A New Perspective on Managing Industrial Ovens with Intel x86 Based Microprocessors

Abstract

Industrial baking oven systems are generally considered complex and expensive. The installation and operation of these systems require high costs. Additionally, their high energy consumption and sometimes low capacity utilization increase fixed costs. Therefore, the performance of the software managing these types of industrial ovens is quite important. To address this situation, a prototype system has been designed as an embedded system based on Intel x86 cores, capable of operating quickly, practically, and efficiently as an alternative to traditional oven control systems. Since the designed system operates as an embedded system, it can react in real-time to user intervention. A user-friendly interface menu has been designed for the developed prototype, allowing users to make instantaneous interventions in the process in real-time. The control procedures supporting the system were developed using 8086 instruction sets on the EMU8086 platform, enabling them to work seamlessly on all Intel x86-based microprocessor systems and ensuring easy integration. Additionally, the simulation screens developed for the oven control panel were designed in a simple manner, allowing even non-experts to manage the system easily. The system provides a dynamic structure for processing different products by allowing users to adjust fundamental parameters such as temperature, humidity, and cooking time.The methodology explains how parameters are adjusted via the keyboard, how screen outputs are organized, and how the timer function operates, illustrated with examples. The results obtained demonstrate that the simulation accurately and efficiently performs the fundamental oven control functions. This provides a reference for low-cost and fast-operating embedded system designs. The developed software has been tested, and operation times have been analyzed. It has been determined that it provides higher performance compared to traditional oven management software developed in high-level languages.

Keywords

• Industrial Automation
• Assembly
• Intel X86
• EMU8086
• Industrial Ovens

Sanayi Fırınların Intel x86 Tabanlı Mikroişlemciler ile Yönetilmesinde Yeni Bir Bakış

Abstract

Büyük yemek fırın sistemleri genellikle karmaşık ve pahalı olarak değerlendirilir. Bu sistemlerin kurulumu ve işletilmesi için yüksek maliyetler gerekmektedir. Ayrıca enerji tüketimlerinin yüksek olması ve bazı zamanlarda kapasite kullanımının düşük olması sabit maliyetleri artırmaktadır. Bu yüzden bu tip sanayi fırınların yönetimini sağlayan yazılımların performansı oldukça önem taşımaktadır. Bu durumu sağlamak için, geleneksel fırın kontrol sistemlerine alternatif olarak, hızlı, pratik ve verimli çalışabilen Intel x86 çekirdek tabanlı gömülü sistem olarak çalışan bir sistemin prototipi tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem gömülü sistem olarak çalıştığı için kullanıcı müdahalesi durumunda gerçek zamanda anlık reaksiyon gösterebilmektedir. Geliştirilen prototip için kolay kullanımlı giriş menüsü tasarlanmıştır, bu şekilde kullanıcı sürece gerçek zamanda anlık müdahale edebilmektedir. Sistemin yönetimini sağlayan prosedür yazılımları EMU8086 platformunda 8086 komut kümeleri kullanılarak geliştirildiği için tüm Intel x86 tabanlı mikro-işlemci tabanlı sistemler üzerinde rahatlıkla çalışabilmekte ve entegrasyonu sağlanabilmektedir. Ayrıca çalışmada geliştirilen fırın kontrol paneli için simülasyon ekranları sade biçimde tasarlanmıştır, bu şeklide uzman olmayan kişilerin de kolay bir şekilde sistemi yönetebilmeleri sağlanmıştır. Sistem, sıcaklık, nem ve pişirme süresi gibi temel parametrelerin kullanıcı tarafından ayarlanabilmesine olanak sağlayarak, farklı ürünlerin işlenmesi için dinamik bir yapı sağlamaktadır. Metodolojide, klavyeden parametrelerin nasıl ayarlandığı, ekran çıktılarının düzenlenmesi ve zamanlayıcı fonksiyonunun işleyişi örneklerle açıklanmıştır. Elde edilen sonuçlar, simülasyonun temel fırın kontrol işlevlerini doğru ve etkin şekilde gerçekleştirdiğini göstermektedir. Bu sayede düşük maliyetli ve hızlı çalışan gömülü sistem tasarımları için örnek oluşturulmuştur. Geliştirilen yazılım test edilmiş ve çalışma süreleri analiz edilmiştir. Yüksek seviyeli diller ile geliştirilen geleneksel fırın yönetim yazılımlarına göre daha yüksek performans sağladığı tespit edilmiştir.

Keywords

• Endüstriyel Otomasyon
• Asamble
• Intel x86
• EMU8086
• Sanayi Fırınları

References

1. [1] S. Vatandaş, Sanayi Fırınlarında Enerji ve Ekserji verimliliği: Örnek çalışma Emaye Pişirme Fırını verimlilik projesi Enerji ve Ekserji Analizlerinin Gerçekleştirilmesi. Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2016.
2. [2] Newton, R.-Davison, S., Conservation of Glass, Cambridge University Press, Great Britain, 1989.
3. [3] U.K. Terzi and R. Baykal. Efficient and effective use of energy: A case study of Tofas, Environmental Research, Engineering and Management, 1: 55, 29-33. 2011
4. [4] B. Simsek, E.H. Simsek and T. Altunok, Empirical and statistical modeling of heat loss from surface of a cement rotary kiln system. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 28: 1 (2013) 59-66.
5. [5] M.Burhan,A. Sakin, Endüstriyel Mutfaklarda Kullanılan Atmosferik Brülörlü Fırın ile Ön Karışımlı Brülörlü Fırının Enerji Tüketiminin Deneysel Olarak Karşılaştırılması. Journal of Biosystems Engineering, pg.108-124, 2022
6. [6] FKG 40 Digital Panelli Konveksiyonlu Gazlı Fırın GN 1/1 40 Tepsi | İnoksan.[Online].Available: https://www.inoksan.com/urun/11431,
7. [7] R.R.Otero, A. Aravind."Teaching ComputerArchitecture Labs using a MCU Platform," ComputingEducation.Ed , 2018.
8. [8] H.C.Bayrakcı, H.Büyükpatpat, PLC ve SCADA Kontrol Yöntemleri ile Sıvı Dolum Otomasyonu. European Journal of Science and Technology No. 27, pp. 283-291, November 2021.

9. [9] S.L.Harris, D.Harris, Assembly Language,  Digital Design and Computer Architecture, Book Chapter, 2022.
10. [10] H.Vu. The Forgotten Aassembly Programming Language, Jounal of Scientific and Engineering Research, Review Article, 2016.
11. [11] N.Salant, Comparison of Assembly Language and Ada for a real Time, ITT Avionics, Washington.
12. [12] W.Jianyu, L.Xiaojun, A New Method to Measure Real-Time Performance Parameters of Embedded Operating Systems Based on Benchmark Program.International Conference on Mechatronics, Control and Electronic Engineering (MCE 2014), IEEExplore.2014.
13. [13] J.Hall, P.Villani, F.Mueller, L.Ferrari, I. Leber et al, 23 Years of Free Dos. An open source ebook, Creative Commons Attribution, September 2017.
14. [14] M.R. Guthaus, S.J.Ringenberg, D. Ernst, et al, MiBench: A Free, Commercially Representative Embedded Benchmark Suite. University of Michigan, January, 2002.
15. [15] W.Jianyu, L. Xiaojun, A New Method to Measure Real-Time Performance Parameters of Embedded Operating Systems Based on Benchmark Program, International Conference on Mechatronics, Control and Electronic Engineering, Atlantis Press, 2014.
16. [16] S.Y.Cho, R. Delgado, B. W.Choi, Feasibility Study for a Python-Based Embedded Real-Time Control System, Engineering Proceedings, MDPI, 2023.
17. [17] R. Patel, A. Rajawat, A Survey of Embedded Software Porfiling, International Journal of Embedded Systems and Applications (IJESA) Vol.1, No.2, December 2011.