应用案例 ， 基于 PC 的控制技术助力优化食品生产流程

Foodjet 采用倍福基于 PC 的控制技术，以闪电般的速度打开和关闭其 MDL 食物 3D 打印机的喷嘴Foodjet 的客户可以使用它以最大精度分配和逐层沉积各种调味汁，既可给正在运动的传送带上的比萨饼涂上一层完美的番茄酱，也可以用糖霜给甜甜圈装饰上季节性图案。

微秒精度的调味汁定量分配和完美的重复定位精度　　在处理连续产品流时，如何将番茄酱涂在比萨饼底或将大蒜酱涂在皮塔饼上?如何飞速装饰好圣诞节或复活节饼干?总部位于荷兰奈梅亨的 Foodjet 公司已研发出各种食物分配系统以应对上述这些挑战，其中一款就是大型可移动沉积装置(MDL)。

　　“我们的 MDL 定量加料装置的优点是，可以灵活地根据每个产品的尺寸和形状调整打印图案”Foodjet 公司销售和市场主管 Dirk Schindler 解释道例如，随着越来越多的供应商倾向于使用手工制作比萨面饼，传统的圆形比萨饼底正逐步被非标准圆形的饼底所取代。

事实上，很多食物的形状都不是圆形的，但这些产品仍应始终保持边缘干净“这意味着我们必须精确扫描装配线上的每一个比萨饼座，这样我们的打印头就能准确地知道在哪里沉积调味汁”Dirk Schindler 指出了第一个挑战。

毕竟，确保设备产能不受影响是至关重要的　　???装配线上不再有不受欢迎的手工作业　　“MDL 能够帮助客户解决其中一个痛点问题”Dirk Schindler 强调道尽管一些工艺流程已完全自动化，但很多情况下，仍需要有人员站在装配线上用勺子将调味汁涂在饼底四周。

“这项工作不仅压力很大，而且涂抹量也会不精确，会造成重量上下波动”如果需要，Foodjet 可以很轻松地为有兴趣的买家量化这个成本池　　装饰品的投资回报率也很难计算：装饰品实际能贡献多少销售额?这真的是一种争取更多市场份额的有效方式吗?“可能是的。

”这是 Dirk Schindler 一直以来听到的最多的答案　　Foodjet 注意到，这是市场目前高度关注的话题，因为已经有第一批食品制造商做出了改变，没有人愿意、也不应该被甩在身后因此，企业现在必须能够根据季节调整配料，灵活地装饰自己的产品，比如圣诞节的星星、复活节的兔子以及情人节的爱心，等等。

倍福基于 PC 的控制技术帮助 Foodjet 克服了这类技术挑战　　例如，为了保持比萨饼生产线高速运转，Foodjet 的设备必须能够以闪电般的速度确定配料模式相机系统和分配头之间的距离通常为 85 厘米，只有半秒钟的时间进行所需的计算。

“相机必须在一帧内捕捉到比萨饼”控制系统工程师 Ed de Leur 解释道只有在比萨饼底被全部扫描后，才能创建图案并计算打印头的各个点，让一切与正在运行中的传送带同步　　由 AX8000 多轴伺服系统控制的 AM8800 不锈钢伺服电机将调味汁可靠地泵送给打印头。

　　???以微秒精度单独控制 48 个打印头　　第二个挑战是需要高重复精度“我们对伺服泵进行了研究，以便能够在最恰当的时机将所需的调味汁推过喷嘴”Ed de Leur 说道将这些喷嘴精确控制在毫升范围内对液滴形状有重要影响，因此也会影响调味汁的沉积整齐程度。

“通过 MDL 中集成的倍福控制系统，这个精度可以达到 20 μs”Ed de Leur 说道　　此外还须考虑打印头的特殊布局：最多可有 48 个打印头布署在多个平版印刷排中，并向着传送带的行进方向倾斜。

这样就可以通过缩短喷嘴之间的有效作用距离来提高分辨率;但前排的喷嘴必须比后排的喷嘴更早开始工作这意味着：“我们必须单独控制每个喷嘴，同时确保每个喷嘴分配相同份量的调味汁”Ed de Leur 解释道　　???用软件功能取代机械装置　　“我们经常看到制造商会想出各种花样，将面饼底整整齐齐地排列在传送带上。

”Dirk Schindler 透露道而使用 MDL 就完全不需要这些工作，因为面饼的形状和方向不再重要在使用 Foodjet Food Designer 软件创建配方时，只需要设置调味汁和饼底边缘之间的距离参数。

随后，系统就可以精准地分层放置每个产品Ed de Leur 解释道：“对客户来说，他们不再需要示教设备各种式样，这是一个重大的胜利”　　如果需要，甚至是比萨和法棍也可以在传送带上一个接一个地随机运行，并且仍能在上面添加配料。

更重要的是，MDL 可以在扫描过程中识别出不符合规格要求的饼底，并能够在添加配料之前将这些饼底分拣出来“这种控制方法已经成为我们的固定工作流程”Dirk Schindler 说道　　MDL 系统必须实时计算出各种式样，Ed de Leur 很清楚的一点是：“控制技术必须来自倍福。

我对所有竞争对手都很熟悉，但由于我们的应用非常特殊，因而没有几家控制器厂家提供的产品是我们真正需要的倍福产品不仅能够提供足够的算力，还可以直接在 Windows 内核上编程，这是其他 PLC 厂家根本无法提供的，就算有，价格也太贵，根本买不起。

”倍福荷兰分公司业务拓展专员 Nikolas Eimer 补充道：“不是每个客户都需要如此大规模地使用我们的嵌入式控制器产品Foodjet 的工艺是速度最快的高端应用之一”　　Foodjet 公司使用了一台搭载 Intel? CoreTM i7 四核处理器的 CX2040 嵌入式控制器，确保在 150 μs 内完成计算过程，并通过 EtherCAT 传输计算结果，完成最重要的实际打印任务。

填充打印头中的缓冲区可能需要更长的时间，而伺服泵的运动控制任务，Ed de Leur 估计需要 500 μs最后，还有 HMI、安全功能和压力测量等一些常规任务，对于这些任务，50 毫秒的周期时间就足够了。

Ed de Leur 对倍福平台提供的自由选择非常满意：“倍福的 I/O 产品种类非常丰富，不仅有用于控制阀门或泵的标准端子模块，还有一些特殊型号”　　对于 HMI，Foodjet 决定使用 C# 开发可视化应用，并在 Windows 环境下运行。

基于 PC 的控制技术的优点是，尽管对于打印头的实时性要求很高，但应用程序可以在同一台控制计算机上运行，这是因为 HMI 在不同的 CPU 内核上运行“基于 PC 的控制技术的另一个真正优势是，软件开发人员可以在同一个硬件平台上自由运行不同的应用程序。

” Ed de Leur 说道这位自动化专家对于与倍福的合作也称赞不已：“我是一个典型的软件工程师，喜欢直接上手并尝试解决一些问题”由于交付周期很短，问题往往出现在交付后因此，对于 Ed de Leur 来说，迅速获得解决问题的办法和支持最为重要。

“与倍福的合作在这方面也卓有成效”Ed de Leur 强调道　　Foodjet 公司的视觉系统目前仍在使用单独的 PC;但他们的目标是将图像处理系统也整合到倍福平台中，因为两个系统之间的定时同步可能相当复杂。

“倍福技术已经为集成做好了准备，只是我们还没有时间来落实”Ed de Leur 解释道　　Foodjet 公司工程师 Ed de Leur 正在设置 MDL 系统“我们必须在最恰当的时机将适量的调味汁推过数十个喷嘴。

我实在想不出还有什么比基于 PC 的控制技术更适合实现这项具有挑战性的任务”　　???从全表面绘画到复杂的绘图　　“下一个逻辑步骤是将 MDL 技术也应用于食物装饰，但这将涉及到不同的速度、分辨率和产量。

”Dirk Schindler 说道，这是目前面临的挑战Foodjet 已经顺应这一市场需求成功研发出了设备，并决定为这些设备全部配备基于 PC 的控制技术我们的目标是针对所有行业和应用领域开发一个通用的控制平台。

　　Foodjet 还在研究通过两套依次放置的 MDL 系统混合不同的调味汁第一台 MDL 用于打印番茄酱，第二台设备用于添加意大利乳清干酪、法式白酱或橄榄油“这样的效果已经很好了，”Dirk Schindler 说道，“但还有改进空间。

”例如，如果在依次涂抹完奶酪的饼底上再添加少量的番茄酱，就可以保证比萨饼口味的一致性或者可以将配料分成两半，在比萨饼的一边涂上番茄酱，将另一边做成较辣的版本有了 Foodjet Designer Studio 软件和基于 PC 的控制技术，就能够实现这些改变，满足各种个性化需求。

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