

Přehled funkce celého systému

V restauračních zařízeních jsou namontovány hlavní jednotky 47 systému a jejich senzory 53. Tyto monitorují provozní veličiny, jako jsou teploty, výtoče piva a další. Konkrétní konfigurace senzorů, tj. kolik jakých senzorů je připojeno k hlavní jednotce 47 záleží na provozních podmínkách daného restauračního zařízení, jako je počet píp, jejich typ apod. a požadavcích zákazníka. Sesbírané hodnoty ze senzorů 53 jsou následně odeslány do zpracovatelské jednotky 41, kde jsou uloženy do databáze 42. Odtud je možné je zobrazit pomocí mobilní aplikace 49, popř. pomocí některých aplikací 48 pro správu. Aplikace 48 pro správu rovněž umožňují přímé zadávání příkazů konkrétním hlavním jednotkám 47 a další ovládání jednotek.

Hlavní jednotka 47 obsahuje dvě samostatné desky plošných spojů, které jsou spojeny konektorem typu flat-flex 16, 17. Obě desky jsou osazeny součástkami pouze z jedné strany; na větší z obou desek je drtivá většina součástek; z druhé strany je pak k desce přilepen display 2.

Menší deska je pak deska tzv. interního multiplexoru; je na ní umístěn napájecí konektor 4 pro napájení hlavní jednotky 47 a zároveň 6 portů 18 pro připojení senzorů. Desky jsou uloženy do krabičky 1 o rozměrech 14,8 x 7,9 x 2,5 cm. Na její přední straně je umístěn display 2, na spodní straně pak můžeme vidět napájecí konektor 4 a výstupní konektory 5 pro připojení jednotlivých senzorů. Je mechanicky nemožné zapojit napájecí konektor 4 do výstupního konektoru 5 pro senzory nebo naopak. Porty 18 j sou vodotěsné dle IP67. Z horní strany se nachází vstup 3 pro případné připojení externí antény.

Popis funkce

Hlavní procesor 6 hlavní jednotky 47 ve spolupráci s deskou interního multiplexoru komunikuje přes rozhraní I2C s jednotlivými připojenými senzory. Data získaná ze senzorů jsou následně interpretována, je ověřena jejich integrita a validita a jsou odeslána do zpracovatelské jednotky 41, popřípadě, v případě výpadku připojení, jsou uložena za účelem pozdějšího odeslání. K samotnému odesílání dat slouží buď přímo hlavní procesor 6 hlavní jednotky 47, který umožňuje posílání přes technologii WiFi, popřípadě LTE modem 8, se kterým hlavní procesor 6 komunikuje pomocí sběrnice UART. Na pozadí hlavní procesor 6 hlavní jednotky 47 zároveň generuje provozní záznamy, obsahující informace o činnosti zařízení, případných problémech atd. Tyto záznamy se následně rovněž odesílají do zpracovatelské jednotky 41 a v případě výpadku konektivity se pak ukládají za účelem pozdějšího doposlání, případně se, v závislosti na aktuálním nastavení, vypisují na display 2.

Paralelně s tímto se hlavní jednotka 47 stará o správu konektivity, zajišťuje vzdálený přístup, zpracovává přijaté příkazy atd. Hlavní jednotka 47 rovněž obsahuje systém pro správu

- 5 CZ 37258 U1 uživatelských licencí. Tento systém umožňuje například jedné entitě, tj. fyzické nebo právnické osobě, dále pronajímatel, pronajmout hlavní jednotku/jednotky 47 entitě druhé - nájemci a v případě nedodržení podmínek nájemní smlouvy dálkově licenci odebrat a znemožnit tak nájemci další používání jednotky. Pronajímatel přitom může mít velmi omezený přístup k datům hlavní jednotky 47 a nezískává tak privátní informace nájemce. Hlavní jednotka 47 též spravuje update svého firmware a zároveň dokáže zajistit update firmware pro některé z připojených senzorů. Každá hlavní jednotka 47 může mít jiné nastavení. Nastavení zahrnuje například informace nutné pro připojení k místní WiFi síti, informace nutné pro navázání mobilního LTE připojení a další. Hlavní jednotka 47 se stará o správu tohoto nastavení, to je možné modifikovat z aplikací 48 pro správu.

Senzory

Senzory se připojují k hlavní jednotce 47 do portů 18 k tomu určených. Ta následně z těchto senzorů dokáže vyčíst měřené veličiny a poslat je do zpracovatelské jednotky 41.

Zapichovací teploměr, popis funkce

Zapichovací teploměr je vložen do tzv. pythonu, tedy svazku, který obsahuje potrubí s nápoji a potrubí s chladicí kapalinou. Teplota v pythonu ovlivňuje odpor termistoru 20. Pomocí odporového děliče je zmíněný odpor převeden na napětí. To je následně měřeno ADC převodníkem hlavního procesoru 21 zapichovacího teploměru a přepočítáno na teplotu. Ta je pak periodicky vyčítána hlavní jednotkou 47.

Ultrazvukový průtokoměr, popis funkce

Průtokoměr pomocí ultrazvukových pulzů vyslaných ultrazvukovými transducery 28 měří dobu od vyslání signálu do jeho přijetí po proudu kapaliny proudící trubičkou 30 a proti proudu této kapaliny. Z rozdílu obou časů následně spočítá rychlost proudění kapaliny. Ze znalosti mechanických rozměrů trubičky 30 pak následně spočítá výtoč. Pomocí senzoru 29 barev rozlišuje průtokoměr, jaká kapalina jím aktuálně proudí. Kapalina je za účelem rozpoznání barvy prosvěcována bílou LED diodou 31. Pomocí počítadla houbiček, tvořeného procesorem 25 počítadla houbiček a infračervenou bránou, sestávající z IR LED 32 a IR tranzistoru 33 pak dokáže průtokoměr detekovat průchod houbiček používaných pro sanitaci trubičkou 30. Změřené veličiny na vyžádání dokáže poslat hlavní jednotce 47, ke které může být připojen pomocí připojovacího konektoru 23.

Mechanický průtokoměr, popis funkce

K vrtulce 39 je připevněn magnet. Průchodem kapaliny dochází k roztáčení vrtulky 39, které je následně snímáno halovým senzorem 38 a převáděno na signál o určité frekvenci, měřený hlavním procesorem 37 mechanického průtokoměru. Aktuální frekvence je následně vyčtena hlavní jednotkou 47, ke které je senzor připojen přes konektor 35.

Další senzory, aktuátory a kompatibilní hardware

Teploměry, označené T1 až T5 měří teplotu v různých místech, aby detekovaly případné poruchy chlazení, selhání kompresoru chladicího zařízení a další. Teploměry se používají pro měření teploty v následujících místech:

• Voda uvnitř chladicího zařízení, poblíž hladiny • Voda uvnitř chladicího zařízení, pod hladinou • Vstup kompresoru • Výstup kompresoru • Motor

- 6 CZ 37258 U1

Detektor narážení sudů - senzor počítá naražené sudy.

Teploměr a vlhkoměr je určen pro měření teploty a vlhkosti v motorovém prostoru chladicího zařízení; dokáže detekovat případný únik provozních kapalin zvýšenou vlhkostí. Dává Hlavní jednotce informace o zmíněné teplotě a vlhkosti.

Tlakový senzor monitoruje, zda nepoklesl tlak v potrubí pod hranici, kdy by došlo k nepřípustnému napěnění vytáčených nápojů, nebo naopak nestoupl nad hranici, kdy dojde k ovlivnění chuti nápoje.

Podpora pro automatickou sanitaci a aktuátory - podpora pro spínání čerpadel, ventilů, řízení pomocí pulzně šířkové modulace a další - a to na sw i hw úrovni. Systém je tedy připraven na podporu automatické sanitace, spínání přístrojů apod.

Termostatický regulátor pro chladicí zařízení slouží pro udržování teploty chladicího zařízení. Je připojen k hlavní jednotce 47 jako senzor a slouží jako náhrada za původní mechanický bimetalový termostatický regulátor chladicího zařízení. Umožňuje nastavení parametrů regulační smyčky, dálkové ovládání chladicího zařízení a vyčítání aktuální teploty.

Záložní napájení 50 slouží pro zálohování napájení celého zařízení v případě výpadku sítě.

Externí mux 51, tj. rozšiřující modul je zařízení, které slouží pro rozšíření počtu senzorů, které lze připojit k hlavní jednotce 47. Rozšíření je o 7 portů na jeden připojený externí mux 51. Je tedy možno celkově připojit k hlavní jednotce 47 s využitím externích muxů 51 až 48 senzorů/aktuátorů.

Frontend aplikace. Pro správu jednotlivých hlavních jednotek byly vyvinuty rozličné aplikace. Ty využívají jak REST API zpracovatelské jednotky, tak zpracovatelskou jednotkou zprostředkovaného MQTT brokera pro přímou komunikaci s jednotkami pomocí jejich příkazového řádku.

Hlavní jednotka 47 uvedená na Obr. 2 sestává z následujících modulů:

K procesoru je připojen grafický LCD display 2 s podsvícením. Ten dokáže v závislosti na aktuálním nastavení zobrazovat různé informace, provozní veličiny, provozní záznamy atp. Hlavní procesor 6 jednotky obstarává komunikaci se senzory, šifrování dat a další. Zároveň zprostředkovává konektivitu přes WiFi. Level translator 7 slouží pro konverzi napěťových úrovní za účelem umožnění komunikace mezi hlavním procesorem a LTE modemem 8, který slouží pro zajištění komunikace přes LTE. Do zařízení je nutné vsunout SIM kartu, aby LTE modem 8 mohl správně fungovat, bez SIM karty funguje pouze připojení přes WiFi. RF Switch 9 je řízen z hlavního procesoru a umožňuje přepínání mezi interní a volitelnou externí anténou. Secure element 10 zajišťuje operace související s kryptografií, zvyšuje jejich bezpečnost a rychlost. +3,3 V stabilizátor 11, +3,85 V stabilizátor 12 a +9,8 V stabilizátor 13 konvertují napětí 12 V na napětí používaná v ostatních částech systému. Napětí 3,3 V slouží pro napájení hlavního procesoru, 3,85 V pro napájení LTE modemu 8, 9,8 V pro napájení senzorů. I2C Mux 15 multiplexor zajišťuje komunikaci mezi hlavním procesorem a připojenými senzory. Flat flex konektory 16, 17 slouží pro propojení desek. Jednotka obsahuje 2 fyzické desky plošných spojů, jak je naznačeno na Obr. 2. Hlavní desku a desku interního muxu. Tyto 2 desky jsou propojeny flat flex konektory 16, 17. Napájecí konektor 4 slouží pro napájení hlavní jednotky 47. Ta následně napětí přivedené přes tento napájecí konektor 4 konvertuje na různá jiná napětí, které systém používá pomocí Stabilizátorů 11 až 14. Deska 18 interního muxu obsahuje šest vodotěsných konektorů. Deska s konektory je umístěna na spodní části krycí krabice 1 podle pohledu na Obr. 1.

Zapichovací teploměr dle Obr. 7 obsahuje konektor 19, který slouží pro připojení k hlavní jednotce 47, napájení a komunikaci. Termistor 20 mění svůj odpor s teplotou; pomocí odporové děličky je pak tento odpor převeden na napětí, které je měřeno hlavním procesorem 21 zapichovacího

- 7 CZ 37258 U1 teploměru, který zařizuje komunikaci po I2C a samotné měření a jeho zpracování. +3V3 STAB lineární stabilizátor 22 převádí napětí 9,8 V z jednotky na napětí 3,3 V pro hlavní procesor zapichovacího teploměru. Součástí bloku stabilizátoru je ochrana před přepólováním.

Ultrazvukový průtokoměr dle Obr. 4 obsahuje konektor 23, který slouží pro připojení k hlavní jednotce 47, napájení a komunikaci. 5V STAB spínaný zdroj 24 mění napětí 9,8 V poskytované hlavní jednotkou 47 na 5 V, které se používá k napájení IR led pro počítání houbiček a bílé led pro rozlišování vody od piva; 5 V se následně konvertuje na 3,3 V pro napájení ostatních součástí. 3v3 STAB lineární stabilizátor 34 konvertuje napětí z 5 V na 3,3 V. Z tohoto nižšího napětí se napájí hlavní procesor 21 zapichovacího teploměru, procesor pro počítání houbiček a senzor barvy. Kromě samotného snížení napětí dochází do určité míry i k filtraci a potlačení poklesu napájení.

Počítadlo houbiček využívá procesor 25 odlišný od hlavního. Infračervená LED 32 společně s fotodiodou 33 tvoří světelnou závoru, přerušovanou pohybem houbičky v trubičce 30, kterou protéká kapalina, tedy voda nebo pivo, případně jiná. Infračervený paprsek z proudově řízené LED dopadá na fotodiodu, signál je následně zaveden do procesoru počítadla houbiček. Tento signál zpracuje a informaci o započítání houbičky poskytne hlavnímu procesoru. Hlavní procesor 26 ultrazvukového průtokoměru řeší samotné měření rychlosti proudění kapaliny v trubičce 30. Rovněž zajišťuje komunikaci po externí sběrnici I2C s hlavní jednotkou 47 a po interní sběrnici I2C s počítadlem houbiček a senzorem barvy. Sbírá také další informace pro účely debugování a analytiky, které pak následně je též schopen na vyžádání poslat do hlavní jednotky 47. Proudové zdroje 27 zajišťují napájení LED - IR a bílá, konstantním proudem. Voděodolné transducery 28 s rezonanční frekvencí cca 1 MHz konvertují elektrický signál generovaný procesorem na ultrazvuk, popř. naopak konvertují zvukovou vlnu na elektrický signál. S jejich pomocí dokáže hlavní procesor 26 ultrazvukového průtokoměru měřit rychlost šíření ultrazvuku v kapalině. Ta je pak nepřímo závislá na rychlosti proudění kapaliny, potažmo na průtoku. Senzor 29 barev je použit pro snímání barvy kapaliny a umožňuje tak rozlišení vody od piva. Senzor 29 barev je připojen přes interní I2C sběrnici, stejnou, jako sponge counter. Senzor 29 barev je osvětlován bílou LED 31 napájenou proudovým zdrojem, která je součástí systému pro rozpoznání barvy kapaliny. Zdroj lze ovládat z hlavního procesoru a LED je tak možné zapínat a vypínat dle libosti. IR LED 32 je napájená proudovým zdrojem a slouží jako součást systému pro počítání houbiček. Zdroj lze ovládat z hlavního procesoru. IR fotodioda 33 tvoří společně s IR LED 32 infračervenou závoru. Při průchodu houbičky trubičkou 30 dojde k přerušení infračerveného paprsku a detekci houbičky procesorem 25 pro počítání houbiček.

Mechanický průtokoměr dle Obr. 3 obsahuje napájecí a komunikační konektor 35, který přivádí napětí 9,8 V z hlavní jednotky 47 a zprostředkovává komunikaci s touto hlavní jednotkou 47. +3v3 STAB lineární stabilizátor 36 převádí napětí 9,8 V z jednotky na napětí 3,3 V pro procesor STM32. Součástí bloku stabilizátoru je ochrana před přepólováním. Hlavní procesor 37 mechanického průtokoměru zařizuje komunikaci po I2C a samotné měření a jeho zpracování. - HAL sensor Hallův senzor 38 magnetického pole, detekuje otočení vrtulky 39 s připevněným magnetem. Vlivem protékající kapaliny dochází k roztáčení vrtulky 39 s magnetem. Změna orientace magnetu je pak detekována HAL senzorem 38. Tělo 40 senzoru umožňuje protékání kapaliny a drží vrtulku 39, aby se mohla volně otáčet.

Zpracovatelská jednotka 41 a související architektura a infrastruktura dle Obr. 5. Zpracovatelskou jednotkou 41 se myslí obecně část systému, ke které nepřistupuje uživatel přímo. Slouží převážně pro zpracování dat z jednotlivých hlavních jednotek 47, k umožnění přístupu k těmto datům, k uložení dat a k poskytnutí opory pro aplikace třetích stran. Databáze 42 umožňuje ukládání naměřených metrik z hlavních jednotek 47, provozních záznamů, logistických informací a dalších údajů a přístup zbylých komponent zpracovatelské jednotky 41 k nim. Volitelně mohou součástí zpracovatelské jednotky být pomocné nástroje 43, umožňující vizualizaci a analýzu dat. MQTT broker 44 zajišťuje zabezpečený sběr dat senzorů a telemetrických dat z jednotlivých hlavních jednotek 47. Zároveň zprostředkovává komunikaci mezi frontend aplikacemi a hlavními jednotkami, umožňuje přímý přístup uživatelům a aplikacím k příkazovému řádku jednotek

- 8 CZ 37258 U1 a zajišťuje tak možnost automatizace. Zároveň zajišťuje sběr provozních záznamů z hlavních jednotek 47. Hlavní kód 45 zpracovatelské jednotky 41 vystavuje šifrované REST API rozhraní, pomocí kterého mohou frontend aplikace přistupovat k datům uloženým v databázi, správu uživatelských účtů, registrování a rušení registrace hlavních jednotek, úpravu informací, atd. Umožňuje tak frontend aplikacím přístup do databáze, přístup k provozním záznamům, přístup k logistickým informacím ohledně jednotlivých jednotek, atd. Jednotlivé hlavní jednotky 47 komunikují pomocí síťové infrastruktury 46 jako je WiFi a LTE s využitím relevantní síťové infrastruktury - routery, switche, směrovače, BTS atd. Hlavní jednotky 47 sbírají data ze senzorů a odesílají je do zpracovatelské jednotky 41 Aplikace 48 pro správu běžící na uživatelském počítači přistupují pomocí REST API a MQTT ke zpracovatelské jednotce 41. Mohou tak přistupovat k naměřeným datům, zobrazovat provozní záznamy, vizualizovat data, provádět nad nimi analýzu a další. Mobilní aplikace 49 přistupují ke zpracovatelské jednotce REST API a slouží k vizualizaci dat.

Zapojení hlavní jednotky 47 je uvedené na Obr. 6. Obsahuje záložní napájení 50. Hlavní jednotka 47 je napájená z elektrického rozvodu. V případě výpadku síťového napětí je možné volitelně připojit proprietární jednotku pro zálohování napájení. Hlavní jednotky 47 posílají data do zpracovatelské jednotky 41. Externí mux 51 je připojen do hlavní jednotky 47 a umožňuje připojení dalších senzorů. Měřené prostředí 52 je tvořeno chladicím zařízením, výčepním zařízením atd., monitorovaným použitými senzory. Senzory 53 a aktuátory měří rozličné veličiny a jsou v podobě teploměrů, průtokoměrů apod. a aktuátory jsou v podobě relé, čerpadel apod.

Průmyslová využitelnost

Systém podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění zejména při monitorování a regulaci restauračních zařízení, zejména výčepních a chladicích zařízení.

Claims (12)

1. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení, zejména výčepních a chladicích zařízení a monitorování stavu výčepního potrubí, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu hlavní jednotku (47) zahrnující hlavní procesor (6), přičemž k hlavní jednotce (47) je připojen alespoň jeden senzor vybraný ze skupiny zapichovací teploměr, ultrazvukový průtokoměr, mechanický průtokoměr, teploměr, tlakový senzor, přičemž alespoň jedna hlavní jednotka (47) je připojena ke zpracovatelské jednotce (41) zahrnující databázi (42), přičemž zpracovatelská jednotka (41) je provedena pro zpracování dat z jednotlivých hlavních jednotek (47) a pro ukládání dat a přístup k uloženým datům a je opatřena nástroji pro vzdálenou správu a vizualizaci dat.

2. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že k alespoň jedné hlavní jednotce (47) je připojen další senzor/aktuátor vybraný ze skupiny vlhkoměr, termostatický regulátor, detektor narážení sudů a relé pro spínání spotřebičů.

3. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že k alespoň jedné hlavní jednotce (47) jsou připojeny spínače čerpadel, ventilů a spínače automatické sanitace.

4. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že je opatřen záložním napájením (50).

5. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že ultrazvukový průtokoměr je opatřen čidlem pro automatickou detekci provedené sanitace výčepního potrubí.

6. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ultrazvukový průtokoměr je opatřen automatickým počítáním sanitačních houbiček, vložitelných do výčepního potrubí.

7. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že alespoň jedna hlavní jednotka (47) je opatřena systémem pro vzdálenou aktualizaci firmware jednotky a/nebo připojených senzorů, které tuto funkcionalitu podporují.

8. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že je opatřen prostředky pro automatizaci a/nebo diagnostiku, a/nebo řízení připojených aktuátorů.

9. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že alespoň jeden ze senzorů připojitelných k alespoň jedné hlavní jednotce (47) je opatřen prostředky pro vyčítání dat ze senzoru, bez explicitního zajištění podpory na straně hlavní jednotky (47).

10. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že alespoň jedna hlavní jednotka (47) je opatřena zařízením pro šifrování posílaných dat a zpracovatelská jednotka (41) je opatřena zařízením pro ověření identity jednotlivých hlavních jednotek (47) a naopak tyto jsou opatřeny zařízením pro ověření identity zpracovatelské jednotky (41).

11. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že hlavní jednotka (47) a zpracovatelská jednotka (41) jsou opatřeny nástroji pro dálkové nastavení rozsahu funkčnosti systému.

- 10 CZ 37258 U1

12. Systém pro monitorování a regulaci restauračních zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že hlavní jednotky (47) jsou opatřeny vnitřním úložištěm pro ukládání naměřených veličin v době výpadku připojení a pro jejich odeslání do zpracovatelské jednotky (41).

7 výkresů