一种基于小型PLC控制的奶粉冲泡装置及冲泡方法与流程

本发明属于奶粉冲泡
技术领域：
，涉及一种奶粉冲泡装置，具体涉及一种基于小型plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)控制的奶粉冲泡装置及冲泡方法。
背景技术：
：对于国内奶业而言，除了众所周知的挑战，也面临着全所未有的机遇期。随着生活水平的提高和饮食的精细化，人们对蛋白质的摄取量在快速增加，牛奶及奶饮料的需求量巨大。毫无疑问，中国是全球公认的最大的潜在的一个牛奶消费市场据悉，业内专家指出，如果国内人均牛奶占用量能够达到世界平均水平一半，将至少是500亿的乳品市场空间。中国奶粉市场，尤其是婴幼儿配方奶粉的需求增长速度较快，其中高档婴儿奶粉市场销量每年以两位数的速度增长。我国现在一年的婴幼儿奶粉产量仅45万吨左右，庞大的新生儿消费群体孕育着中国婴幼儿奶粉巨大的市场空间。目前我国奶类年产量接近4000万吨，是世界第三大产奶国，但我国人均奶类消费量只有32.4公斤，不到世界平均水平的三分之一。根据测算，居民收入每增加1％，带动奶类消费量增长0.8％，如果再加上人口增长、农民转移进城等因素，到2020年我国奶类消费量将比现在增加一倍。这是一个惊人的市场，既是巨大的机遇，也是艰巨的挑战。现有市场上的奶粉冲泡装置存在盛放奶液不安全、冲奶流程出错概率大、杀菌功能不彻底、携带不方便、奶液无法保温储存等问题。技术实现要素：本发明提供了一种奶粉冲泡装置，其结构简单，具有漏电保护功能、安全性高，方便携带，plc自身可靠性高，能够控温且温度可快速调节，操作简单高效，可定时提醒，定时定量冲调，且具有微波搅拌、杀菌、自动清洗、过滤气泡、冲调水净化功能，可采用pp级材质制作，安全可靠。本发明提供的奶粉冲泡装置，包括奶粉加入装置、奶粉加热装置、冲调水加入装置、冲调水加热装置、杀菌装置、液位检测仪、温度传感器、微波搅拌器、奶粉滤网、抖动分散装置、奶液去泡器、可编程逻辑控制器和控制面板。可编程逻辑控制器(plc)的六个开关量输出口通过电路分别连接所述微波搅拌器、奶液去泡器、抖动分散装置、高温瞬间杀菌装置、冲调水加入装置以及奶粉加入装置，两个模拟量输出口通过电路分别连接所述奶粉的冲调水加热装置、以及冲泡完成的奶粉加热装置，通过控制输出口的输出来决定对应的操作是否执行。微波搅拌器通过微波将奶粉与净水混合，高温瞬间杀菌装置在每次奶粉的冲调之前对装置内部进行杀菌处理，抖动分散装置使奶粉均匀地加入净水之中，奶粉加入装置来控制每次冲泡加入的奶粉量，奶液去泡器用于去除冲泡完成的奶粉的气泡。奶粉的冲调水(净水)加热装置和冲泡完成的奶粉加热装置分别起到对两个环节保温的作用；奶粉冲泡装置各个部分的温度传感器通过电路分别连接plc的两个模拟量输入口，各个部分的液位检测仪通过电路分别连接plc的三个数字量输入口。温度传感器测量奶粉的冲调水(净水)温度以及冲泡完成的奶粉温度，三个液位检测仪分别对冲调水、固态奶粉的量和奶瓶中冲调好的奶液量进行测量，反馈给plc进行判断来决定对应输出操作是否执行。本发明中，所述高温瞬间杀菌装置由开关量控制。所述高温瞬间杀菌装置优选为一个。其中，开关量即0/1变量，高温瞬间杀菌装置连接plc输出端，当符合条件的情况下，plc输出1变量，此时高温瞬间杀菌装置执行杀菌操作。本发明中，所述液位检测仪优选为三个。通过三个液位检测仪对冲调水、固态奶粉的量和奶瓶中冲调好的奶液量进行测量。本发明中，所述奶粉滤网为不锈钢材质。本发明中，所述温度传感器为两个，分别对奶粉的冲调水(净水)及冲泡完成的奶粉进行温度控制，采用模拟量输入，模拟量输出，以达到精确控温。具体地，温度传感器单纯测量对应环节的温度量，然后反馈给plc，通过编程以后的plc内部计算，对相应装置输出控制量，即是否加热、加热多少温度等，最后达到温度控制的效果。其中，所述模拟量指的就是传感器测量后得到的温度值。本发明中，所述奶粉滤网配以抖动分散装置，由开关量控制。本发明中，所述奶液去泡器优选为一个，进行最后的去泡，由开关量控制。本发明装置对比同类产品创新点突出，主要在于，本发明使用安全可靠的plc，且plc具有工业级的防错，控制精准，使得冲奶流程出错的概率又少之又少，另外，本发明不仅含有市面上现有产品的功能，并且加以了其他创新功能，如：自动杀菌、自动去泡(当奶粉冲调完毕以后，plc控制奶液去泡器用于去除冲泡完成的奶粉的气泡，实现自动滤除奶液中的泡沫)等，具有很大的优势，能够广泛被用户人群所接受。本发明创新研发过程中，克服的技术偏见在于工业级控制器plc很少被家用，而现有家用装置中的控制芯片往往并不可靠，对于一些需要经常使用、清洗、加热并且置于潮湿的工作状态下的装置来说，芯片的寿命会显著减少。本发明性价比高在于，由于本发明使用了plc，购买装置本身价格会提升，但是对于长期用户，如月子中心、幼教机构等需求量大的应用领域来说，其出错率以及更换率会显著减轻，导致总体产品性价比高。本发明所面对的目标客户主要为月子中心、幼教机构以及80、90后的新时代夫妻；产品融合了较高的科技含量，具有比较完善的自动化、一体化、便捷化性能，因而符合当前的时代潮流，能够极大地解决奶粉哺育这一人们永久面临的问题，克服了传统奶粉哺育中的种种不便以及缺陷，真正做到了科技改善生活的基本理念。plc对各个需要控制的量采用闭环控制，根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。比如控制奶液的温度，通过奶液温度传感器，将结果反馈到控制路线上。闭环控制中的典型算法就是pid控制，它是闭环控制算法中最常用的一种。pid是比例(proportion)，积分(integral)，微分(differential)的缩写，分别代表了三种控制算法。通过这三个算法的组合可有效地纠正被控制对象的偏差，从而使其达到一个稳定的状态。如图6所示为pid的流程。其中，r(t)表示给定输入值，c(t)表示实际输出值，e(t)表示信号偏差量，u(t)表示修正量。本发明还提供了一种奶粉冲泡方法，采用如上所述的奶粉冲泡装置，对奶粉进行冲泡，所述方法流程如图1所示，包括：(1)用户通过奶粉冲泡装置的控制面板设定具体的冲泡要求，即选定奶粉浓度、冲调温度、奶液温度；(2)之后，奶粉冲泡装置开始自动冲泡奶粉，首先所述奶粉冲泡装置通过液位检测仪检测冲调水是否达到水位线，以及贮存的奶粉是否足量，并将检测结果反馈给plc；(3)如果上述的条件均满足，plc随即对装置进行控制，冲调水的加热装置开始工作，对冲调水进行加热升温，同时高温瞬间杀菌装置对冲奶区域进行杀菌；(4)上述工作就绪以后，奶粉的冲调水(净水)温度传感器将实时温度传送给plc，plc控制接下来的步骤进行：首先，plc控制冲调水加入装置以及奶粉加入装置加入加热后的净水以及奶粉到冲奶区域中，与此同时，连接不锈钢奶粉滤网的抖动分散装置开始工作，使奶粉分散均匀，冲奶区域中的微波搅拌器同时工作，确保奶粉被冲泡均匀，没有奶粉块；(5)奶粉冲调完毕以后，plc控制奶液去泡器用于去除冲泡完成的奶粉的气泡；与此同时，冲奶区域中的奶液温度传感器将奶液实时温度输入plc控制器，如果没达到设定奶液温度要求，即刻通过加热装置进行加热；(6)当所有要求都符合以后，奶粉冲泡装置可以将冲奶区域中泡好的奶液加入到用户的奶瓶之中。本发明当所述可编程逻辑控制器检测到步骤(1)至步骤(5)中任一步不满足条件，则通过控制面板提示问题。本发明创新点为：对多阶段的温度控制，实现整个冲调过程的精准化；装置杀菌功能更显安全；奶液去泡可以保证奶粉质量；跟随用户设定参数控制，满足多样化需求。本发明的有益效果包括：定时冲调，方便家长准时为孩子喂奶；装置便携，户外居家两用，可以随时随地进行使用；恒定温水冲调，保证奶粉中营养成分不流失；若用沸水，虽然可以将奶粉溶解的较好，但是会破坏其中的营养成分。因此，恒定水温可以防止水温过高造成营养成分破坏的问题；自动滤除奶液中的泡沫，防止婴儿吐奶、打嗝；定量冲调，长期上减少资金投入；多个控温点，满足不同厂家的奶粉冲调最适温度。本发明所述奶粉冲泡装置可以用于各个年龄段的人群，包括婴幼儿、老年用户等，快速智能冲调奶粉；以西门子plc为主，基于人体合理便捷式样组装而成；本发明所述奶粉冲泡装置融合了较高的科技含量，且成本较低，具有比较完善的自动化、一体化、便捷化性能，符合当前的时代潮流，能够极大地解决奶粉哺育这一人们永久面临的问题，克服了传统奶粉哺育中的种种不便以及缺陷，真正做到了科技改善生活的基本理念。本发明所述奶粉冲泡装置可以采用pp级塑料材质，完全解决了家长对于奶液盛放容器安全的担忧，另外由于plc自身的可靠性，可降低冲奶流程出错的概率，再者由于其集成了市面上现有产品所有的功能，并且加以了其他创新功能，如：自动杀菌等，具有很大的优势，能够广泛被用户人群所接受。附图说明图1为本发明奶粉冲泡装置的冲泡流程图。图2为不锈钢奶粉滤网。图3a为本发明奶粉冲泡装置的外观图。图3b为本发明奶粉冲泡装置的外观图。图4为本发明奶粉冲奶装置界面图。图5为本发明奶粉冲泡装置的模块示意图。图6为本发明pid的流程示意图。具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。图5中，1-奶粉加入装置、2-奶粉加热装置、3-冲调水加入装置、4-冲调水加热装置、5-杀菌装置、6-液位检测仪、7-温度传感器、8-微波搅拌器、9-奶粉滤网、10-抖动分散装置、11-奶液去泡器、12-可编程逻辑控制器。如图5所示，本发明提出的基于小型plc控制的奶粉冲泡装置，包括：奶粉加入装置、奶粉加热装置、冲调水加入装置、冲调水加热装置、杀菌装置、液位检测仪、温度传感器、微波搅拌器、奶粉滤网、抖动分散装置、奶液去泡器、可编程逻辑控制器和控制面板；其中，可编程逻辑控制器的六个开关量输出口通过电路分别连接微波搅拌器、奶液去泡器、抖动分散装置、杀菌装置、冲调水加入装置以及奶粉加入装置，两个模拟量输出口通过电路分别连接奶粉的冲调水加热装置、以及冲泡完成的奶粉加热装置，通过控制输出口的输出来决定对应的操作是否执行；微波搅拌器通过微波将奶粉与净水混合，杀菌装置在每次奶粉的冲调之前对装置内部进行杀菌处理，抖动分散装置使奶粉均匀地加入净水之中，奶粉加入装置控制冲泡加入的奶粉量，奶液去泡器用于去除冲泡完成的奶粉的气泡；奶粉的冲调水加热装置和冲泡完成的奶粉加热装置分别起到对两个环节保温的作用；温度传感器通过电路分别连接可编程逻辑控制器的两个模拟量输入口，液位检测仪通过电路分别连接可编程逻辑控制器的三个数字量输入口；温度传感器测量奶粉的冲调水温度以及冲泡完成的奶粉温度，三个液位检测仪分别对冲调水、固态奶粉的量和奶瓶中冲调好的奶液量进行测量，反馈给可编程逻辑控制器进行判断来决定对应输出操作是否执行。本发明中，温度传感器为两个，分别对奶粉的冲调水及冲泡完成的奶粉进行温度控制，采用模拟量输入，模拟量输出。本发明中，杀菌装置由开关量控制。本发明中，通过三个液位检测仪对冲调水、固态奶粉的量和奶瓶中冲调好的奶液量进行测量。本发明中，奶粉滤网为不锈钢材质。本发明中，奶粉滤网配以抖动分散装置，由开关量控制。本发明中，奶液去泡器为一个，进行最后的去泡，由开关量控制。本发明还提出了一种奶粉冲泡方法，方法包括以下步骤：(1)用户通过基于小型plc控制的奶粉冲泡装置的控制面板设定具体的冲泡要求，冲泡要求包括选定奶粉浓度、冲调温度、奶液温度；(2)基于小型plc控制的奶粉冲泡装置开始自动冲泡奶粉，首先基于小型plc控制的奶粉冲泡装置通过液位检测仪检测冲调水是否达到水位线，以及贮存的奶粉是否足量，并将检测结果反馈给可编程逻辑控制器；(3)如果上述的条件均满足，可编程逻辑控制器控制冲调水加热装置对冲调水进行加热升温，同时杀菌装置对冲奶区域进行杀菌；(4)上述工作就绪以后，奶粉的冲调水温度传感器将实时温度传送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器控制冲调水加入装置以及奶粉加入装置加入加热后的净水以及奶粉到冲奶区域中，与此同时，连接奶粉滤网的抖动分散装置开始工作，使奶粉分散均匀，冲奶区域中的微波搅拌器同时工作，确保奶粉被冲泡均匀，没有奶粉块；(5)奶粉冲调完毕以后，可编程逻辑控制器控制奶液去泡器用于去除冲泡完成的奶粉的气泡；与此同时，冲奶区域中的奶液温度传感器将奶液实时温度输入可编程逻辑控制器，如果没达到设定奶液温度要求，即刻通过加热装置进行加热；(6)当所有要求都符合以后，基于小型plc控制的奶粉冲泡装置将冲奶区域中泡好的奶液加入到用户的奶瓶之中。其中，当可编程逻辑控制器检测到步骤(1)至步骤(5)中任一步不满足条件，则通过控制面板提示问题。实施例1智能恒温冲奶装置logo！oba6主机模块(经济型)名称logo！24co供电24vdc输入8个数字量(4个模拟量输入(0～10v)和4个快速数字量输入：i1，i2＝ai3，ai4；i7，i8＝ai1，a12。)输出4个固态晶体管24v/0.3a模块1、logo！dm8；2、logo！am2aq1.1可行性测试美国fda食品级材质认证标准尺寸：380mm*280mm*210mm水箱：1.5l；奶粉盒容量：400g；外观参数：食品级pp材质；额定电压：12v；毫升数：60ml--300ml。1.2产品成本分析产品元件价格logo！oba6主机模块(经济型)400logo！dm8模块150logo！am2aq模块200温度传感元件*250液位传感元件*330pp材料200加热元件50其他类型配件200总价12801.3产品使用说明书本实施例智能恒温冲奶装置界面如图4所示。使用说明，包括：(1)开/关机：按on/off键开机，再次按on/off则关闭电源。(2)奶液浓度选择：按“功能选择”键后，根据液晶屏所显示的功能按“-+”进行选择，当所选功能为奶液浓度选择时，箭头闪烁，按下“功能确认”键即可。(3)冲调温度：方法同2，当箭头指向冲调温度时，按下“功能确认”，并使用“-+”来调节温度，再次按下“功能确认”即可设定。(4)奶液温度：方法同3。(5)清洗杀菌：按下“一键清洗”即可实现，方便快捷。(6)开始工作：完成上述功能选择之后，按下“start”即可。注：初次使用，请用清水彻底清洁水箱及奶粉简，并直接按“start”键，实现奶液冲调器皿的清洗(仅水箱中加满水，无需奶粉)。本实施例所述智能恒温冲奶装置，具有定时提醒(冲调)功能；杀菌；自动清洗；奶粉快速调温；定量控制；气泡过滤；户外便携；冲调水净化及控温；微波搅拌等功效。本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。当前第1页12