一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统的制作方法

本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统，还涉及一种基于触摸屏的翻醅机自动控制方法。

背景技术：

翻醅是酿造食醋过程中的一道关键工序，其主要目的是通过翻醅搅拌，以调节醋醅温度和补充氧气。现有醋酿过程虽然实现机械翻醅过程，即用发酵池代替传统大缸进行醋酸发酵，采用翻醅机代替手工进行翻醅，大大提高了翻醅效率，但翻醅过程主要还是依靠工人根据经验操作设备，一方面翻醅效果和翻醅质量的人为因素偏高，造成发酵工艺精度无法控制，稳定性差；另一方面系统自动化程度低，当工艺流程改变时，需要花费一定精力与时间培训相关工人，造成技术革新的延时，不利于市场占有，且每台翻醅机需要专人看守，用人成本高。

此外，在对物料进行好氧发酵时，往往只有被翻到表面的物料能接触到新鲜空气，而料堆内部的物料则没有机会接触到新鲜空气，这将造成发酵物料内部热量无法与外部空气充分交换，参与发酵的好氧微生物得不到充足的氧气供应。由于对发酵物料的通风降温和增氧效果都不理想，料堆将不能及时充分蒸发由于高温形成的湿热水蒸气，无法快速调节物料内部温度，使得物料不能经常处于最佳发酵状态，导致物料发酵周期过长，从而降低了发酵车间的周转率和利用率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统，以实现自动完成翻醅过程，且提高翻醅效果和翻醅质量。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种基于触摸屏的翻醅机自动控制系统，其特征在于包括：内嵌时钟模块(17)的CPU主控板(18)、输入模块和输出模块；

所述输入模块包括接近开关(31)、行程开关(32)、旋转编码器(33)和温度采集模块(16)；所述输出模块包括继电器组(6)和触摸屏(19)；所述继电器组(8)包括六只继电器，分别控制翻醅机的三个电机即电机A(20)即左右行走电机、电机B(21)即料架提升与下降电机和电机C(22)的正转与反转；电机A(20)用于控制翻醅机在发酵池(1)中的左行与右行运动，使得料堆都能得到翻醅；电机B(21)用于控制料斗斗架(2)的提升与下降运动，通过调整翻醅机(4)斗架(2)高度以改变料堆的翻醅深度；电机C(22)用于控制翻料板的旋转运动；

CPU主控板(18)通过SPI接口(13)与2.4G通信模块(15)相连，用于接收来自温度采集模块(16)对发酵池(1)中料堆温度的测量值；

CPU主控板(18)根据采集到的料堆9点温度值，调整斗架(2)高度、电机C (22)的旋转速度和翻醅机的翻醅频率，以便料堆能够充分与新鲜空气接触并交换热量，并及时降低料堆温度和增加氧气供应，从而使得物料能经常处于最佳发酵状态，缩短物料发酵周期。

在所述发酵池的左右两侧分别安装了一个接近开关传感器(31)和行程开关传感器(32)，以避免翻醅机在在发酵池中左右行走时撞到左右池壁；翻醅机在自动控制运行模式下，左行到接近开关(31)时自动切换成右行模式，当右行至行程开关(32)时自动切换为左行模式，从而实现发酵工艺的自动左右行运行。

所述料堆的翻醅深度可以通过调节翻醅机斗架(2)的高度来实现，但是斗架(2)高度不同会造成翻醅机在发酵池右行到壁时的左右距离不同，因此行程开关32的位置选取成为关键。位置选取偏右，则有可能造成翻醅机撞右壁，而位置偏左，则可能造成翻醅机右行不到位，部分料堆无法翻醅。本实用新型取行程开关(32)的位置偏左，并且当翻醅机右行到行程开关(32)时，电机A(20)不立即切换为左行，而是继续右行“一定时间”到合理位置再切换为左行，则关键问题转换成“一定时间值”的选取。为此，控制系统在电机C (22)的轴上安装旋转编码器(33)，CPU主控板(18)根据旋转编码器(33)的读数计算出斗架(2)的高度，再通过手动控制调试出右行从行程开关(32)开始到发酵池右壁的距离与运行时间，此运行时间即为“一定时间值”，由此得出斗架(2)高度、电机C(22)旋转角度与运行时间之间的一一对应关系；行程开关(32)的安装位置距离发酵池右壁大于一个最大距离值，即翻醅机在斗架(2)与水平线成90度运行时，从行程开关(32)右行到发酵池右壁的距离值。

CPU主控板(18)通过232接口(14)与触摸屏(19)相连，触摸屏(19)可以实现对翻醅机的系统参数设置和设备的运行控制，包括自动控制和手动控制，接收并显示翻醅机的各种工作状态信息。

所述控制系统采用arduino Atmega 1280主控制板，I/O口充足，便于系统扩展；8KB容量的SRAM和4KB容量的EEROM，足够存储系统设置参数及历史运行数据；采用2.4G通信方式，远程采集发酵池中发酵物的温度；采用欧姆龙公司的旋转编码器、接近开关和行程开关；采用迪文公司的DGUS触摸屏。

本实用新型的控制方法过程如下：

步骤一，CPU主控板(18)通过2.4G通信模块(15)接收温度采集模块(16)对发酵池(1)料堆的9点断面温度值，所述9点分布为发酵池料堆的上中下三层，每层三个点；

步骤二，翻醅机根据温度采集模块(16)测量料堆温度分布情况，通过触摸屏(19)设定系统的翻醅工艺参数，包括翻醅料堆的启动与停止时间，翻醅料堆的深度和翻醅的频率等；不同的发酵池由于其温度分布模型不同，采用不同的翻醅控制工艺；

步骤三， CPU主控板(18)通过触摸屏(19)设定该系统参数，包括翻醅机(4)在各种斗架(2)高度下经过行程开关(32)后继续右行的时间值，一般取斗架的8个高度值调试；

步骤四，CPU主控板(18)通过内嵌时钟模块(17)完成各种跟时间有关的工艺设定任务，包括何时启动翻醅任务，何时停止翻醅任务；

步骤五，CPU主控板(18)根据触摸屏(19)设定的系统参数，当接收到来自触摸屏(19)发出的系统参数设置命令时，通过控制翻醅机的3个电机即电机A(20)、电机B(21)和电机C(22)的运行来实现系统参数设定任务；

步骤六，CPU主控板(18)根据触摸屏(19)设定的自动翻醅工艺参数，当接收到来自触摸屏19发出的自动控制命令时，通过控制电机A(20)、电机B(21)和电机C(20)的运行来实现料堆的自动翻醅任务；

步骤七，CPU主控板(18)根据触摸屏(19)发送的手动控制命令时，通过控制翻醅机的电机A(20)、电机B(21)和电机C(20)的运行来实现料堆的手动翻醅任务。

所述触摸屏(19)通过与CPU主控板(18)的232接口(14)实现通信，接收翻醅机的当前工作状态，并在触摸屏(19)上显示。

本实用新型具有有益效果。相比于现有翻醅机，本实用新型有以下几个创新点。测温模式创新：本设计携带附属自动测温装置，该测温装置采用断面9点测温(上中下三层，每层三个点)，并使用2.4G无线信号发送给智能翻醅机主控板，主控板根据温度分布模型，自动启动翻醅机工作，使整个醋醅发酵处于合理化；启动模式创新：本设计内嵌时钟芯片，此设计带来的益处是，各个发酵池的翻醅动作可以任意设定，亦即：不同发酵池可以采用不同的发酵工艺，避免翻醅机工作单一化。

附图说明

图1为本实用新型的工作台示意图；

图2为本实用新型的控制系统框图；

图3为本实用新型的触摸屏控制框图；

图4为本实用新型的触摸屏手动控制页面示意图；

图5为本实用新型的触摸屏自动翻醅工艺参数设置页面示意图；

图6为本实用新型的触摸屏系统参数设置页面示意图；

图7为本实用新型的系统主流程图；

图8为本实用新型的触摸屏控制命令执行程序流程图；

图9为本实用新型的触摸屏系统参数设置流程图；

图10为本实用新型的触摸屏自动控制工艺参数设置流程图。

图中： 1 发酵池，2 料架，3 料斗，4 翻醅机，19 触摸屏，8 继电器组，9、10和11为I/O接口，12 INT0接口，13 SPI接口，14 为232接口，15为2.4G通信模块，16温度采集模块，17内嵌时钟模块，18 CPU主控板，19触摸屏，20电机A，21电机B，22电机C，31接近开关，32行程开关，33为旋转编码器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术这群做进一步详细的说明。

本实用新型的工作台示意图如图1所示。如图2所示，本实用新型的自动控制系统包括：

内嵌时钟模块17的CPU主控板18，用于协调各模块工作；

温度传采集模块16，CPU主控板18使用2.4G通信模式，远程接收温度采集模块16测量发酵池1中料堆的9点断面温度值(上中下三层，每层三个点)。

接近开关31和行程开关32，翻醅机4在发酵池1中左右运行时为避免触碰左右池壁，控制系统在发酵池1的左右两侧分别安装了一个接近开关传感器31和行程开关传感器32。当翻醅机4电机20正转左行至接近开关31时触发该传感器动作使其触点闭合，CPU主控板18检测到该信号后通过继电器组8控制电机20由正转切换为反转，即由左行改为右行；当翻醅机4电机20反转右行至行程开关32时触发该传感器动作使其触点闭合，CPU主控板18检测到该信号后将继续右行一定时间到合理位置，然后切换为正转左行；依此循环往复实现翻醅机的左右行运动。

旋转编码器33，翻醅机4在发酵池1中的提升与下降运动是指通过调节翻醅机4料斗斗架2的高度，从而改变料堆的翻醅深度以实现分层翻露底翻等工序。CPU主控板18通过读取旋转编码器33的数值用来计算当前料斗斗架2的高度，并根据此高度计算出翻醅机4在右行经过行程开关32时继续右行的时间值。

继电器组8，用小电流控制控制电机20、21、22的正转与反转运动时的大电流。

触摸屏19，CPU主控板18通过串行通信方式实现与触摸屏19之间的接收与发送数据任务，触摸屏19根据温度采集模块16测量的发酵池1中料堆的温度分布情况调整翻醅机4料斗斗架2的高度，调整翻醅的频率，设定翻醅的时间，实现翻醅机4的自动控制。触摸屏19在设定系统参数或调试翻醅工艺时，可以使用手动控制方式控制翻醅机4的各电机运行。

如图7所示，一种基于触摸屏的翻醅机自动控制方法，主程序执行步骤如下：

a) 系统上电初始化，包括读取系统设置参数，检查各电机位置并归位，系统内嵌时钟模块17参数初始化等；

b) CPU主控板18查询有无232通信结束标志，如有则读取接收数据，实现CPU主控板18与触摸屏19间的通信，执行完返回，如无则执行下一步；

c) CPU主控板18查询翻醅起始时间到否，如到则启动执行翻醅工艺自动运行程序，该工艺参数在自动控制工艺参数设置流程里由工人设定，执行完返回，如无则执行下一步；

d) CPU主控板18查询翻醅停止时间到否，如到则停止执行翻醅工艺自动运行程序，即关闭所有翻醅机电机4，执行完返回，如无则执行下一步；

e) CPU主控板18查询开关信号采集时间是否到，如到则执行开关信号采集子程序，监测翻醅机4在发酵池1中的位置，并置位相关标志，执行完返回，如未到则执行下一步；

f) CPU主控板18查询有无2.4G通信结束标志，如有则读取接收数据，该数据为温度采集模块16传送来的温度数据，CPU主控板18在接收完温度数据后，需将该温度数据发送到触摸屏19显示，操作人员将根据此温度值设置翻醅工艺参数，执行完返回，如无则执行下一步；

g) CPU主控板18执行触摸屏19控制命令执行程序，CPU主控板18通过232接口14接收到触摸屏控制命令后，在此处执行控制命令，命令执行流程如图8所示，包括系统参数设置命令、手动控制命令和自动控制命令，如图3所示。执行完返回b)步，依此形成主程序循环。

如图4所示为触摸屏19手动控制界面示意图，触摸屏19可以控制3个电机20、21和22的正反转实现六种功能，即左行/右行、提升/下降和点动/连动。电机的正反转切换时为避免正反转按键同时按下，造成相间短路，在设计触摸屏19手动控制时添加了互锁功能。如当电机20正转左行时，右行键无效，只有先按下停止键，再按下右行键才能实现正反转切换，即实现电机21的左右行切换。操作人员在手动控制电机21时，可在触摸屏19上料斗高度栏内看到当前料斗斗架2的高度。

如图9所示为触摸屏19设置系统参数流程图，该参数为系统自动控制状态下，翻醅机4在发酵池1中右行到行程开关32时继续右行的时间值。具体操作过程如下：手动控制让翻醅机4左行至行程开关32左侧停止，通过触摸屏19设置翻醅机4斗架2的高度值，按下触摸屏19上“启动”键，启动一次串星通信。CPU主控板18接收到该命令将启动电机21运行直到斗架2的高度达到设定值后自动停止，翻醅机4右行经行程开关32时，CPU主控板18自动计时开始，并且翻醅机4继续右行，目测翻醅机4右行到发酵池1右壁时，手动按下触摸屏19上“确定”键，翻醅机4停止右行，CPU主控板18自动计时结束，并计算该时间差值。CPU主控板18将此时间值与对应的斗架2高度和电机21的旋转角度保存到EEPROM，并将此该对应关系发送到触摸屏19用以显示，如图6所示。

如图10所示为触摸屏19设置自动翻醅工艺参数流程图，具体操作过程如下：根据CPU主控板18采集的温度分布情况，通过触摸屏19设定翻醅起始时间与停止时间、翻醅料堆深度和各电机运行速度等参数，按下触摸屏19上“设置”键如图5所示，启动一次串行通信。CPU主控板18接收到该设置命令后，修改时钟模块17参数以调整翻醅起停时间，启动电机21运行以调整斗架2高度，调整电机20和22的运行速度以配合翻醅工艺的实现。

控制方法中主程序之外还包括三个中断程序：串行通信中断用于CPU主控板18与触摸屏19之间的数据发送和接收；一个外部中断用于监测旋转编码器33信号，并计算料斗的旋转深度；一个外部中断用于CPU主控板18通过2.4G无线通信模块15接收温度采集模块16发送来的数据。