Диспенсер для вязких полужидких продуктов, способ и система управления характеристиками продуктов
DISPENSER FOR VISCOUS SEMI-LIQUID PRODUCTS, METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING CHARACTERISTICS OF PRODUCTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к системе и способу управления характеристиками вязкого полужидкого продукта и диспенсеру для вязких полужидких продуктов, имеющему систему управления.
Уровень техники
По мере развития экономики и непрерывного совершенствования стандартов жизни возрастает потребление йогуртов и мороженого, и потребность рынка в диспенсерах для замороженных продуктов, таких как машины для йогуртов или машины для мороженого, растет с каждым годом. Таким образом, способность продуктов к выживанию и конкурентоспособность на рынке напрямую зависит от надежности контроля параметров диспенсера для продуктов. Если взять в качестве примера диспенсер для мороженого, то одной из самых важных характеристик мороженого является его взбитость, которая сильно влияет на качество и вкус мороженого. При продаже мороженого важно поддерживать постоянную температуру сырьевых материалов в холодильном бункере диспенсера для мороженого и одновременно контролировать перемешивающее средство, чтобы перемешивание происходило с постоянной скоростью для сохранения постоянного уровня взбитости и, соответственно, стабильности вкуса. При периодической выдаче мороженого низкая скорость перемешивания может приводить к недостаточному перемешиванию сырьевого материала и неравномерному захвату воздуха, а высокая скорость перемешивания может приводить к снижению возможности захвата воздуха. Чрезмерно повышенная температура в холодильном бункере может приводить к частичному расплавлению сырьевых материалов мороженого, а чрезмерно низкая температура может приводить к затвердеванию сырьевых материалов мороженого и к осложнению перемешивания. В результате неизбежно пострадают характеристики взбитости мороженого, что напрямую ведет к ухудшению вкуса и качества продукта.
На рынке существуют разнообразные системы управления для контроля характеристик продукта в машине для мороженого, большая часть которых осуществляет тип контроля, основанного на показаниях температуры, т.е., осуществляет мониторинг, используя данные, измеренные датчиком температуры. Принцип контроля состоит в сохранении единообразия характеристик мороженого посредством поддержания температуры продукта в определенном диапазоне. Однако при таком способе контроля не учтены следующие факторы: 1) недостаточная точность контроля постоянства температуры для предотвращения уменьшения взбитости продукта; 2) косвенность характера температурного мониторинга как способа мониторинга, ведущая, следовательно, к задержке контролируемой реакции машины; 3) сильное влияние факторов среды, таких как окружающая температура и частота выдачи, на характеристики выдаваемого продукта.
Кроме того, в китайском промышленном образце CN201163974Y описана машина для мягкого мороженого, представляющая собой тип с контролируемой скоростью вращения, причем система управления такой машиной содержит центральный процессор (ЦП), светодиод и жидкокристаллический экран дисплея, соединенные соответственно с центральным процессором, панель управления, датчик скорости вращения и приводную схему; датчик скорости вращения установлен около выходного вала редуктора скорости машины для мороженого или около выходного вала электродвигателя. Промышленный образец определяет мягкость и твердость мороженого, используя датчик скорости вращения для обнаружения изменений скорости вращения перемешивающего двигателя, которые обусловлены вариациями нагрузки, а затем используя центральный процессор. На практике способ, изложенный для данного промышленного образца, не может точно определить мягкость и твердость мороженого из-за ошибок измерения и, следовательно, не является надежным.
В китайском промышленном образце CN201365492Y представлена машина для мягкого мороженого с системой управления, выполненной с возможностью оперативно определять скорость вращения, причем предусмотрен селекторный импульсный переключатель скорости вращения без нагрузки, соединенный с центральным процессором (ЦП). Способ управления в данном промышленном образце основан на сохранении значения скорости вращения без нагрузки (полученного на ходу посредством определения скорости вращения без нагрузки) на микросхеме для использования в качестве исходного значения, на определении с помощью датчика изменения скорости вращения перемешивающего двигателя, обусловленного изменением нагрузки, а затем определении с помощью ЦП степени мягкости и твердости мороженого по отклонению в сравнении с исходным значением без нагрузки. Данный способ управления обладает следующим недостатком: имеется недостаточная точность мониторинга при определении мягкости и твердости мороженого для определения вариаций взбитости мороженого. Кроме того, имеется задержка мониторинга изменений скорости вращения по сравнению с вариациями взбитости мороженого. Следовательно, данный способ управления может приводить к существенному колебанию характеристик мороженого, например к чрезмерной реакции ЦП, и, следовательно, он не может обеспечить устойчивого качества выдаваемого продукта.
Учитывая вышеизложенное, настоящее изобретение предназначено для устранения одного или более из указанных недостатков.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа управления применительно к диспенсеру для вязких полужидких продуктов, который способен точно и надежно контролировать вязкость продукта для сохранения единообразия характеристик (в частности, характеристик, связанных с вязкостью) выдаваемого продукта и максимально возможного уменьшения влияний окружающей среды.
Вышеуказанная цель изобретения достигается за счет понимания, что вязкость изменяется при изменении температуры продукта, и это может быть прямо показано посредством изменения скорости вращения выходного вала двигателя или перемешивающего средства, контактирующего с продуктом.
В соответствии с одним аспектом изобретения предложен способ управления для диспенсера для вязких полужидких замороженных продуктов, содержащего перемешивающее средство, выполненное с возможностью перемешивания продукта, двигатель, выполненный с возможностью приведения перемешивающего средства во вращение, охлаждающее средство, выполненное с возможностью подачи охлаждающей энергии к продукту, датчик скорости вращения, выполненный с возможностью определения скорости вращения, и датчик температуры, выполненный с возможностью определения температуры продукта, причем способ управления включает стадии:
a) охлаждения продукта при помощи охлаждающего средства;
b) сравнения температуры продукта, определенной датчиком температуры, с целевым предварительно заданным значением температуры продукта и принятия решения о продолжении охлаждения, когда температура продукта больше целевого предварительно заданного значения или равна ему, или остановке охлаждения и сохранении состояния остановки в течение предварительно заданного времени, когда температура продукта ниже целевого предварительно заданного значения;
c) вмешательства посредством соответствующей корректировки целевого предварительно заданного значения, когда набор данных, полученных от датчика скорости вращения, показывает, что тенденция изменений скорости вращения удовлетворяет предварительно заданным условиям вмешательства; и
d) возврата к стадии a) для выполнения следующего цикла.
Алгоритм управления настоящего изобретения позволяет избежать влияния окружающей среды посредством использования отслеживаемых в режиме реального времени данных, а также динамического мониторинга и технологии самоадаптирующегося нечеткого управления. В частности, анализ и мониторинг тенденции изменений параметров скорости вращения, служащих показателями вязкости, предназначены для предварительного предупреждения, что позволяет машине реагировать своевременно и адекватно.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ управления для диспенсера для вязких полужидких горячих продуктов, содержащего перемешивающее средство, выполненное с возможностью перемешивания продукта, двигатель, выполненный с возможностью приведения перемешивающего средства во вращение, нагревательное средство, выполненное с возможностью подачи тепловой энергии к продукту, датчик скорости вращения, выполненный с возможностью определения скорости вращения, и датчик температуры, выполненный с возможностью определения температуры продукта, причем способ управления включает стадии:
a) нагревания продукта при помощи нагревательного средства;
b) сравнения температуры продукта, определенной датчиком температуры, с целевым предварительно заданным значением температуры продукта и принятия решения о продолжении нагревания, когда температура продукта меньше целевого предварительно заданного значения или равна ему, или остановке нагревания и сохранении состояния остановки в течение предварительно заданного времени, когда температура продукта выше целевого предварительно заданного значения;
c) вмешательства посредством соответствующей корректировки целевого предварительно заданного значения, когда набор данных, полученных от датчика скорости вращения, показывает, что тенденция изменений скорости вращения удовлетворяет предварительно заданным условиям вмешательства; и
d) возврата к стадии a) для выполнения следующего цикла.
Датчик скорости вращения предпочтительно измеряет скорость вращения выходного вала двигателя. Точность измерения датчика тесно связана с положением датчика. Учитывая наличие шестеренчатого редуктора, в настоящем изобретении наименьшая стадия, выполненная с возможностью распознания, чрезвычайно мала. Например, при использовании настоящего изобретения передаточное число шестеренчатого редуктора составляет 1 : 83,5, и это означает, что если низкоскоростная шестерня делает 1 оборот, высокоскоростная шестерня делает 83,5 оборота. Учитывая, что максимальное определяемое различие в скорости вращения составляет менее 30 оборотов в минуту, при использовании способа управления настоящего изобретения регистрируемые данные являются намного более точными, и машина проявляет большую чувствительность для осуществления быстрой реакции (точность управления может удовлетворять требованию менее ±2%).
Предпочтительно набор данных на стадии c) состоит из множества показателей циклов для множества последовательных циклов.
Предпочтительно в ходе цикла, состоящего из стадии a) и стадии b), данные о скорости вращения, измеренные в ходе периода охлаждения или нагревания, усредняют и используют как показатели циклов.
Для диспенсера для замороженных продуктов целевое предварительно заданное значение температуры продукта предпочтительно снижено, когда множество показателей циклов показывают равномерное возрастание в соответствии с временной последовательностью циклов, и разность между данными с максимальным показателем и минимальным показателем больше, чем предварительно заданное значение разности. Для диспенсера для горячих продуктов целевое предварительно заданное значение температуры продукта увеличено, когда множество показателей циклов показывают равномерное возрастание в соответствии с временной последовательностью циклов, и разность между максимальным показателем и минимальным показателем больше, чем предварительно заданное значение разности.
Для диспенсера для замороженных продуктов целевое предварительно заданное значение температуры продукта предпочтительно увеличено, когда множество показателей циклов показывают равномерное убывание в соответствии с временной последовательностью циклов, и разность между данными с максимальным показателем и минимальным показателем больше, чем предварительно заданное значение разности. Для диспенсера для горячих продуктов целевое предварительно заданное значение температуры продукта снижено, когда множество показателей циклов показывают равномерное убывание в соответствии с временной последовательностью циклов, и разность между максимальным показателем и минимальным показателем больше, чем предварительно заданное значение разности.
Целевое предварительно заданное значение температуры продукта предпочтительно устанавливают константным значением.
В соответствии с другим аспектом изобретения предложена система управления для диспенсера вязких полужидких продуктов, содержащая перемешивающее средство, выполненное с возможностью перемешивания продукта, двигатель, выполненный с возможностью приведения перемешивающего средства во вращение, средство регулировки температуры, выполненное с возможностью подачи тепловой энергии или охлаждающей энергии к продукту, причем система управления содержит основной модуль управления, модуль сбора данных, содержащий датчик скорости вращения, выполненный с возможностью определения скорости перемешивания, и датчик температуры, выполненный с возможностью определения температуры продукта, при этом основной модуль управления выполнен с возможностью приема сигналов данных от датчика скорости вращения и датчика температуры, управления работой средства регулировки температуры на основании результата сравнения фактической температуры продукта и целевого предварительно заданного значения температуры продукта, и анализа данных о скорости вращения от датчика скорости вращения таким образом, что, когда анализ данных показывает, что тенденция изменений скорости вращения удовлетворяет предварительно установленным условиям вмешательства, осуществляют вмешательство путем соответствующей корректировки целевого предварительно заданного значения.
Датчик скорости вращения предпочтительно устанавливают на выходном валу двигателя.
В одном режиме средство регулировки температуры представляет собой охлаждающее средство. Охлаждающее средство предпочтительно представляет собой испаритель цилиндрического типа. Испаритель цилиндрического типа включен в холодильный контур с компрессором, и основной модуль управления отвечает за включение и выключение компрессора, учитывая результат сравнения фактической температуры продукта и целевого предварительно заданного значения температуры продукта.
Во втором режиме средство регулировки температуры представляет собой нагревательное средство. Нагревательное средство предпочтительно представляет собой электрическую нагревательную спираль.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, предложен диспенсер вязких полужидких продуктов, имеющий вышеописанную систему управления. Диспенсер может представлять собой, например, диспенсер для мороженого, диспенсер для фруктового льда, или диспенсер для молочного коктейля, или диспенсер для горячего шоколадного сиропа.
В соответствии с системой управления и способом изобретения, учитывают как параметр температуры продукта, являющийся косвенным показателем вязкости продукта, так и параметр скорости вращения выходного вала двигателя, являющийся прямым показателем вязкости продукта (что может быть показателем «взбитости» применительно к мороженому), и на основе этих параметров прогнозируют тенденцию изменения характеристик продукта, и, следовательно, может быть заранее запущено вмешательство для преодоления таким образом недостатков, связанных с задержками управления, основанного на показаниях текущей температуры, и существенными отклонениями при управлении, основанном на показаниях скорости вращения, в результате чего достигают значительной самоадаптации, предотвращают влияния окружающей среды на диспенсер, и получают более точные, более надежные и более чувствительные характеристики управления.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно показаны с отсылкой к чертежам, на которых:
на фиг. 1 представлен общий вид в перспективе диспенсера в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 представлена часть внутренних компонентов диспенсера, в частности перемешивающее средство и датчик температуры;
на фиг. 3 представлен двигатель и шестеренчатый редуктор диспенсера, показанного на фиг. 1, в котором датчик скорости вращения установлен на выходном вале двигателя или вблизи него для прямого определения скорости его вращения;
на фиг. 4 представлен датчик скорости вращения, установленный вблизи выходного вала двигателя;
на фиг. 5 представлен вид модуля управления системы управления в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 6 представлена блок-схема управления для способа управления диспенсером замороженных продуктов в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 7 представлен результат сравнения между тестом, проведенным в соответствии со способом управления настоящего изобретения, и тестом, проведенным без какого-либо вмешательства.
Осуществление изобретения
Изобретение дополнительно описано со ссылкой на следующие примеры. Следует понимать, что изобретение в заявленном виде не будет каким-либо образом ограничено этими примерами.
На фиг. 1 показан диспенсер 1 для производства и выдачи вязкого полужидкого продукта, причем диспенсер содержит бункер 10 для помещения в него сырьевого материала для полужидкого продукта. Внутри бункера предусмотрено средство регулировки температуры (не показано) для регулировки температуры сырьевого материала, например охлаждающее средство, выполненное в виде испарителя цилиндрического типа, и/или нагревательное средство, выполненное в виде электрической нагревательной спирали для нагревания сырьевого материала. Кроме того, диспенсер дополнительно содержит перемешивающее средство, выступающее в сырьевой материал и перемешивающее его, например предпочтительно спиральный скребок, расположенный вокруг испарителя цилиндрического типа.
Диспенсер оснащен манипуляционной рукояткой 20 в передней части для управления выдачей продукта. Манипуляционная рукоятка выполнена с возможностью опускания или нажимания для выдачи продукта через отверстие 30 для выдачи, расположенное над передней зоной диспенсера. В переднюю зону диспенсера можно вводить контейнер определенного размера (такой как рожок для мороженого или блинный конус, чашку или другие сходные контейнеры с открытым верхом). Оператор размещает контейнер в надлежащем положении для приема определенного количества продукта, экструдируемого из отверстия для выдачи для продажи или употребления. Таким образом, находящееся в чашке количество продукта, купленного конкретным конечным потребителем, напрямую зависит от управления сырьевым материалом продукта в диспенсере. Иными словами, благодаря высокой стабильности, точности и надежности управления характеристиками продукта в диспенсере для продуктов всегда будет обеспечено единообразие характеристик продукта, купленного в любой момент и в любой среде.
Приведенная ниже иллюстрация дана на примере диспенсера для мороженого.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, типичный диспенсер для мороженого состоит главным образом из бункера 10 для сырьевого материала, испарителя 11 цилиндрического типа, расположенного в бункере для сырьевых материалов, скребка 12 для перемешивания и экструдера для экструдирования сырьевого материала к отверстию для выдачи. Обычно диспенсер для мороженого эксплуатируют при окружающей температуре от +20°C до +39°C, а при этой температуре сырьевой материал мороженого, как правило, плавится. В большинстве случаев средство регулировки температуры, применяемое для регулировки температуры сырьевого материала мороженого, выполнено в виде охлаждающего средства для подачи охлаждающей энергии к сырьевому материалу в соответствии с конкретной ситуацией. Будучи частью холодильного контура, испаритель цилиндрического типа выполнен с возможностью для охладителя перетекать и испаряться внутри него, поглощая таким образом тепло и отводя его от сырьевого материала мороженого в бункере для сырьевого материала так, что при этом сохранена подходящая температура сырьевого материала мороженого. Холодильный контур также сдержит такие компоненты, как компрессор 40, радиатор, дроссельный клапан и т.п. Эти компоненты образуют замкнутый контур, по которому циркулирует и течет охладитель. Двигатель 50 приводит в движение скребок для перемешивания. Как показано на фиг. 3 и 4, выходной вал двигателя соединен с шестеренчатым редуктором 60, при помощи которого осуществляют передачу выходного крутящего момента двигателя на перемешивающий вал 70, на котором установлен скребок.
Предпочтительно датчик 80 скорости вращения расположен на выходном вале двигателя или вблизи него для отслеживания колебаний скорости его вращения, что способствует увеличению разрешающей способности. При применении диспенсера для мороженого соответствующая разрешающая способность составляет 1% (фактическая разница 30 об/мин / 2700 об/мин). Фактически при воздействии окружающей среды реальная скорость вращения выходного вала двигателя варьируется от 2200 до 2700 об/мин. Применительно к диапазону измерения данной скорости вращения точность данного датчика скорости вращения может обеспечить достаточно высокую разрешающую способность для амплитуды изменений. Следовательно, можно точно и напрямую зарегистрировать изменение скорости вращения скребка посредством измерения скорости вращения выходного вала двигателя.
Система управления диспенсера в соответствии с изобретением содержит: операционный интерфейсный модуль, который может включать в себя операционные элементы, такие как идентификатор продукта, кнопка подтверждения, кнопка очистки; модуль сбора данных, который включает в себя датчик для определения положения бункера для сырьевого материала или крышки бункера, датчик температуры для измерения температуры окружающей среды, датчик 13 температуры для измерения температуры сырьевого материала в бункере для сырьевого материала и датчик 80 скорости вращения для измерения скорости вращения выходного вала двигателя и/или скорости вращения скребка; модуль приводной цепи, выполненный с возможностью приведения в действие исполнительных элементов, таких как средство регулировки температуры или связанные с ним компоненты (например, компрессор, электромагнитный клапан для управления охлаждением при применении диспенсера для мороженого), двигатель, сигнал тревоги, электромагнитный приводной элемент для блокирования крышки бункера; и основной модуль управления, который содержит печатную плату и запоминающее устройство, выполненное с возможностью обмена данными с печатной платой. Печатная плата может содержать основную схему управления, например микропроцессорную схему, которую можно запрограммировать для осуществления функционального управления машиной.
Как показано на фиг. 6, были проведены тесты на одном примере диспенсера мороженого. Способ управления настоящего изобретения проиллюстрирован с отсылкой к стадиям, выполненным в этих тестах.
Датчик температуры для измерения температуры сырьевого материала в бункере для сырьевого материала представляет собой терморезистор типа 10K3A1I, разрешение которого составляет +/-0,5°C в диапазоне температур -10~0°C и +/-0,1°C в пределах диапазона температур 0~70°C. Датчик скорости вращения для измерения скорости вращения скребка представляет собой датчик Холла S100_400_01–06, разрешение которого составляет +/-1 оборот в минуту в пределах диапазона 0–3000 об/мин. Выдача продукта из машины происходит каждые 20 минут для сбора данных по взбитости, а затем его выливают обратно в бункер для продукта. Скорость вращения измеряют по секундам, причем взбитость мороженого = (объем контейнера - ((масса продукта и контейнера - масса контейнера без продукта) / плотность мороженого)) / ((масса продукта и контейнера - масса контейнера без продукта) / плотность мороженого).
Для начала большую упаковку с 4,7 л замороженного сырьевого материала помещают в бункер для сырьевых материалов диспенсера в соответствии с изобретением, включают питание диспенсера и активируют программу управления для перехода к первой стадии (предстабильная стадия). Далее продолжают вращать скребок для осуществления предварительного перемешивания. Продолжительность предстабильной стадии можно задать в запоминающем устройстве в виде предварительно заданной переменной tp, которая, например, равна 2 часам (tp может иметь любое значение, выбранное из диапазона 0–2 часа). В предстабильном состоянии температурный датчик и датчик скорости вращения непрерывно посылают сигнал данных с измерениями на основной модуль управления, который анализирует принятые данные и определяет, что характеристики продукта находятся в предварительно стабильном состоянии, когда скорость вращения выходного вала двигателя меньше, чем предварительно заданное значение скорости вращения Ro (например, 2200 об/мин, значение Ro может быть выбрано из диапазона 1800–2300 об/мин), или когда измеренная температура продукта ниже предварительно заданного значения температуры Ts0 (например, -6,6°C, значение Ts0 может быть выбрано из диапазона от -5,9°C до -7,0°C).
Машина переходит ко второй стадии (стадии стабильности), когда время ее работы достигает времени, установленного предварительно заданной переменной tp. Основной модуль управления посылает компрессору команду для запуска работы компрессора, за счет чего происходит отток охладителя через испаритель цилиндрического типа в бункере для сырьевых материалов для охлаждения находящегося там сырьевого материала. В то же время проходит непрерывная регистрация значений температуры продукта и скорости вращения выходного вала двигателя. Основной модуль управления сравнивает измеренную температуру продукта с целевым предварительно заданным значением Ts (которое в данном варианте осуществления составляет -6,3°C), обеспечивает продолжение работы компрессора, когда температура продукта больше текущего целевого предварительно заданного значения Ts или равно ему, и отправляет компрессору команду остановки и сохранения выключенного состояния в течение фиксированного времени t0 (например, 4 с половиной минуты), когда температура продукта ниже целевого предварительно заданного значения Ts. Одновременно непрерывно регистрируют скорость вращения выходного вала двигателя. Согласно фактическим измерениям скорость вращения выходного вала двигателя изменяется циклически: в первый период времени, от запуска работы компрессора до его остановки, значение скорости вращения выходного вала двигателя падает от максимального значения Maxindex до минимального значения Minindex по кривой, аналогичной участку синусоиды, при этом во второй период времени, в котором поддерживают выключенное состояние компрессора в течение фиксированного времени t0, значение скорости вращения выходного вала двигателя увеличивается от минимального значения Minindex по кривой, аналогичной другому участку синусоиды, причем сумму первого периода времени и второго периода времени можно считать циклом. Сразу после того, как истечет фиксированное время t0 выключенного состояния компрессора, основной модуль управления снова подает команду на включение компрессора и запускает следующий цикл, в котором изменение скорости вращения выходного вала двигателя происходит приблизительно по той же схеме.
n
15
Чтобы спрогнозировать тенденцию изменения взбитости мороженого, основной модуль управления обрабатывает собранные и сохраненные данные. Данные обрабатывают и анализируют следующим образом: m точек данных (включая первое максимальное значение скорости вращения и последнее минимальное значение скорости вращения) извлекают из набора данных о скорости вращения за первый период каждого цикла, причем среднее значение всех точек данных представляет собой показатель M цикла (n означает номер цикла в стабильной стадии). Если взять, например, цикл 15 (т.е. цикл, представляющий собой 15-й цикл), то извлекают все точки между Maxindex и Minindex и получают среднее значение 2668 об/мин, т.е. M = 2668 об/мин. Данные о скорости вращения собирают непрерывно и обрабатывают таким же способом для получения показателей для множества последовательных циклов, например циклов с 15 по 20 (в основном модуле управления задано, что количество последовательных циклов указывает переменная i, причем i представляет собой рационально выбранное целое число, i = 6 в данном варианте осуществления), причем значения соответствующих показателей равны 2668, 2660, 2662, 2670, 2660, 2672.
Основной модуль управления сохраняет и анализирует эти показатели. Если в какой-то момент показатели по последовательным i циклам демонстрируют тенденцию равномерного повышения со временем, и увеличение показателя последнего цикла из i циклов по сравнению с показателем первого цикла больше предварительно заданного значения V0 (которое равно 10 в данном варианте осуществления), то прогнозируют, что взбитость мороженого упадет в течение нескольких часов (что может произойти в течение 2 часов применительно к мороженому). Далее основной модуль управления определяет, что при запуске следующего цикла необходимо активировать снижающую температуру программу вмешательства. Если взять для примера мороженое, то показатели для циклов с 19 до 24 равны 2660, 2667, 2678, 2679, 2679, 2680, причем последующие данные равны предыдущим или превышают их, и последний показатель 2680 больше первого показателя 2660 на 20, что превышает предварительно заданное значение V0. Осуществляют снижающее температуру вмешательство, чтобы уменьшить текущее целевое предварительно заданное значение Ts на определенную величину Δt (которая равна 0,2°C в данном варианте осуществления). Иными словами, если текущее целевое предварительно заданное значение Ts составляет, например, -6,3°C в ходе 19–24-го цикла, в результате вмешательства происходит обновление целевого предварительно заданного значения Ts до значения, равного -6,5°C, которое применяют в ходе 25-го цикла. В результате данного вмешательства время работы компрессора в ходе 25-го цикла может быть увеличено, например, на величину около 10% для обеспечения подачи достаточного количества охлаждающей энергии для охлаждения сырьевого материала. На практике охлаждающее вмешательство может быть запущено многократно, но наименьшее целевое предварительно заданное значение Ts не должно быть ниже -7°C. Как только целевое предварительно заданное значение Ts становится ниже -7°C, машина подает сигнал тревоги, уведомляя оператора о возможной неисправности машины или других потенциальных рисках.
Если в какой-то момент показатели по последовательным i циклам демонстрируют тенденцию равномерного снижения со временем, и уменьшение показателя последнего цикла из i циклов по сравнению с показателем первого цикла больше предварительно заданного значения Vd (которое равняется 10 в данном варианте осуществления), то прогнозируют, что взбитость мороженого увеличится в течение нескольких часов (что может произойти в течение 2 часов применительно к мороженому). Следовательно, основной модуль управления определяет, что при запуске следующего цикла необходимо активировать увеличивающую температуру программу вмешательства. Если взять для примера мороженое, то показатели для циклов с 29 до 34 равны 2675, 2672, 2672, 2663, 2662 и 2659, причем последующие данные равны предыдущим или меньше их, и последний показатель 2659 меньше первого показателя 2675 на 16, что превышает предварительно заданное значение Vd. Осуществляют повышающее температуру вмешательство, чтобы увеличить текущее целевое предварительно заданное значение Ts на определенную величину Δt (которая равна 0,2°C в данном варианте осуществления). Иными словами, если текущее целевое предварительно заданное значение Ts составляет, например, -6,5°C в ходе 29–34-го цикла, в результате вмешательства происходит обновление целевого предварительно заданного значения Ts до значения, равного -6,3°C, которое применяют в ходе 35-го цикла для уменьшения подачи охлаждающей энергии к сырьевому материалу в бункере с сырьевым материалом. На практике увеличивающее температуру вмешательство может быть запущено многократно, но наибольшее целевое предварительно заданное значение Ts не должно превышать -6°C. Как только целевое предварительно заданное значение Ts становится выше -6°C, машина подает сигнал тревоги, уведомляя оператора о возможной неисправности машины или других потенциальных рисках.
Для выполнения вышеуказанного алгоритма управления, основной модуль управления постоянно взаимодействует с операционным интерфейсным модулем, модулем сбора данных и модулем приводной цепи системы управления (см. фиг. 5). В ходе работы машины основной модуль управления принимает сигналы данных от датчика скорости вращения и датчика температуры, сравнивает фактическую температуру продукта, отслеживаемую температурой в режиме реального времени с предварительно установленным целевым значением температуры, управляет работой средства регулировки температуры на основании результата сравнения, и одновременно анализирует и обрабатывает данные, измеренные датчиком скорости вращения, и определяет, удовлетворяет ли тенденция изменения скорости вращения условиям вмешательства. Когда тенденция изменения скорости вращения удовлетворяет условиям вмешательства, основной модуль управления подает соответствующую команду вмешательства средству регулировки температуры для соответствующего обновления целевого предварительно заданного значения температуры продукта и продолжает управлять работой средства регулировки температуры на основе результата сравнения фактической температуры продукта, отслеживаемой датчиком температуры в режиме реального времени, и обновленного целевого значения температуры.
Основной модуль управления предпочтительно также содержит защитный модуль управления, который активирует режим защиты в ответ на аномальное состояние машины. Например, когда система определяет аномалию из-за скорости вращения двигателя менее 200 об/мин или из-за температуры продукта ниже -7,5°C, защитный модуль управления подает машине команду остановки работы и запуска безопасного режима.
Из вышеуказанного потока команд управления можно видеть, что в системе управления и способе изобретения учитывают как параметр температуры продукта, являющийся косвенным показателем вязкости продукта (применительно к мороженому «взбитость» можно рассматривать как показатель вязкости), так и параметр скорости вращения скребка (выходного вала двигателя), который является прямым показателем вязкости продукта, прогнозируют тенденцию изменения вязкости продукта на основе анализа этих параметров и заранее осуществляют вмешательство, посредством которого соответственно корректируют целевое предварительно заданное значение Ts на основе результата прогноза, для дополнительного контроля подачи тепловой/охлаждающей энергии к сырьевому материалу так, чтобы оказать противодействие тенденции изменения вязкости продукта, поддерживая таким образом динамический баланс вязкости продукта. Хотя фактическая температура продукта колеблется в некотором диапазоне, амплитуда колебаний всегда сохранена в пределе узкого, контролируемого диапазона, поэтому их влияние на вязкость продукта (например, на взбитость мороженого) является пренебрежимо малым. Также система и способ вмешательства выполнены с возможностью адаптации к влиянию окружающей среды, изменению температуры окружающей среды, изменению частоты выдачи и т. п. так, что продукт всегда находится в стабильном физическом состоянии, и можно преодолеть такие проблемы предыдущего уровня техники, как задержки в управлении, основанном на показаниях температуры, и отклонения в управлении, основанном на показаниях скорости вращения.
На фиг. 7 представлены результаты тестов, в которых оператор подает мороженое с одной и той же частотой в одной окружающей среде для отслеживания вязкости продукта путем измерения взбитости. По результатам теста обнаружено, что, когда тест проводят без какого-либо вмешательства, взбитость меняется следующим образом: она увеличивается до 105%, затем падает ниже 40%, и результат мониторинга скорости вращения выходного вала двигателя демонстрирует выявляемое увеличение; напротив, при использовании способа управления настоящего изобретения, когда присутствует тенденция к уменьшению вязкости, основной модуль управления запускает снижающее температуру вмешательство так, чтобы больше охлаждающей энергии было подано на сырьевой материал в бункере для сырьевых материалов и взбитость продукта оставалась стабильной, и при этом скорость вращения выходного вала двигателя меняется с относительно небольшой амплитудой. При сравнении этих тестов выявлено, что способ управления в соответствии с изобретением может поддерживать колебания температуры мороженого в пределах ±0,2°C. Таким образом, температура продукта поддерживают на постоянном уровне, и отсутствуют значительные колебания скорости вращения скребка. Полученное таким образом мороженое всегда имеет постоянную взбитость. Следовательно, машина демонстрирует более стабильные характеристики продукта и лучшее качество выданного продукта.
Хотя некоторые параметры вышеуказанного способа управления заданы на основе характеристик мороженого, специалист в данной области может предвидеть, что продуктовыми диспенсерами для других вязких полужидких замороженных продуктов, таких как фруктовый лед, шоколадный сироп и молочный коктейль, можно управлять с использованием той же логики управления, и единственное отличие от примера с мороженым лежит в той части параметров управления, которая может потребовать внесения корректировок для адаптации к характеристикам конкретных продуктов.
Также система управления и способ настоящего изобретения могут быть применены в области выдачи горячих жидкостей, в которой необходимо поддерживать вязкий полужидкий продукт при температуре выше температуры окружающей среды, например, в зимний сезон. Если взять в качестве примера выдачу горячего питьевого шоколадного сиропа, то для него алгоритм управления будет отличаться от алгоритма для диспенсера для мороженого главным образом в следующих пунктах: 1) при сравнении температуры продукта, определенной датчиком температуры, с целевым предварительно заданным значением температуры продукта, основной модуль управления выполнен с возможностью принятия решения о продолжении нагревания, когда температура продукта ниже целевого предварительно заданного значения или равна ему, и остановки нагревания и сохранения остановленного состояния в течение предварительно заданного времени, когда температура продукта больше, чем целевое предварительно заданное значение; 2) основной модуль управления выполнен с возможностью повышения целевого предварительно заданного значения температуры продукта, когда множество показателей циклов показывают равномерное возрастание в соответствии с временной последовательностью циклов, и разность между данными с максимальным показателем и минимальным показателем больше, чем предварительно заданное значение разности; 3) основной модуль управления выполнен с возможностью понижения целевого предварительно заданного значения температуры продукта, когда множество показателей циклов показывают равномерное убывание в соответствии с временной последовательностью циклов, и разность между данными с максимальным показателем и минимальным показателем больше, чем предварительно заданное значение разности.
Более того, хотя выше описано, что показатель для каждого цикла получают как среднее арифметическое по точкам данных о скорости вращения, следует понимать, что для вычисления показателя для каждого цикла можно использовать другой способ обработки данных, например способ с определением геометрического среднего.
Кроме того, хотя в вышеуказанных вариантах осуществления подачу охлаждающей энергии к сырьевому материалу регулируют посредством управления компрессором в ответ на корректировку предварительно заданного целевого значения, специалистам в данной области будет понятно, что вмешательство может быть осуществлено посредством корректировки параметра периода работы компрессора или корректировки скорости потока охладителя в прямой зависимости от корректировки предварительно заданного целевого значения. Соответственно скорректированное заданное целевое значение служит важным пороговым значением для следующего цикла стабильной стадии после осуществления вмешательства.
В данном описании слова «содержит», «содержащий» и аналогичные слова не следует интерпретировать в исключительном или исчерпывающем смысле. Иными словами, под ними подразумевается «включая, без ограничений».
Хотя изобретение описано в качестве примера, следует понимать, что возможно внесение изменений и модификаций без отклонения от объема изобретения, определяемого формулой изобретения. Более того, если существуют эквиваленты конкретных признаков, такие эквиваленты включены так, как если бы они были конкретно упомянуты в настоящем описании. Описание и варианты осуществления следует рассматривать исключительно как примеры, и истинная область изобретения определена прилагаемыми пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.