¡100 puntos por limpiar el equipo de la máquina de ordeño! ! !
El equipo de ordeño de la granja lechera debe limpiarse antes y después del ordeño cada vez[1]. La limpieza de los equipos de ordeño incluye el prelavado, el lavado con álcali y el decapado. El prelavado antes de cada ordeño debe realizarse una limpieza alcalina inmediatamente después del ordeño. Generalmente, el equipo de ordeño debe lavarse con ácido una vez por semana.
Los controladores de limpieza automáticos de las máquinas de ordeño actualmente producidos en el país generalmente solo tienen tres funciones: lavado con álcali, decapado y prelavado (algunos no tienen función de prelavado) y no detectan si la limpieza está completa. al final de la limpieza el tiempo de limpieza no es ajustable y no hay función de comunicación con la computadora host. Debido a las funciones de control incompletas del controlador de limpieza automático de las máquinas de ordeño de producción nacional, la mayoría de las máquinas de ordeño con sistemas de limpieza automáticos que se utilizan actualmente en China se importan del extranjero. Hay muchas empresas extranjeras que producen controles de limpieza automáticos para máquinas de ordeño. como DeLaval Dairy Machinery Co., Ltd. en Suecia, FULLWOOD Animal Husbandry Machinery Co., Ltd. en el Reino Unido, SAC Milking Equipment Co., Ltd. en Dinamarca, etc. Los controladores producidos por estas empresas tienen funciones de control relativamente completas. Pero ninguno de ellos tiene la función de comunicarse con la computadora host y el precio es muy alto. El poder adquisitivo de las granjas lecheras nacionales comunes es relativamente bajo. En la actualidad, casi todas las granjas lecheras pequeñas y medianas en China no tienen sistemas de limpieza automáticos instalados, y las máquinas de ordeño se limpian manualmente. Para las máquinas de ordeño pequeñas, como las de cubo y las móviles, la limpieza manual es más conveniente, pero. para máquinas de ordeño grandes, la limpieza manual es más conveniente; durante la limpieza manual, el operador debe abrir la válvula de compuerta hacia adelante y hacia atrás muchas veces. El tiempo de limpieza lo controla el operador. Según la observación visual, es posible que la máquina de ordeño no se limpie limpiamente, lo que provocará una reducción en la higiene y la calidad de la leche, lo que reducirá directamente los beneficios económicos de las granjas lecheras.
Con el desarrollo de las computadoras y la tecnología de la información, la tendencia de desarrollo de las granjas lecheras grandes y medianas debe ser implementar la gestión informática y de la información. Si el controlador puede comunicarse con la computadora principal, la limpieza de la máquina de ordeño puede controlarse mediante una computadora en la sala de control.
En vista de la situación anterior, se ha desarrollado un controlador de limpieza automático de bajo costo adecuado para las condiciones nacionales de mi país. El controlador se puede instalar en la máquina de ordeño tipo tubería o sala agregando un vacío. válvula solenoide y el controlador de limpieza automática al equipo de ordeño, la limpieza manual se puede convertir en un sistema de limpieza automático y el costo de modificación es bajo. El uso de este controlador de limpieza automático puede mejorar la competitividad del mercado de las máquinas de ordeño de mi país, reducir la importación de controladores de limpieza automáticos y máquinas de ordeño, reducir los costos de equipo de las granjas lecheras de mi país (especialmente las granjas lecheras pequeñas y medianas) y promover el rápido desarrollo de la producción industrial en mi país.
Para garantizar la higiene y calidad de la leche, muchos países del mundo cuentan con sus propias normas para la limpieza de las máquinas de ordeño. Actualmente no existe una norma nacional para la limpieza de máquinas de ordeño en mi país, pero existen muchas normas nacionales relevantes, como GB/T 8186-1987 "Métodos de prueba para equipos de ordeño", GB/T 6914-1986 "Estándares para la compra de productos frescos". Milk", GB 12073-1989 "Seguridad e higiene de los equipos lácteos", estas normas también implican la limpieza de las máquinas de ordeño. El controlador de limpieza automático se desarrolló basándose en las normas nacionales pertinentes para equipos de ordeño en mi país y con referencia a las normas británicas. [2].
2 Diseño del controlador
2.1 Funciones implementadas por el controlador
De acuerdo con los requisitos de diseño del sistema y limpieza de la máquina de ordeño, el controlador implementa las siguientes seis funciones :
1. Todo el proceso de limpieza se completa automáticamente; 2. La calidad de la limpieza se detecta automáticamente al final de la limpieza; 3. Alarma automática cuando la temperatura del agua no es suficiente; de cada turno se transmite a la máquina superior 5. La pantalla de limpieza Proceso y tiempo 6. Puede recibir control desde la computadora host;
2.2 Diseño de hardware del controlador
De acuerdo con los requisitos generales de diseño, se selecciona el chip 80C552 del microcontrolador de la serie MCS-51 como CPU del controlador y la memoria de programa de 64K AM28F512. se expande fuera del 80C552 según las necesidades reales y la memoria de datos estática de 8K 6264. El chip 80C552 es un microcontrolador 80C51 mejorado producido por la empresa holandesa PHILIPS [3]. El sistema de instrucción es totalmente compatible con el 80C51. Puertos O y un convertidor A/D interno.
El uso de 80C552 como CPU elimina la necesidad de expandir el convertidor A/D y el puerto de E/S. Además del 80C552 y su sistema básico, también hay partes de teclado, pantalla, comunicación, detección de señal y control de salida. El diagrama de estructura de hardware del controlador es el siguiente:
Figura 1 Diagrama de estructura de hardware del controlador
2.2.1 Parte de la señal de entrada
La señal de entrada incluye agua caliente Detección de temperatura. Hay tres señales: detección de calidad del agua y número de arranques de la bomba de leche.
Cuando la máquina de ordeño se lava con álcali o se decapa, generalmente se limpia con agua caliente a 600 C ~ 850 C más líquido de limpieza. Durante el proceso de limpieza de la máquina de ordeño, el controlador detecta automáticamente si la temperatura del agua caliente cumple con los requisitos. Solo cuando la temperatura del agua caliente cumple con los requisitos, el controlador limpiará de acuerdo con los pasos establecidos si la temperatura del agua caliente es inferior. 600C, el controlador emitirá una alarma automáticamente. La detección de temperatura del agua caliente en el controlador utiliza el sensor de temperatura LM35DZ producido por National Semiconductor Corporation. LM35DZ es un sensor de temperatura integrado con salida de voltaje. Está calibrado directamente en grados Celsius y es fácil de usar. el rango de medición de temperatura es - 350C~ 1500C, buena linealidad. La salida del LM35DZ es 0 mV 10,0 mV/0 C en el rango de 00 C ~ 1500 C. Dado que la temperatura del agua está en el rango de 00 C ~ 1000 C, la salida del LM35DZ está entre 0 V ~ 1,0 V. Los requisitos de entrada del puerto 80C552 P5. se puede cumplir mediante amplificación de una etapa. El factor de aumento específico es igual a 5. El amplificador operacional integrado de baja deriva AD OP-07 se selecciona en el sistema para amplificar la señal de salida del LM35DZ. AD OP-07 es un amplificador operacional de alta precisión con voltaje de compensación extremadamente bajo (10 μV) y corriente de polarización (0,7 nA). Su coeficiente de deriva de temperatura es de 0,2 μV/0 C y su índice de rendimiento de estabilidad a largo plazo es de 0,2 μV/mes. . AD OP-07 tiene un rango de entrada de modo alto (±14 V), una relación de rechazo de modo CMRR=126 dB y un rango de fuente de alimentación muy amplio (de ±3 V a ±18 V). El sistema utiliza una fuente de alimentación de ±15 V. . Voltaje. La señal de salida del sensor de detección de temperatura LM35DZ es amplificada por el amplificador operacional integrado AD OP-07 y luego ingresa al puerto ADC0 (P5.7) de 80C552, donde se convierte en una señal digital mediante el A/D dentro del 80C552.
Cuando finaliza la limpieza de la máquina de ordeño, el controlador detecta automáticamente la calidad de la limpieza. Si se ha limpiado, se completa la limpieza. En caso contrario, se vuelve a limpiar hasta quedar limpia. Si la máquina de ordeño está limpia o no, se determina mediante un detector especial de calidad del agua para detectar si el agua descargada después de la limpieza cumple con los estándares. Cuando el detector de calidad del agua detecta la calidad del agua, emite una señal de voltaje de 0 ~ 15 mV, que es. amplificado y luego ingresado al ADC1 (P5.6) de 80C552, convertido en una señal digital por el A/D dentro del 80C552. Debido a que el detector de calidad del agua genera un voltaje de 0 ~ 15 mV, para cumplir con los requisitos de voltaje de la conversión A/D 80C552, se seleccionan dos niveles de amplificación en el circuito. La amplificación del primer nivel es 20 y la amplificación del segundo nivel. es 16,5 veces Los dos niveles*** Amplificada 330 veces, la señal de voltaje de salida de 0 ~ 15 mV del detector de calidad del agua está entre 0 ~ 4,95 V después de la amplificación de dos etapas, cumpliendo con los requisitos de entrada de la conversión A/D.
La señal de inicio de la bomba de leche es un valor de conmutación y el sistema utiliza circuitos RC y aislamiento fotoeléctrico para suprimir las interferencias.
2.2.4 Parte de control y alarma
La parte de control y alarma se implementa a través del puerto P1 de 80C552. La distribución específica es la siguiente: P1.0 controla el solenoide de agua fría. la válvula P1.1 controla la válvula solenoide de agua caliente; P1.2 controla la válvula solenoide de álcali; P1.3 controla la válvula solenoide de ácido; 1.4 controla la válvula solenoide de desinfectante P1. 6 controla el corte de energía del sistema de la máquina de ordeño; 7. Alarma cuando la temperatura del agua no es suficiente. El circuito de control del sistema se utiliza para controlar la conmutación de cada válvula solenoide. Debido a que la carga de arranque y parada no es grande, el sistema utiliza un control de salida de aislamiento de relé. Debido a que la capacidad de carga de los contactos del relé es relativamente grande, puede controlar directamente el circuito de alimentación. En el sistema, un controlador de puerta OC de colector abierto SN75452B está conectado entre el puerto de salida P1 y el relé pequeño de bajo voltaje.
SN75452B es un chip controlador de potencia integrado producido por TI. Es un controlador dual bidireccional y sin potencia. Su corriente de absorción IOL = 300 mA puede controlar casi cualquier tipo de relé pequeño.
Dado que P1.6 y P1.7 del puerto P1 son las líneas SCL y SDA del puerto serie I2C del 80C552, no hay resistencias pull-up internas, por lo que P1.6 y P1. 7 están conectados en el diseño. Los otros seis pines del puerto P1 están conectados internamente con resistencias pull-up y no necesitan conectarse externamente.
2.2.3 Parte de comunicación
La comunicación entre el controlador y la computadora host adopta el estándar de bus RS-485, que se compone del chip MAX485 y el puerto serie de 80C552. El sistema utiliza el puerto 80C552 P4.4 para controlar la entrada del receptor MAX485 y la salida del controlador. Se conecta una resistencia coincidente de 120 ohmios entre A y B.
El estándar RS-485 es semidúplex. En un momento determinado, uno transmite y el otro recibe. Convierte el nivel lógico en una diferencia de potencial a través del controlador de línea de transmisión para completar la transmisión de información al principio; convierte la diferencia de potencial en un nivel lógico a través del receptor de línea de transmisión para realizar la recepción de información en el terminal; El estándar RS-485 utiliza dos líneas de señal para cada canal. Si una de ellas está en estado lógico "1", la otra está en estado lógico "0". El estándar RS-485 permite que la salida del controlador sea de ±2~6V y el receptor puede detectar señales de entrada tan bajas como 200mV.
Debido a que el controlador está instalado en el taller de ordeño lejos de la oficina de administración y la distancia de comunicación entre el controlador y la computadora host en la oficina de administración es relativamente larga, se eligió el estándar de bus RS-485. en lugar del estándar RS-232C de uso común. Debido a que RS-232C tiene desventajas como una velocidad de transmisión de datos lenta, una distancia de transmisión corta y una fácil interferencia entre varias señales en la interfaz, el estándar RS-485 supera las deficiencias de RS-232C y. tiene las ventajas de una larga distancia de comunicación y una velocidad de transmisión rápida. Cuando la velocidad de comunicación es de 100 kb/s, la distancia de comunicación puede alcanzar los 1,2 km, lo que cumple con los requisitos de comunicación entre el controlador y la computadora host. -Estándar de circuito transmisor, que permite que un transmisor controle 32 cargas en una línea de dos cables. Cada dispositivo de carga puede ser un transmisor, receptor o transceptor pasivo, utilizando el estándar RS-485 para facilitar la comunicación entre el controlador y otros equipos. que se ampliará en el futuro, cubriendo las necesidades de los talleres de producción gestionados por ordenador.
El chip MAX485 es un chip transceptor diferencial equilibrado producido por MAXIM Company, que incluye un controlador y un receptor. El sistema diferencial equilibrado compuesto por MAX485 tiene una fuerte capacidad antiinterferencias. El receptor puede detectar señales tan bajas como 200 mV y los datos transmitidos se pueden recuperar a kilómetros de distancia. Por lo tanto, es particularmente adecuado para comunicaciones a larga distancia y puede formar una comunicación. que cumpla con el estándar RS-485.
2.2.2 Parte de pantalla y teclado
La parte de pantalla del controlador utiliza el módulo de pantalla de cristal líquido LCM12232ZK producido por Beijing Qingyun Innovation Technology Development Co., Ltd. La pantalla LCD de Este módulo mide 122*32, puede mostrar dos líneas, cada línea puede mostrar 15 caracteres, lo que puede cumplir con los requisitos del controlador. El teclado del controlador está compuesto por un teclado de fila compuesto por 80C552 P4.0~P4.3 y P5.0~P5.3. Hay resistencias pull-up de 10 KΩ conectadas a las líneas de fila P5.0~P5.3. y se pueden configurar 16. Hay 9 teclas de función utilizadas en el sistema, que son funciones de prelavado, lavado con álcali, decapado, aumentar en 1, disminuir en 1, iniciar, pausar, continuar y detener.
2.3 Diseño de software del controlador
El programa operativo del controlador está escrito en lenguaje C51[4] y adopta un diseño modular. Todo el programa consta del programa principal y cada módulo. El diagrama de flujo del programa principal se muestra en la Figura 5. La matriz rdata en el programa se utiliza para recibir información enviada por la computadora host.
Figura 2 Diagrama de flujo del programa principal
Entre ellos, la detección de la temperatura del agua, el control de la válvula solenoide de vacío, la detección automática de la calidad de la limpieza, la conversión A/D y la visualización están todos en prelavado. , lavado alcalino y decapado Completado en el programa.
El programa de control de la computadora host del controlador está escrito en lenguaje VC, y la comunicación en serie entre la computadora host y el controlador adopta el control de comunicación en serie Microsoft Communications Control [7] en VC. El control MSComm es un control ActiveX que simplifica la programación de comunicaciones en serie en Windows proporcionado por Microsoft. Proporciona a las aplicaciones una forma sencilla de enviar y recibir datos a través de la interfaz en serie. El control MSComm proporciona dos métodos para manejar problemas de comunicación: uno es el método controlado por eventos y el otro es el método de consulta. La comunicación basada en eventos es una forma muy eficaz de manejar las interacciones del puerto serie. La ventaja de este método es que el programa responde rápidamente y tiene una alta confiabilidad. El programa de control de la computadora host adopta un método basado en eventos para abordar los problemas de comunicación.
Este programa puede controlar la limpieza automática de la máquina de ordeño en el ordenador host. La interfaz de ejecución del programa de control de computadora superior se muestra en la Figura 3. En la figura, los botones de prelavado, lavado con álcali, decapado, pausa, continuar y detener corresponden a los botones correspondientes del controlador. Por ejemplo, después de que el controlador recibe la señal de "prelavado" enviada por la computadora principal, llama al "prelavado". "programa para realizar el prelavado. . Se utilizan diez números del 0 al 9 para configurar el tiempo de limpieza. El tiempo de limpieza es inferior a 100 minutos, por lo que el tiempo se configura con dos dígitos. Por ejemplo, para configurar 9 minutos, presione primero el botón 0 y luego presione el botón 9. . La parte de "comunicación de protocolo de enlace" se utiliza para comunicarse con el controlador. Al comunicarse, primero ingrese la letra mayúscula "A" en el cuadro de edición de señal de protocolo de enlace y luego haga clic en el botón "Enviar" después de que el controlador reciba la señal de protocolo de enlace. A" enviada por la computadora host, la señal de retorno "B" se muestra en el cuadro de edición de señal recibida. Después de que la computadora host recibe y muestra "B", significa que el protocolo de enlace fue exitoso. El botón "Borrar" se utiliza para borrar el contenido de los cuadros de edición "Enviar señal de protocolo de enlace" y "Recibir señal". El cuadro de edición de señal de protocolo de enlace de envío se utiliza para ingresar la señal de protocolo de enlace de envío "A". El cuadro de edición de señal de protocolo de enlace de recepción no solo muestra la señal de protocolo de enlace respondida por el controlador, sino que también muestra la información enviada por la computadora host al controlador. , al configurar la hora, el cuadro de edición de la señal de recepción muestra Establecer valor de hora. La secuencia de control del programa es: la computadora host primero se pone en contacto con el controlador y, una vez que el protocolo de enlace es exitoso, la computadora host envía comandos de control. El proceso de configuración del control de limpieza es: primero presione el botón de limpieza, como los botones "prelavado", "reducir lavado" y "decapado", luego configure la hora y luego presione el botón "iniciar". El puerto de comunicación predeterminado en el programa es COM1. Si COM1 ya está ocupado, puede seleccionar COM2. El botón "Transmitir el número de arranques de la bomba de leche" sirve para notificar al controlador que transmita el número de arranques de la bomba de leche en funcionamiento a la computadora principal. Cuando la computadora host envía comandos al controlador, primero debe estrechar la mano para evitar que el controlador no reciba los datos enviados por la computadora host.
Figura 3 Interfaz de ejecución del programa de control de PC
2.4 Diseño antiinterferencias del controlador
Para evitar interferencias, se utiliza filtrado digital en el diseño de la tecnología del controlador[5]. El filtrado digital no requiere equipo de hardware adicional, tiene buena confiabilidad, alta estabilidad y no tiene problemas de adaptación de impedancia. Es flexible de usar, fácil de modificar y se puede llamar varias veces. Tiene muchas ventajas en comparación con el filtrado de hardware. Existen muchos métodos de filtrado digital. Según las características de la temperatura y la calidad del agua a detectar, el controlador utiliza el método de filtrado medio y el método de filtrado medio respectivamente, y el número de muestreos N=5.
3 Conclusión
El controlador ha sido depurado y probado exitosamente. Las pruebas han demostrado que el controlador funciona de manera confiable, es fácil de operar, puede completar automáticamente la limpieza y las pruebas de la máquina de ordeño, tiene un tiempo de limpieza ajustable, puede comunicarse con la computadora principal y la calidad de la limpieza cumple con los estándares nacionales pertinentes [6]. .
Este controlador aún necesita mejoras. Si la concentración de álcali o ácido se puede ajustar automáticamente durante el proceso de limpieza, se puede lograr aún más la modernización de la limpieza de la máquina de ordeño.