可判断面团筋度的搅拌控制方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明是一种可判断面团筋度的搅拌控制装置，其装设于一搅拌机上且包含有一控制器、一电力感测器、一温度感测器、一输出模块与一操作模块，控制器分别与电力感测器、温度感测器、输出模块以及操作模块电连接，由操作模块输入面团的各个参数及判断条件至控制器，控制器的一面团筋度判断程序依据输入参数与判断条件，以控制面团搅拌温度与筋度步骤并进行统计，而可得到面团的最佳筋度，解决现有依靠人工经验判断面团的筋度产生的人工生产成本高与面团品质无法保持稳定的问题，以及解决控制器易受干扰的无法有效判断面团状态的问题。
【专利说明】可判断面团筋度的搅拌控制方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明是一种面团搅拌机的控制方法与装置，尤指一种可判断面团筋度的搅拌控制方法与装置。
【背景技术】
[0002]现有用于揉制或搅拌面团的搅拌机上已设有简单的控制器，可设定搅拌的起动及停止时间、搅拌机马达的高/低转速以及搅拌筒马达的正/反转的功能，因此当面粉、水与其他加入的配方经搅拌后，面粉中的蛋白质会与水产生交互作用，使面粉逐渐结合而形成面团，且面团的筋度也会逐渐增加。
[0003]一般而言，当面团的筋度最大时，其拉力与韧性也是最大，表示面团已搅拌至最佳的状态，此时若继续搅拌，通常拉力与韧性会变小且利用该面团做成的面包也会缺乏Q度，但是面团的最佳拉力与韧性状态，以现有技术并无法由搅拌机的控制器自动判别，仍要靠操作人员依据累积的经验来判断，确认符合最佳拉力与韧性才能进行后续的分割、整圆、发酵及烘焙的步骤，而利用人工经验判断面团搅拌的状态会有以下缺点:
[0004]1.经验不足的操作人员，容易误判面团的筋性，造成原料与操作时间浪费的问题。
[0005]2.搅拌机运作时，为了随时监控面团的状态，防止面团发生搅拌不足或过度搅拌，操作人员必须随时在搅拌机旁注意面团的变化，而有人员稼动率低的缺点。
[0006]3.研发新产品时，需要由操作人员分别记录多种面团的配方、筋度、搅拌方法与搅拌时间的关系，易产生配方混淆与记录不便的缺点。
[0007]4.不同操作人员对于面团的筋度有不同判断，不同温度也会影响筋度，使得面团的品质不易一致。
[0008]5.搅拌机在搅拌面团时，面团的温度会上升，若面团的温度过高则会提早发酵，损坏面团品质，而现有的搅拌机对于面团的温度也无法进行适当的监控或处理。
[0009]由上述可知，单纯依照人工方式调整现有搅拌机控制器的各种设定，易因上述各项缺点而导致生产成本高、高度依赖人工作业与面团品质无法维持稳定的问题。
[0010]因此如Chen-Kang Wang 于 1993 年发表的论文 “Sensing gluten developmentduring bread dough mixing”,以即时且非侵入的方式量测搅拌机于搅拌时,其搅拌马达的功率的动态变化，并显示于电脑上；该搅拌机马达功率的动态变化曲线是和面团物理状态变化有相关性，而取得的马达功率资料可提供给控制系统使用。
[0011]又如Peter Wide 于 1999 年 Journal of Food Engineering 中，提出 “The humandecision making in the dough mixing process estimated in an artificial sensorsystem”，其架构一判断系统，先提供面粉资料，由判断系统配合马达的电流信号找到一鉴定点，再加上知识库并配合经验法则，以预测面团适当的搅拌时间。
[0012]另如美国发明专利第5472273 号 “System for determining the developmentstatus of a mass such as bread dough in a powered mixer,面团揽拌状态判断系统”，其记载有量测马达的电流与功率信号或进一步加入各种法则并整合于控制器，但因为搅拌机每次搅拌的配方及重量可能并不相同，加上电流或功率信号含有许多杂讯，因此如何取得可资判断的讯息及如何在条件经常改变下仍能有效判断面团状态，仍是一大难题，而上述文献中的方法，仍未有效应用于现有搅拌机的控制器中且未有成功发展的产品，导致现有搅拌机仍只有简单控制功能的控制器。
[0013]由上述可知，现有搅拌机多是依靠操作人员经验判断面团的筋度，而有人工生产成本高与面团品质无法保持稳定的问题，而将马达的电流与功率信号或各种法则整合于控制器，易因搅拌的配方及数量并不相同，加上电流或功率信号含有许多杂讯，而产生无法有效判断面团状态的问题。
【发明内容】
[0014]如前揭所述，现有搅拌机多是依靠人工经验判断面团的筋度，而有人工生产成本高与面团品质无法保持稳定的问题，而将马达的电流与功率信号或各种法则整合于控制器，易因搅拌的配方及数量并不相同，加上电流或功率信号含有许多杂讯，而产生无法有效判断面团状态的问题，因此本发明主要目的在提供一可判断面团筋度的搅拌控制方法与装置，透过控制器检知搅拌机消耗的电流或功率以及面团温度，配合判断条件而当电流或功率达到最大值表示得到最佳搅拌状态与筋度一致的面团，解决现有依靠人工经验判断面团的筋度产生的人工生产成本高与面团品质无法保持稳定的问题，以及解决控制器易受干扰的无法有效判断面团状态的问题。
[0015]为达成前述目的所采取的主要技术手段是令前述可判断面团筋度的搅拌控制方法，包含有:
[0016]设定参数步骤:所述参数包含有面团的配方、重量、搅拌时间、搅拌速度与面团韧性；
[0017]判断面团温度步骤:依据前述步骤的参数值计算面团搅拌时的热量与温度，计算搅拌前所须加入的冰块及水的重量，以使搅拌过程不会超过理想温度值，并于搅拌中监控温度状况，若有超出理想温度则发出警示；
[0018]判断面团筋度步骤:依据搅拌马达于两段相邻的设定时间内所消耗的电流或功率平均值的比值，判断电流或功率平均值是否达到最大值，若达到最大值表示面团的筋度已达最佳状态；
[0019]统计制程步骤:纪录或计算各种面团的配方与重量的最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量，该最佳总搅拌时间包含各段不同搅拌速度的时间比值，该最佳总搅拌能量包含各段不同搅拌速度所消耗的功率，最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量设有一范围因子，使每次搅拌的总搅拌时间及总搅拌能量皆位于最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量加减范围因子的范围内。
[0020]为达成前述目的所采取的主要技术手段是令前述可判断面团筋度的搅拌控制装置是装设于一搅拌机上，其包含有:
[0021]一电力感测器，其用以检测搅拌机的搅拌马达的电流或功率；
[0022]一温度感测器，其用以检测搅拌机的搅拌筒内面团的温度；
[0023]一控制器，其分别与电力感测器以及温度感测器连接，所述控制器具有一面团筋度判断程序，所述面团筋度判断程序依据多数个参数与一面团筋度判断步骤作为判断条件，以判断面团搅拌的筋度并转换为控制信号，所述多数个参数包含有面团的配方、重量、搅拌时间、搅拌速度以及面团的理想温度值，所述面团筋度判断步骤的判断条件包含有设定参数步骤、判断面团温度步骤、判断面团筋度步骤与统计制程步骤，其中，设定参数步骤是设定面团的配方、重量、搅拌时间、搅拌速度与面团韧性，判断面团温度步骤是计算面团搅拌时的热量与温度，以判断面团搅拌时的温度是否会超过理想温度值而需加入冰块与水，判断面团筋度步骤是判断电流或功率平均值是否达到最大值，统计制程步骤是纪录各种面团的配方与重量的最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量；
[0024]一存储模块，其与控制器连接，所述存储模块用以记录控制器中所设面团筋度判断程序的参数与面团筋度判断步骤；
[0025]一输出模块，其与控制器连接，所述输出模块是接受并依据控制器的控制信号控制搅拌机的搅拌马达的运转；
[0026]一操作模块，其与控制器连接，所述操作模块用以选择或输入各个判断条件至控制器，或是显示控制器的控制信号，或是显示电力感测器检测的电流或功率。
[0027]利用前述元件组成的可判断面团筋度的搅拌控制装置，由操作模块输入面团的各个参数及判断条件至控制器，控制器的面团筋度判断程序依据输入参数与判断条件控制面团搅拌温度与筋度步骤并进行统计，而可得到面团最佳筋度，解决现有依靠人工经验判断面团的筋度产生的人工生产成本高与面团品质无法保持稳定的问题，以及解决现有控制器易受干扰的无法有效判断面团状态的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明较佳实施例的搅拌机的外观图。
[0029]图2是本发明较佳实施例的电路方块图。
[0030]图3是本发明较佳实施例的流程图。
[0031]图4是本发明较佳实施例的操作模块的示意图。
[0032]附图标号:
[0033]10搅拌机
[0034]11搅拌筒旋转马达12搅拌器马达
[0035]13搅拌筒14搅拌器
[0036]20搅拌控制装置
[0037]21电力感测器
[0038]22温度感测器221温度探头
[0039]23控制器231面团筋度判断程序
[0040]24存储模块25输出模块
[0041]26操作模块
[0042]30 面团。
【具体实施方式】
[0043]关于本发明的较佳实施例，请参阅图1所示，是于一搅拌机10上设有一搅拌控制装置20，该搅拌机10包含有一搅拌筒旋转马达11与一搅拌器马达12，该搅拌控制装置20是分别与搅拌筒旋转马达11以及搅拌器马达12电连接，该搅拌筒旋转马达11是用以驱动搅拌机10上的一搅拌筒13进行正转或反转，该搅拌器马达12是用以驱动设于搅拌筒13内的搅拌器14于高速或低速旋转，该搅拌器14用以搅拌位于搅拌筒13内的一面团30，其中，该搅拌器马达12是一交流感应马达，其输出的功率(P)等于扭力(T)乘上转速(N)，当面团30成形后会增加搅拌器14旋转的阻力，而使搅拌器马达12的负载增加，因为交流感应马达的特性是转速趋近恒速，故当搅拌器14的阻力增加时会令搅拌器马达12增加其消耗的电流，以提高搅拌器马达12输出的扭力而维持搅拌器14的转速。
[0044]请参阅图2所示，搅拌控制装置20包含有一电力感测器21、一温度感测器22、一控制器23、一存储模块24、一输出模块25与一操作模块26,该控制器23是分别与电力感测器21、温度感测器22、存储模块24、输出模块25与操作模块26电连接，该电力感测器21是连接至一交流电源，该交流电源可以是单相或三相电力，该输出模块25是分别与电力感测器21、搅拌筒旋转马达11以及搅拌器马达12电连接，以控制搅拌筒旋转马达11与搅拌器马达12的运转，其中，
[0045]该电力感测器21用以检测搅拌筒旋转马达11与搅拌器马达12消耗的电流或功率；于本较佳实施例中，该电力感测器21设有感应线圈等，可检测输入的交流电源的电压与电流，而可得到电流及/或功率信号，并将电流及/或功率信号传送至控制器23。
[0046]该温度感测器22用以检测搅拌机10的搅拌筒13内面团30的温度值，并将此温度值传送至控制器23 ;于本较佳实施例中，该温度感测器22连接有一温度探头221以检测面团30的温度，该温度探头221是一白金探头(PtlOO)或是一热电偶(K或J型)，当搅拌筒13内有面团30时，温度探头221可检测面团30的温度，而当面粉与配方未放入搅拌筒13时，温度探头221则可测量搅拌机10周遭的室温。
[0047]该控制器23具有一面团筋度判断程序231，该面团筋度判断程序231依据多数个参数与面团筋度判断步骤作为面团筋度的判断条件，以判断面团30搅拌时的筋度并转换为控制信号，该等参数包含有面团30的配方、重量、搅拌时间、搅拌速度以及面团30的理想温度值，请配合参阅图3所示，该面团筋度判断步骤的判断条件包含有设定参数步骤、判断面团温度步骤、判断面团筋度步骤与统计制程步骤，其中，设定参数步骤系设定面团30的配方、重量、搅拌时间、搅拌速度与面团30韧性，判断面团温度步骤是计算面团30搅拌时的热量与温度，以判断面团30搅拌时的温度是否会超过理想温度值，判断面团筋度步骤是判断电流或功率平均值是否达到最大值，统计制程步骤是纪录各种面团30的配方与重量的最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量。
[0048]该存储模块24用以记录控制器23中所设面团筋度判断程序231的参数与面团筋度判断步骤。
[0049]该输出模块25是接受并依据控制器23的控制信号控制搅拌筒旋转马达11与搅拌器马达12的运转。
[0050]该操作模块26则如图4所示，其用以选择或输入各个判断条件至控制器23，或是显示控制器23的控制信号，或是显示电力感测器21检测搅拌筒旋转马达11与搅拌器马达12消耗的电流或功率。
[0051]如图3所示，前述的面团筋度判断步骤的判断条件的设定参数步骤、判断面团温度步骤、判断面团筋度步骤与统计制程步骤，是如下所示，[0052]设定参数步骤包含预先设定参数(101)，目的是为了稳定地获得最佳状态的面团，操作人员若要控制装置20自动判断面团的最佳状态，则须预先输入参数至存储模块24中或由控制器23内存的配方表中选择出必要的参数，这些参数包含面粉重量(F)、油(如酥油)重量(O)、面团的韧性(Q)以及搅拌的时间与速度。
[0053]判断面团温度步骤是判断面团搅拌完成时的理想温度直(Tf，一般为27°C )，超过或低于理想温度会影响面团的品质及韧性，但搅拌机10并未设有冰水或热水盘管以冷却或加热面团，因此当操作人员输入前述步骤的各个参数后，搅拌控制装置20经计算后会主动提示需要加入的冰块重量(I)及冷水重量(W) (102)并开始搅拌(103)，其计算方式为搅拌器14与搅拌筒13及面团30所获得的热量，约等于搅拌器马达12输入的总电能量(E)，但在计算中须先除以热功当量，将单位由焦耳(J)换算为卡(Cal)，其计算公式如下所示:
[0054][MCm+FCf+OC0] (Tf-Tr) +ICi (Tf-Ti) +ICL+WCff (Tf-Tr) =E..(I)
[0055]其中M为搅拌器14与搅拌筒13的重量，Cm为搅拌器14与搅拌筒13的不锈钢材料的比热，Cf与Ctj为面粉(F)与油(O)的比热，Tr为室温，Ci与Q为冰块之比热及冰变水的潜热，Cw为水的比热。
[0056]另外由配方知道，水及冰块的总量与面粉有一定的比例，
[0057](I+ff) =aF.[0058]a即其比例值(一般为0.6)。
[0059]搅拌筒旋转马达11与搅拌器马达12输入的电能量(E)，可由配方资料的最佳搅拌总能量获得，若是新配方， 则可由搅拌总能量应与面粉量成正比，
[0060]E=b..(3)，
[0061]b可于出厂时由厂方试验资料给一预估值，由于其余数值为已知，因此只要将上述三式合并，且用温度感测器22量出室温?；，就可由下二式得到冰块及水的重量
【权利要求】
1.一种可判断面团筋度的搅拌控制方法，其特征是，所述可判断面团筋度的搅拌控制方法包含有: 判断面团筋度步骤:依据搅拌马达于两段相邻的设定时间内所消耗的电流或功率平均值的比值，判断电流或功率平均值是否达到最大值，若达到最大值表示面团的筋度已达最佳状态； 统计制程步骤:纪录或计算各种面团的配方与重量的最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量，所述最佳总搅拌时间包含各段不同搅拌速度的时间比值，所述最佳总搅拌能量包含各段不同搅拌速度所消耗的功率。
2.如权利要求1所述的可判断面团筋度的搅拌控制方法，其特征是，所述可判断面团筋度的搅拌控制方法进一步于判断面团筋度步骤之前增加一判断面团温度步骤，所述判断面团温度步骤是计算面团搅拌时的热量与温度，再计算加入的冰块重量(I)及冷水重量(W)，其计算公式为:
3.如权利要求1或2所述的可判断面团筋度的搅拌控制方法，其特征是，所述判断面团筋度步骤的计算公式为:
4.如权利要求3所述的可判断面团筋度的搅拌控制方法，其特征是，所述可判断面团筋度的搅拌控制方法进一步于判断面团温度步骤之前增加一设定参数步骤，所述设定参数步骤包含有搅拌时间与搅拌速度，所述设定搅拌时间与速度包含有第一次慢速正转U1)、慢速反转(t2)、第二次慢速正转(t3)及快速正转(t4)，而总搅拌时间(tt)为:
5.如权利要求1或2所述的可判断面团筋度的搅拌控制方法，其特征是，所述最佳总搅拌时间及最佳总搅拌能量设有一范围因子，使总搅拌时间及总搅拌能量皆位于最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量加减范围因子的范围内。
6.如权利要求3所述的可判断面团筋度的搅拌控制方法，其特征是，所述最佳总搅拌时间及最佳总搅拌能量设有一范围因子，使总搅拌时间及总搅拌能量皆位于最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量加减范围因子的范围内。
7.如权利要求4所述的可判断面团筋度的搅拌控制方法，其特征是，所述最佳总搅拌时间及最佳总搅拌能量设有一范围因子，使总搅拌时间及总搅拌能量皆位于最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量加减范围因子的范围内。
8.—种可判断面团筋度的搅拌控制装置，其装设于一搅拌机上，其特征是，所述可判断面团筋度的搅拌控制装置包含有: 一电力感测器，其用以检测搅拌机的搅拌马达的电流或功率； 一温度感测器，其用以检测搅拌机的搅拌筒内面团的温度； 一控制器，其分别与电力感测器以及温度感测器连接，所述控制器具有一面团筋度判断程序，所述面团筋度判断程序依据多数个参数与一面团筋度判断步骤作为判断条件，以判断面团搅拌的筋度并转换为控制信号，所述多数个参数包含有面团的配方、重量、搅拌时间、搅拌速度以及面团的理想温度值，所述面团筋度判断步骤的判断条件包含有设定参数步骤、判断面团温度步骤、判断面团筋度步骤与统计制程步骤，其中，设定参数步骤是设定面团的配方、重量、搅拌时间、搅拌速度与面团韧性，判断面团温度步骤是计算面团搅拌时的热量与温度，以计算提供冰块及水的重量，并监测面团搅拌时的温度是否会超过理想温度值，判断面团筋度步骤是判断电流或功率平均值是否达到最大值，统计制程步骤是纪录各种面团的配方与重量的最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量，所述最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量设有一范围因子，使每次搅拌的总搅拌时间及总搅拌能量皆位于最佳总搅拌时间与最佳总搅拌能量加减范围因子的范围内； 一存储模块，其与控制器连接`，所述存储模块用以记录控制器中所设面团筋度判断程序的参数与面团筋度判断步骤； 一输出模块，其与控制器连接，所述输出模块是接受并依据控制器的控制信号控制搅拌马达的运转； 一操作模块，其与控制器连接，所述操作模块用以选择或输入各个判断条件至控制器，或是显示控制器的控制信号，或是显示电力感测器检测的电流或功率。
【文档编号】G05B19/04GK103869712SQ201210535173
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】陈双源 申请人:新麦企业股份有限公司