技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于觸摸屏的翻醅機(jī)自動控制系統(tǒng)，還涉及一種基于觸摸屏的翻醅機(jī)自動控制方法。

背景技術(shù)：

翻醅是釀造食醋過程中的一道關(guān)鍵工序，其主要目的是通過翻醅攪拌，以調(diào)節(jié)醋醅溫度和補(bǔ)充氧氣。現(xiàn)有醋釀過程雖然實(shí)現(xiàn)機(jī)械翻醅過程，即用發(fā)酵池代替?zhèn)鹘y(tǒng)大缸進(jìn)行醋酸發(fā)酵，采用翻醅機(jī)代替手工進(jìn)行翻醅，大大提高了翻醅效率，但翻醅過程主要還是依靠工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)操作設(shè)備，一方面翻醅效果和翻醅質(zhì)量的人為因素偏高，造成發(fā)酵工藝精度無法控制，穩(wěn)定性差；另一方面系統(tǒng)自動化程度低，當(dāng)工藝流程改變時，需要花費(fèi)一定精力與時間培訓(xùn)相關(guān)工人，造成技術(shù)革新的延時，不利于市場占有，且每臺翻醅機(jī)需要專人看守，用人成本高。

此外，在對物料進(jìn)行好氧發(fā)酵時，往往只有被翻到表面的物料能接觸到新鮮空氣，而料堆內(nèi)部的物料則沒有機(jī)會接觸到新鮮空氣，這將造成發(fā)酵物料內(nèi)部熱量無法與外部空氣充分交換，參與發(fā)酵的好氧微生物得不到充足的氧氣供應(yīng)。由于對發(fā)酵物料的通風(fēng)降溫和增氧效果都不理想，料堆將不能及時充分蒸發(fā)由于高溫形成的濕熱水蒸氣，無法快速調(diào)節(jié)物料內(nèi)部溫度，使得物料不能經(jīng)常處于最佳發(fā)酵狀態(tài)，導(dǎo)致物料發(fā)酵周期過長，從而降低了發(fā)酵車間的周轉(zhuǎn)率和利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于觸摸屏的翻醅機(jī)自動控制系統(tǒng)及控制方法，以實(shí)現(xiàn)自動完成翻醅過程，且提高翻醅效果和翻醅質(zhì)量。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種基于觸摸屏的翻醅機(jī)自動控制系統(tǒng)，其特征在于包括：內(nèi)嵌時鐘模塊(17)的CPU主控板(18)、輸入模塊和輸出模塊；

所述輸入模塊包括接近開關(guān)(31)、行程開關(guān)(32)、旋轉(zhuǎn)編碼器(33)和溫度采集模塊(16)；所述輸出模塊包括繼電器組(6)和觸摸屏(19)；所述繼電器組(8)包括六只繼電器，分別控制翻醅機(jī)的三個電機(jī)即電機(jī)A(20)即左右行走電機(jī)、電機(jī)B(21)即料架提升與下降電機(jī)和電機(jī)C(22)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)；電機(jī)A(20)用于控制翻醅機(jī)在發(fā)酵池(1)中的左行與右行運(yùn)動，使得料堆都能得到翻醅；電機(jī)B(21)用于控制料斗斗架(2)的提升與下降運(yùn)動，通過調(diào)整翻醅機(jī)(4)斗架(2)高度以改變料堆的翻醅深度；電機(jī)C(22)用于控制翻料板的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；

CPU主控板(18)通過SPI接口(13)與2.4G通信模塊(15)相連，用于接收來自溫度采集模塊(16)對發(fā)酵池(1)中料堆溫度的測量值；

CPU主控板(18)根據(jù)采集到的料堆9點(diǎn)溫度值，調(diào)整斗架(2)高度、電機(jī)C (22)的旋轉(zhuǎn)速度和翻醅機(jī)的翻醅頻率，以便料堆能夠充分與新鮮空氣接觸并交換熱量，并及時降低料堆溫度和增加氧氣供應(yīng)，從而使得物料能經(jīng)常處于最佳發(fā)酵狀態(tài)，縮短物料發(fā)酵周期。

在所述發(fā)酵池的左右兩側(cè)分別安裝了一個接近開關(guān)傳感器(31)和行程開關(guān)傳感器(32)，以避免翻醅機(jī)在在發(fā)酵池中左右行走時撞到左右池壁；翻醅機(jī)在自動控制運(yùn)行模式下，左行到接近開關(guān)(31)時自動切換成右行模式，當(dāng)右行至行程開關(guān)(32)時自動切換為左行模式，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的自動左右行運(yùn)行。

所述料堆的翻醅深度可以通過調(diào)節(jié)翻醅機(jī)斗架(2)的高度來實(shí)現(xiàn)，但是斗架(2)高度不同會造成翻醅機(jī)在發(fā)酵池右行到壁時的左右距離不同，因此行程開關(guān)32的位置選取成為關(guān)鍵。位置選取偏右，則有可能造成翻醅機(jī)撞右壁，而位置偏左，則可能造成翻醅機(jī)右行不到位，部分料堆無法翻醅。本發(fā)明取行程開關(guān)(32)的位置偏左，并且當(dāng)翻醅機(jī)右行到行程開關(guān)(32)時，電機(jī)A(20)不立即切換為左行，而是繼續(xù)右行“一定時間”到合理位置再切換為左行，則關(guān)鍵問題轉(zhuǎn)換成“一定時間值”的選取。為此，控制系統(tǒng)在電機(jī)C (22)的軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器(33)，CPU主控板(18)根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器(33)的讀數(shù)計算出斗架(2)的高度，再通過手動控制調(diào)試出右行從行程開關(guān)(32)開始到發(fā)酵池右壁的距離與運(yùn)行時間，此運(yùn)行時間即為“一定時間值”，由此得出斗架(2)高度、電機(jī)C(22)旋轉(zhuǎn)角度與運(yùn)行時間之間的一一對應(yīng)關(guān)系；行程開關(guān)(32)的安裝位置距離發(fā)酵池右壁大于一個最大距離值，即翻醅機(jī)在斗架(2)與水平線成90度運(yùn)行時，從行程開關(guān)(32)右行到發(fā)酵池右壁的距離值。

CPU主控板(18)通過232接口(14)與觸摸屏(19)相連，觸摸屏(19)可以實(shí)現(xiàn)對翻醅機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和設(shè)備的運(yùn)行控制，包括自動控制和手動控制，接收并顯示翻醅機(jī)的各種工作狀態(tài)信息。

所述控制系統(tǒng)采用arduino Atmega 1280主控制板，I/O口充足，便于系統(tǒng)擴(kuò)展；8KB容量的SRAM和4KB容量的EEROM，足夠存儲系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；采用2.4G通信方式，遠(yuǎn)程采集發(fā)酵池中發(fā)酵物的溫度；采用歐姆龍公司的旋轉(zhuǎn)編碼器、接近開關(guān)和行程開關(guān)；采用迪文公司的DGUS觸摸屏。

一種基于觸摸屏的翻醅機(jī)自動控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，CPU主控板(18)通過2.4G通信模塊(15)接收溫度采集模塊(16)對發(fā)酵池(1)料堆的9點(diǎn)斷面溫度值，所述9點(diǎn)分布為發(fā)酵池料堆的上中下三層，每層三個點(diǎn)；

步驟二，翻醅機(jī)根據(jù)溫度采集模塊(16)測量料堆溫度分布情況，通過觸摸屏(19)設(shè)定系統(tǒng)的翻醅工藝參數(shù)，包括翻醅料堆的啟動與停止時間，翻醅料堆的深度和翻醅的頻率等；不同的發(fā)酵池由于其溫度分布模型不同，采用不同的翻醅控制工藝；

步驟三， CPU主控板(18)通過觸摸屏(19)設(shè)定該系統(tǒng)參數(shù)，包括翻醅機(jī)(4)在各種斗架(2)高度下經(jīng)過行程開關(guān)(32)后繼續(xù)右行的時間值，一般取斗架的8個高度值調(diào)試；

步驟四，CPU主控板(18)通過內(nèi)嵌時鐘模塊(17)完成各種跟時間有關(guān)的工藝設(shè)定任務(wù)，包括何時啟動翻醅任務(wù)，何時停止翻醅任務(wù)；

步驟五，CPU主控板(18)根據(jù)觸摸屏(19)設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)接收到來自觸摸屏(19)發(fā)出的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置命令時，通過控制翻醅機(jī)的3個電機(jī)即電機(jī)A(20)、電機(jī)B(21)和電機(jī)C(22)的運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定任務(wù)；

步驟六，CPU主控板(18)根據(jù)觸摸屏(19)設(shè)定的自動翻醅工藝參數(shù)，當(dāng)接收到來自觸摸屏19發(fā)出的自動控制命令時，通過控制電機(jī)A(20)、電機(jī)B(21)和電機(jī)C(20)的運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)料堆的自動翻醅任務(wù)；

步驟七，CPU主控板(18)根據(jù)觸摸屏(19)發(fā)送的手動控制命令時，通過控制翻醅機(jī)的電機(jī)A(20)、電機(jī)B(21)和電機(jī)C(20)的運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)料堆的手動翻醅任務(wù)。

所述觸摸屏(19)通過與CPU主控板(18)的232接口(14)實(shí)現(xiàn)通信，接收翻醅機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)，并在觸摸屏(19)上顯示。

本發(fā)明具有有益效果。相比于現(xiàn)有翻醅機(jī)，本發(fā)明有以下幾個創(chuàng)新點(diǎn)。測溫模式創(chuàng)新：本設(shè)計攜帶附屬自動測溫裝置，該測溫裝置采用斷面9點(diǎn)測溫(上中下三層，每層三個點(diǎn))，并使用2.4G無線信號發(fā)送給智能翻醅機(jī)主控板，主控板根據(jù)溫度分布模型，自動啟動翻醅機(jī)工作，使整個醋醅發(fā)酵處于合理化；啟動模式創(chuàng)新：本設(shè)計內(nèi)嵌時鐘芯片，此設(shè)計帶來的益處是，各個發(fā)酵池的翻醅動作可以任意設(shè)定，亦即：不同發(fā)酵池可以采用不同的發(fā)酵工藝，避免翻醅機(jī)工作單一化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作臺示意圖；

圖2為本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖；

圖3為本發(fā)明的觸摸屏控制框圖；

圖4為本發(fā)明的觸摸屏手動控制頁面示意圖；

圖5為本發(fā)明的觸摸屏自動翻醅工藝參數(shù)設(shè)置頁面示意圖；

圖6為本發(fā)明的觸摸屏系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置頁面示意圖；

圖7為本發(fā)明的系統(tǒng)主流程圖；

圖8為本發(fā)明的觸摸屏控制命令執(zhí)行程序流程圖；

圖9為本發(fā)明的觸摸屏系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置流程圖；

圖10為本發(fā)明的觸摸屏自動控制工藝參數(shù)設(shè)置流程圖。

圖中： 1 發(fā)酵池，2 料架，3 料斗，4 翻醅機(jī)，19 觸摸屏，8 繼電器組，9、10和11為I/O接口，12 INT0接口，13 SPI接口，14 為232接口，15為2.4G通信模塊，16溫度采集模塊，17內(nèi)嵌時鐘模塊，18 CPU主控板，19觸摸屏，20電機(jī)A，21電機(jī)B，22電機(jī)C，31接近開關(guān)，32行程開關(guān)，33旋轉(zhuǎn)編碼器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)這群做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明的工作臺示意圖如圖1所示。如圖2所示，本發(fā)明的自動控制系統(tǒng)包括：

內(nèi)嵌時鐘模塊17的CPU主控板18，用于協(xié)調(diào)各模塊工作；

溫度傳采集模塊16，CPU主控板18使用2.4G通信模式，遠(yuǎn)程接收溫度采集模塊16測量發(fā)酵池1中料堆的9點(diǎn)斷面溫度值(上中下三層，每層三個點(diǎn))。

接近開關(guān)31和行程開關(guān)32，翻醅機(jī)4在發(fā)酵池1中左右運(yùn)行時為避免觸碰左右池壁，控制系統(tǒng)在發(fā)酵池1的左右兩側(cè)分別安裝了一個接近開關(guān)傳感器31和行程開關(guān)傳感器32。當(dāng)翻醅機(jī)4電機(jī)20正轉(zhuǎn)左行至接近開關(guān)31時觸發(fā)該傳感器動作使其觸點(diǎn)閉合，CPU主控板18檢測到該信號后通過繼電器組8控制電機(jī)20由正轉(zhuǎn)切換為反轉(zhuǎn)，即由左行改為右行；當(dāng)翻醅機(jī)4電機(jī)20反轉(zhuǎn)右行至行程開關(guān)32時觸發(fā)該傳感器動作使其觸點(diǎn)閉合，CPU主控板18檢測到該信號后將繼續(xù)右行一定時間到合理位置，然后切換為正轉(zhuǎn)左行；依此循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)翻醅機(jī)的左右行運(yùn)動。

旋轉(zhuǎn)編碼器33，翻醅機(jī)4在發(fā)酵池1中的提升與下降運(yùn)動是指通過調(diào)節(jié)翻醅機(jī)4料斗斗架2的高度，從而改變料堆的翻醅深度以實(shí)現(xiàn)分層翻露底翻等工序。CPU主控板18通過讀取旋轉(zhuǎn)編碼器33的數(shù)值用來計算當(dāng)前料斗斗架2的高度，并根據(jù)此高度計算出翻醅機(jī)4在右行經(jīng)過行程開關(guān)32時繼續(xù)右行的時間值。

繼電器組8，用小電流控制控制電機(jī)20、21、22的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)運(yùn)動時的大電流。

觸摸屏19，CPU主控板18通過串行通信方式實(shí)現(xiàn)與觸摸屏19之間的接收與發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)，觸摸屏19根據(jù)溫度采集模塊16測量的發(fā)酵池1中料堆的溫度分布情況調(diào)整翻醅機(jī)4料斗斗架2的高度，調(diào)整翻醅的頻率，設(shè)定翻醅的時間，實(shí)現(xiàn)翻醅機(jī)4的自動控制。觸摸屏19在設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)或調(diào)試翻醅工藝時，可以使用手動控制方式控制翻醅機(jī)4的各電機(jī)運(yùn)行。

如圖7所示，一種基于觸摸屏的翻醅機(jī)自動控制方法，主程序執(zhí)行步驟如下：

a) 系統(tǒng)上電初始化，包括讀取系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，檢查各電機(jī)位置并歸位，系統(tǒng)內(nèi)嵌時鐘模塊17參數(shù)初始化等；

b) CPU主控板18查詢有無232通信結(jié)束標(biāo)志，如有則讀取接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)CPU主控板18與觸摸屏19間的通信，執(zhí)行完返回，如無則執(zhí)行下一步；

c) CPU主控板18查詢翻醅起始時間到否，如到則啟動執(zhí)行翻醅工藝自動運(yùn)行程序，該工藝參數(shù)在自動控制工藝參數(shù)設(shè)置流程里由工人設(shè)定，執(zhí)行完返回，如無則執(zhí)行下一步；

d) CPU主控板18查詢翻醅停止時間到否，如到則停止執(zhí)行翻醅工藝自動運(yùn)行程序，即關(guān)閉所有翻醅機(jī)電機(jī)4，執(zhí)行完返回，如無則執(zhí)行下一步；

e) CPU主控板18查詢開關(guān)信號采集時間是否到，如到則執(zhí)行開關(guān)信號采集子程序，監(jiān)測翻醅機(jī)4在發(fā)酵池1中的位置，并置位相關(guān)標(biāo)志，執(zhí)行完返回，如未到則執(zhí)行下一步；

f) CPU主控板18查詢有無2.4G通信結(jié)束標(biāo)志，如有則讀取接收數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為溫度采集模塊16傳送來的溫度數(shù)據(jù)，CPU主控板18在接收完溫度數(shù)據(jù)后，需將該溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到觸摸屏19顯示，操作人員將根據(jù)此溫度值設(shè)置翻醅工藝參數(shù)，執(zhí)行完返回，如無則執(zhí)行下一步；

g) CPU主控板18執(zhí)行觸摸屏19控制命令執(zhí)行程序，CPU主控板18通過232接口14接收到觸摸屏控制命令后，在此處執(zhí)行控制命令，命令執(zhí)行流程如圖8所示，包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置命令、手動控制命令和自動控制命令，如圖3所示。執(zhí)行完返回b)步，依此形成主程序循環(huán)。

如圖4所示為觸摸屏19手動控制界面示意圖，觸摸屏19可以控制3個電機(jī)20、21和22的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)六種功能，即左行/右行、提升/下降和點(diǎn)動/連動。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換時為避免正反轉(zhuǎn)按鍵同時按下，造成相間短路，在設(shè)計觸摸屏19手動控制時添加了互鎖功能。如當(dāng)電機(jī)20正轉(zhuǎn)左行時，右行鍵無效，只有先按下停止鍵，再按下右行鍵才能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換，即實(shí)現(xiàn)電機(jī)21的左右行切換。操作人員在手動控制電機(jī)21時，可在觸摸屏19上料斗高度欄內(nèi)看到當(dāng)前料斗斗架2的高度。

如圖9所示為觸摸屏19設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)流程圖，該參數(shù)為系統(tǒng)自動控制狀態(tài)下，翻醅機(jī)4在發(fā)酵池1中右行到行程開關(guān)32時繼續(xù)右行的時間值。具體操作過程如下：手動控制讓翻醅機(jī)4左行至行程開關(guān)32左側(cè)停止，通過觸摸屏19設(shè)置翻醅機(jī)4斗架2的高度值，按下觸摸屏19上“啟動”鍵，啟動一次串星通信。CPU主控板18接收到該命令將啟動電機(jī)21運(yùn)行直到斗架2的高度達(dá)到設(shè)定值后自動停止，翻醅機(jī)4右行經(jīng)行程開關(guān)32時，CPU主控板18自動計時開始，并且翻醅機(jī)4繼續(xù)右行，目測翻醅機(jī)4右行到發(fā)酵池1右壁時，手動按下觸摸屏19上“確定”鍵，翻醅機(jī)4停止右行，CPU主控板18自動計時結(jié)束，并計算該時間差值。CPU主控板18將此時間值與對應(yīng)的斗架2高度和電機(jī)21的旋轉(zhuǎn)角度保存到EEPROM，并將此該對應(yīng)關(guān)系發(fā)送到觸摸屏19用以顯示，如圖6所示。

如圖10所示為觸摸屏19設(shè)置自動翻醅工藝參數(shù)流程圖，具體操作過程如下：根據(jù)CPU主控板18采集的溫度分布情況，通過觸摸屏19設(shè)定翻醅起始時間與停止時間、翻醅料堆深度和各電機(jī)運(yùn)行速度等參數(shù)，按下觸摸屏19上“設(shè)置”鍵如圖5所示，啟動一次串行通信。CPU主控板18接收到該設(shè)置命令后，修改時鐘模塊17參數(shù)以調(diào)整翻醅起停時間，啟動電機(jī)21運(yùn)行以調(diào)整斗架2高度，調(diào)整電機(jī)20和22的運(yùn)行速度以配合翻醅工藝的實(shí)現(xiàn)。

控制方法中主程序之外還包括三個中斷程序：串行通信中斷用于CPU主控板18與觸摸屏19之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收；一個外部中斷用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)編碼器33信號，并計算料斗的旋轉(zhuǎn)深度；一個外部中斷用于CPU主控板18通過2.4G無線通信模塊15接收溫度采集模塊16發(fā)送來的數(shù)據(jù)。