一種嵌入式閉環控制的菊花加工系統的製作方法

2023-08-04 01:53:01

本實用新型屬於農產品加工和自動化控制領域，具體的說是一種嵌入式閉環控制的菊花加工系統。

背景技術：

目前我國正處在一個節能減排、開發利用新能源的科技創新發展新時期，我國是個農業大國，由於人們生活水平的提高，需要加工及深加工的農副產品有很多。其中菊花在生產加工過程中控制方式是開環控制的方式，菊花的乾燥情況要根據人的觀察來判斷，沒有專門的檢測傳感器，如圖1所示。總體分析現在存在的問題點：(1)燃料基本是木材、煤、電等，其中普遍使用的是木材和煤，但是木材和煤在燃燒過程中較難自動控制，屬於自然燃燒，所以對熱量的控制不精確。而用電力能源，雖然能較好控制溫度，但是使用(燃料)成本及設備造價高。在菊花乾燥過程中，也沒有專門的檢測傳感器，基本是通過人的觀察確定是否達到要求。同時生產的需求和自然的生態形成了很大矛盾，木材來源於山林，由於長時間的砍伐對自然環境破壞比較嚴重，已經受到當地政府的明令禁止，煤炭也是越用越少的自然資源；電能的使用對線路要求高，在山區用電費用大、生產成本高。(2)生產方法落後：由於燃料是木材、煤炭，在現有的設備中燃燒方式原始，燃燒不充分(最簡單的觀察就是煙道積炭比較嚴重)熱效率低、生產成本高，同時產生大量含有煙霧顆粒的氣體排放到大氣中，煤的燃燒還會有其他的有害氣體，對大氣造成嚴重的霧霾汙染。此外，木材及煤炭燃燒產生的熱能不容易控制，誤差比較大，靠人工觀察調整的控制方式，可變性比較大。傳統的生產過程中，花農根據觀察菊花的變化情況及個人經驗進行判斷，人為地控制燃料的燃燒，來對應生產中所需要的熱量的變化，對人的依賴性比較強，人的勞動強度大。同時由於每個人的經驗不同生產設備的不穩定性、採花時間不同(早上、中午、晚上、晴天、雨天等)、花的含水量不同、生產環境(晴天、雨天、陰天空氣中的溫溼度等)不同，直接影響菊花產品的加工質量。調查發現，菊花產品的質量好壞對售價影響很大，甚至差的菊花產品沒有人收購。直接影響花農的收入。傳統生產流程如圖2所示。(3)生產設備和現實的適應性：使用木材及煤的比較普遍，但是自動化程度低，燃料燃燒不充分，熱能利用率低。使用電能基本上是用熱泵的原理，設備成本高，在山區由於線路問題，對線路改造費用更大，同時由於用電量大，加工成本也大，普及率極低。本實用新型一種嵌入式閉環控制的菊花加工系統，能克服以上的不足。

技術實現要素：

本實用新型一種嵌入式閉環控制的菊花加工系統，用農業廢棄物(農作物秸稈、樹枝、木屑、竹屑等)製成的顆粒作燃料，其主要特徵在於所述的加工系統包括：熱能產生系統、熱能循環系統、自動控制系統，

所述熱能產生系統包括：1)用於產生熱能的顆粒燃料、2)用儲存燃料的儲料器、3)用於防止燃料堵塞的疏通器、4)用於輸送燃料的送料器、5)用於輸送燃料的燃料滑道、6)用於助燃提高燃燒率的湍流器、7)用於幫助燃燒的風機、8)用於點燃燃料的點燃器、9)用於燃料燃燒的燃燒器、10)用於熱能交換的熱交換器、11)用於對燃料燃燒時產生的尾氣進行處理的尾氣淨化器、12)用於燃燒器灰燼的清灰器、13)用於阻擋火焰直接進入管道的火焰擋板、14)用於檢測顆粒燃料是否燃燒的燃燒檢測傳感器、15)用於支撐熱能產生系統有關零部件、阻擋熱能外散的外殼；

所述的送料器包括：送料器外殼、送料電機、編碼器、聯軸器、平面推力軸承及螺旋送料器；送料器外殼上端與儲料器用法蘭通過螺釘相連接，下端與燃料滑道的一端焊接在一起，燃料滑道的另一端穿過熱能循環系統的外殼、熱交換體並與它們焊接在一起；送料電機與送料器外殼用螺釘固定連接，編碼器用螺釘固定在送料電機上，送料電機和編碼器與控制系統3電性連接；螺旋送料器穿過送料器外殼和平面推力軸承通過聯軸器與送料電機的主軸相連接；平面推力軸承兩端面分別與送料器外殼和送料螺旋器端部平面相接觸；螺旋送料器通過平面推力軸承在電機的帶動下和送料外殼可相對轉動；

所述的湍流器包括：通氣管、湍流器外殼、湍流器支氣管、湍流器內殼；湍流器內殼通過通氣管和附件焊接在燃燒器外殼上，湍流器外殼與湍流器內腔焊接在一起形成一個通風的腔體，湍流器支氣管均勻的分部在湍流器內腔，並焊接在一起；其中火焰擋板通過附件焊接在湍流器的上面；

所述的點燃器包括：電容器風機、點燃器外殼、陶瓷套管、電阻絲、陶瓷支架；點燃器的外管穿過熱能循環系統的外殼、熱交換體、燃燒器外殼並分別與它們焊接在一起，點燃器外殼前埠伸入燃燒器內腔內；電阻絲繞在陶瓷支架上進入陶瓷套管後再放進點燃器外管裡面並固定，點燃器風機通過螺釘與點燃器外殼固定連接；點燃器風機和電阻絲分別與控制系統3電性連接。

所述的燃燒器包括：燃燒器外殼、助燃氣輸入管、燃燒器底柵、燃燒器內腔；助燃氣輸入管穿過熱能循環系統的外殼、熱交換體、燃燒器外殼並與它們焊接在一起，燃燒器外殼和燃燒器內腔焊接在一起形成一個通風的腔體，燃燒器內腔均勻分部有助燃風口，燃燒器外殼通過附件焊接在熱交換體內部；

所述的熱交換器包括：熱交換體、熱能傳遞管、螺旋阻尼片1104、散熱片、熱交換器出氣管、集灰鬥、餘塵排出管封蓋、餘塵排出管；熱交換體A和熱交換體B通過熱能傳遞管焊接在一起，熱交換體B是有多根不鏽鋼管組合焊接的腔體，散熱片分別焊接在熱交換體A、熱交換體B的外表面，螺旋阻尼片分別焊接在熱交換體B的鋼管內；熱交換器出氣管與尾氣淨化器的通氣管用螺釘通過法蘭固定在一起；集灰鬥放置在熱交換體A中燃燒器的下面；餘灰排出管焊接在熱交換體B的前底部，口部由余塵排出管封蓋封口，在定期清除餘灰的時候可以打開，平時是封蓋住的。

所述的尾氣淨化器包括：排氣風機、過濾器外殼、水管、過濾介質、通氣管、水泵、水槽、排汙閥、水槽支架；通氣管用螺釘通過法蘭與熱交換器出氣管固定連接，通氣管的上端與過濾器外殼用螺釘通過法蘭固定連接，下端插入水槽底部並與水槽底留有一定的空間；水槽放置在水槽支架上；排汙閥通過焊接在水槽底上的螺母螺紋連接固定；水泵通過螺釘及附件固定在水槽上面；過濾介質放置在過濾器外殼的內腔；排氣風機通過螺釘固定在過濾外殼上面；排氣風機、水泵與控制系統3電性連接。

所述的熱能循環系統包括：1)用於熱風流通及存放菊花的熱能循環箱體通道；2)用於把循環箱體通道隔成不同功能空間的熱能循環箱體通道隔板；3)用於使風機上下運動的風機移動機構；4)用於使熱能在熱能循環箱體通道內循環的循環風機；5)用於箱體通道內溫溼度檢測的溫溼度傳感器；6)用於檢測菊花變化的菊花檢測傳感器；7)用於排除熱能循環箱體通道內溼氣的排溼風機；8)用於在排溼風機向外界排溼時，從外界進風的新風門；9)用於調整熱能循環風量的熱能內循環風門；10)用於菊花貨架出入熱能循環箱體通道的循環箱體單體門；用於安裝風機移動機構、循環風機，並有氣體混合空間，同時又用於菊花貨架出入熱能循環箱體通道的循環箱體綜合門；用於放置加工菊花的貨架。

所述自動控制系統包括：用於對菊花加工提供熱能的熱能產生系統；用於放置菊花並將熱能循環流動的熱能循環系統；在熱能產生系統和熱能循環系統內需要檢測的部位，根據不同需要安裝的各種傳感器；用於採集信號並將信號放大的信號採集裝置；將信號採集裝置採集的數據進行邏輯運算，並把運算結果反饋給各系統執行元件的控制裝置。

所述的信號採集裝置包括一信號採集器、一用於將信號採集器採集的信號進行放大的信號放大器及一用於將放大後的信號輸出的放大信號輸出器。

所述的控制裝置一用於接收放大的信號的信號輸入器一用於接收信號輸入器輸入的數據並與其預設是數值進行比較處理的單片機，一根據比較處理結果來響應發出信號的信號輸出器及接收信號輸出器發出的指令並反饋給各系統中各個執行元件的驅動器。

所述的信號輸入器還安裝有信號輸入顯示器。

所述信號輸出器還安裝有信號輸出顯示器。

附圖說明

圖1為現有控制模式的方框圖；

圖2為本實用新型加工系統的結構總簡圖主視圖；

圖3為本實用新型加工系統的結構總簡圖左視圖；

圖4為本實用新型加工系統的結構總簡圖俯視圖；

圖5為本實用新型熱能產生系統的結構簡圖主視圖；

圖6為本實用新型熱能產生系統的結構簡圖局部放大圖；

圖7為本實用新型熱能產生系統的結構簡圖右視圖；

圖8為本實用新型熱能產生系統的結構簡圖俯視圖；

圖9為本實用新型控制模式的方框圖；

圖10為本實用新型自動控制系統結構的方框圖；

具體實施方式

如圖2-圖4所示，本實用新型包括：熱能產生系統1、熱循環系統2、自動控制系統3；

其中熱能產生系統包括：顆粒燃料101、儲料器102、疏通器103、送料器104、燃料滑道105、湍流器106、助燃風機107、點燃器108、燃燒器109、熱交換器110、尾氣淨化器111、清灰器112、火焰擋板113、燃燒檢測傳感器114及外殼115等。

其中熱能循環系統包括：熱能循環箱體通道201、循環箱體通道隔板202，風機移動機構203、循環風機204、溫溼度傳感器205、菊花檢測傳感器206、排溼風機206、新風門208、熱能內循環風門209、循環箱體單體門210、循環箱體綜合門211及菊花貨架212等。

以上其中疏通器103、送料器104、助燃風機107、點燃器108、尾氣淨化器111、清灰器112、燃燒檢測傳感器114、風機移動機構203、熱能循環風機204、溫溼度傳感器205、菊花檢測傳感器206、排溼風機207、新風門208、熱能內循環門209等與控制系統電性連接。

如圖5-圖8所示，本實用新型熱能產生系統包括：顆粒燃料101、儲料器102、疏通器103、送料器104、燃料滑道105、湍流器106、助燃風機107、點燃器108、燃燒器109、熱交換器110、尾氣淨化器111、清灰器112、火焰擋板113、燃燒檢測傳感器114及熱能產生系統外殼115等。

所述送料器104包括：送料器外殼1041、送料電機1042、編碼器1043、聯軸器1044、平面推力軸承1045及螺旋送料器1046；送料器外殼1041上端與儲料器102用法蘭通過螺釘相連接，下端與燃料滑道105的一端焊接在一起，燃料滑道105的另一端穿過熱能循環系統的外殼115、熱交換體A 1101並與它們焊接在一起。送料電機1042與送料器外殼1041用螺釘固定連接，編碼器1043用螺釘固定在送料電機1042上，送料電機1042和編碼器1043與控制系統3電性連接；螺旋送料器1046穿過送料器外殼1041和平面推力軸承1045通過聯軸器1044與送料電機1042的主軸相連接；平面推力軸承1045兩端面分別與送料器外殼1041和送料螺旋器1046端部平面相接觸；螺旋送料器1046通過平面推力軸承1044在電機的帶動下和送料外殼1041可相對轉動；

所述湍流器106包括：通氣管1061、湍流器外殼1062、湍流器支氣管1063、湍流器內腔1064。湍流器內殼1064通過通氣管1061和附件焊接在燃燒器外殼1091上，湍流器外殼1062與湍流器內殼1064焊接在一起形成一個通風的腔體，湍流器支氣管1063均勻的分部在湍流器內殼1064並焊接在一起；其中火焰擋板113通過附件焊接在湍流器的上面。

所述點燃器108包括：點燃器風機1081、點燃器外管1082、陶瓷套管1083、電阻絲1084、陶瓷支架1085。點燃器的外殼1082穿過熱能循環系統的外殼115、熱交換體A 1101、燃燒器外殼1091並分別與它們焊接在一起，點燃器外殼1082前埠並伸入燃燒器內腔1094內。電阻絲1084繞在陶瓷支架1085上進入陶瓷套管1083後再放進點燃器外管1082裡面並固定，點燃器風機1081通過螺釘與點燃器外殼1082固定連接；點燃器風機1081和電阻絲1084分別與控制系統3電性連接。

所述燃燒器109包括：燃燒器外殼1091、助燃氣輸入管1092、燃燒器底柵1093、燃燒器內腔1094。助燃氣輸入管1092穿過熱能循環系統的外殼115、熱交換體A 1101、燃燒器外殼1091並與它們焊接在一起，燃燒器外殼1091和燃燒器內腔1094焊接在一起形成一個通風的腔體，燃燒器內腔1094均勻分部有助燃風口，燃燒器外殼1091通過附件焊接在熱交換體A 1101內部。

所述熱交換器110包括：熱交換體A 1101、熱能傳遞管1102、熱交換體B 1103、螺旋阻尼片1104、散熱片1105、熱交換器出氣管1106、集灰鬥1107、餘塵排出管封蓋1108、餘塵排出管1109。熱交換體A1101和熱交換體B 1103通過熱能傳遞管1102焊接在一起，熱交換體B是有多根不鏽鋼管組合焊接的腔體，散熱片1105分別焊接在熱交換體A、熱交換體B的外表面，螺旋阻尼片1104分別焊接在熱交換體B的鋼管內。熱交換器出氣管1106與尾氣淨化器111的通氣管1115用螺釘通過法蘭固定在一起。集灰鬥1107放置在熱交換體A 1101中燃燒器109的下面。餘灰排出管1109焊接在熱交換體B 1103的前底部，口部由余塵排出管封蓋1108封口，在定期清除餘灰的時候可以打開，平時是封蓋住的。

所述尾氣淨化器111包括：排氣風機1111、過濾器外殼1112、水管1113、過濾介質1114、通氣管1115、水泵1116、水槽1117、排汙閥1118、水槽支架1119。通氣管1115用螺釘通過法蘭與熱交換器出氣管1106固定連接，通氣管1115的上端與過濾器外殼1112用螺釘通過法蘭固定連接，下端插入水槽1117底部並與水槽1117底留有一定的空間；水槽1117放置在水槽支架1119上；排汙閥1118通過焊接在水槽1117底上的螺母螺紋連接固定；水泵1116通過螺釘及附件固定在水槽1117上面；過濾介質1114放置在過濾器外殼1112的內腔；排氣風機1111通過螺釘固定在過濾外殼1112上面。排氣風機1111、水泵1116與控制系統3電性連接。

所述清灰器112包括：震動器1121、震動杆1122。震動器1121通過螺釘固定在熱交換系統外殼115上面，震動杆1122的一端通過螺紋連接固定在震動器1121上面，另一端伸入燃燒器底柵1093內，震動器1121與控制系統3電性連接，震動器1121通過預先設定好的程序根據顆粒燃料101的投放量定期清理燃燒器109裡面的灰燼。

如圖4所示，本實用新型把熱能產生系統、熱能循環系統被控部位的信號，經過自動控制系統程序的邏輯運算把結果反饋給自動控制系統各個執行機構的驅動器，從而使熱能產生系統和熱能循環系統的各個執行機構根據它們內部信號的變化而運行，實現菊花在加工過程中的閉環控制。

如圖5所示，本實用新型控制系統包括：熱能產生系統1、熱能循環系統2、傳感器33、信號採集裝置34及控制裝置35。

以上傳感器33、信號採集裝置34及控制裝置35均根據傳感器的數量及功能成組配備。

所述傳感器33安裝在熱能產生系統1和熱能循環系統2被檢測位置，所述信號採集裝置34由信號採集器341、信號放大器342、放大信號輸出器343組成，傳感器33與信號採集器341電性連接，信號採集器341與信號放大器342電性連接，信號放大器342與放大信號輸出器343電性連接，由傳感器33感應的信號經過信號採集器341採集後輸送到信號放大器342，經過放大器放大進入放大信號輸出器343後，被輸送進入控制裝置35。

所述的控制裝置35由信號輸入器351、單片機352、信號輸出器353及驅動器354組成。單片機352主要包括存貯器3521和微處理器3522，由信號輸入器351將放大信號輸出器343傳送來的信號耦合到單片機352中，同時信號的進入與否由信號顯示器3511顯示，將耦合的信號作數據存貯在單片機352的隨機存貯器RAM中，在只讀存貯器ROM中存放著控制程序，控制程序可根據菊花採摘的時間及採摘的天氣不同，簡單地對程序作修改，以適應不同的邏輯要求，即該控制程序可以是可變程序。單片機352中的微處理器3522讀取ROM及RAM中的信息，執行控制程序發出的指令，控制程序將先前採集的信號數據作為輸入變量x，輸入後根據事先預定的函數公式Y＝f(x)進行運算，與預設的數值進行比較處理，以檢測熱能產生系統1和熱能循環系統2被檢測部位的狀況是否達到預先設定的要求，運算後根據是否達到預先設定的要求產生運算結果Y，信號輸出器353將運算結果Y變成控制信號向驅動器354發出指令，同時輸出信號的有無由信號輸出顯示器3531顯示。如果達到預先設定的要求，說明目前各系統運轉狀況正常，驅動器354收到指令後對各系統執行元件輸入正常工作指令，進行後一道程序；如果未達到預先設定的要求，則驅動器354收到指令後，向信號指示燈發出亮燈指令，指示沒有達到預設要求的各環節的運行狀況，同時向沒有達到預設要求的有關執行元件發出改變現有參數的工作指令。所述預設的數值可以是固定不變，也可根據具體實際工作需求、加工產品的不同，根據現有加工產品成品狀態下取樣採集，並存貯在單片機352中，即預設的數值是可變值。

本發明通過在熱能產生系統和熱能循環系統各被檢測部位上的信號的採集放大後，在預先設定的函數條件下，經過運算把結果反饋給自動控制系統，從而使各系統的執行元件根據各系統被檢測部位信號的變化而運行，實現菊花加工過程中的閉環控制。

本實用新型不但適用於對菊花的加工，而且對其他的農副產品如：蘑菇、蔬菜、筍乾、果乾等的加工也同樣適用。同時可根據用戶要求開發新的程序，在新的程序運作下，本系統可實現對其它方面的自動控制，應用比較廣泛。

此外本實用新型不限於上述實施，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，在其實施階段可對其實行各種改進。