PC-based控制技術助力優化食品生產流程
Foodjet 採用倍福PC-based控制技術，以閃電般的速度打開和關閉其 MDL 食品印表機的噴嘴。Foodjet 的客戶可以使用它以最大精度分配和逐層沉積各種調味醬料，既可給正在移動的輸送帶上的披薩餅皮塗上一層完美的番茄醬，也可以用糖霜替甜甜圈裝飾季節性圖案。
在處理連續產品流時，如何將番茄醬塗在披薩餅皮或將大蒜醬塗在皮塔餅上？如何迅速裝飾好耶誕節或復活節餅乾？總部位於荷蘭奈梅亨（Nijmegen）的 Foodjet 公司已研發出各種食物分配系統以應對上述這些挑戰，其中一款設備就是Moveable Depositor Large（MDL）。
「MDL 定量加料裝置的優點是，可以根據每個產品的尺寸和形狀靈活地調整列印圖案。」Foodjet 的行銷業務主管 Dirk Schindler 解釋道。例如，隨著越來越多的供應商傾向使用手工製作的披薩餅皮，傳統的圓形披薩餅皮正逐漸被非標準圓形的餅皮取代。事實上，許多食物的形狀都不是圓形的，但這些產品仍應始終保持邊緣乾淨。「這意味著我們必須精確掃描生產線上的每一個披薩餅皮，這樣我們的列印頭就能準確地知道在哪裡放置調味醬料。」Dirk Schindler 指出第一個挑戰。畢竟，確保設備產能不受影響是至關重要的。
生產線上不再有不受歡迎的手工作業
「MDL 能夠解決客戶的痛點。」Dirk Schindler 強調道。儘管一些製作流程已完全自動化，但在很多情況下，工廠仍需要安排人力在生產線上用勺子將調味醬塗在餅皮四周。「這項工作不僅壓力很大，而且塗抹量也不精確，會造成重量上下波動。」如果需要，Foodjet 可以很輕鬆地為有興趣的買家量化這個成本庫。
食品裝飾品的投資報酬率也很難計算，裝飾品實際對銷售有多少貢獻？這真是一種爭取更多市占率的有效方式嗎？「可能是的。」這是 Dirk Schindler 一直以來聽到的最多的答案。
Foodjet 注意到食物的裝飾品是目前市場高度關注的話題，因為已有一批食品製造商率先做出改變，沒有廠商願意落後。因此，企業現在必須能夠根據季節調整配料，靈活地裝飾自己的產品，比如聖誕節的星星、復活節的兔子以及情人節的愛心。倍福PC-based控制技術幫助 Foodjet 克服這項技術挑戰。
例如，為了保持披薩生產線高速運轉，Foodjet 的設備必須能夠以閃電般的速度確定配料模式。相機系統和分配頭之間的距離通常為 85 公分，只有半秒鐘的時間進行所需的計算。「相機必須在一幀內捕捉到披薩。」控制系統工程師 Ed de Leur 解釋道。只有在披薩餅皮被全部掃描後，才能建立圖案並計算列印頭的各個點，讓一切與正在運行的輸送帶同步。
以微秒精度單獨控制 48 個列印頭
第二個挑戰是需要高重複精度。「我們對伺服泵進行了研究，以便能夠在最恰當的時機將所需的調味醬推入噴嘴。」Ed de Leur 說道。將這些噴嘴精確控制在毫升範圍內對水滴形狀有重要影響，因此也會影響調味料的沉積整齊程度。「透過 MDL 中整合的倍福控制系統，精度可以達到 20 μs。」Ed de Leur 說道。
此外還須考慮列印頭的特殊佈局：最多可有 48 個列印頭佈署在多個平版印刷排中，並向著傳送帶的行進方向傾斜。這樣就可以通過縮短噴嘴之間的有效作用距離來提高解析度；但前排的噴嘴必須比後排的噴嘴更早開始工作。這意味著：「我們必須單獨控制每個噴嘴，同時確保每個噴嘴分配相同份量的調味汁。」Ed de Leur 解釋道。
以軟體功能取代機械裝置
「我們經常看到製造商會想出各種花樣，將麵團整整齊齊地排列在傳送帶上。」Dirk Schindler 透露道。而使用 MDL 就完全不需要這些工作，因為麵團的形狀和方向不再重要。在使用 Foodjet Food Designer 軟體建立配方時，只需要設置調味料和餅底邊緣之間的距離參數。隨後，系統就可以精准地分層放置每個產品。Ed de Leur 解釋道：「對客戶來說，他們不再需要示範設備各種模式，這是一個重大的勝利。」
如果需要，披薩和長棍麵包甚至可以在輸送帶上一個接一個地隨機運行，並且可以在上面添加配料。更重要的是，MDL 可以在掃描過程中識別出不符合規格要求的產品，並能夠在添加配料之前將這些產品分揀出來。「這種控制方法已經成為我們的固定工作流程。」Dirk Schindler 說道。
MDL 系統必須即時計算出各種模式，Ed de Leur 很清楚的一點是：「控制技術必須來自倍福。我很熟悉所有的競爭對手，但由於我們的應用非常特殊，因而沒有幾家控制器廠家提供的產品是我們真正需要的。倍福產品不僅能夠提供足夠的算力，還可以直接在 Windows 核心上程式設計，這是其他 PLC 廠商根本無法提供的，就算有，價格也太貴，根本買不起。」倍福荷蘭分公司業務專員 Nikolas Eimer 補充道：「不是每個客戶都需要如此大規模地使用倍福的嵌入式PC。Foodjet 的製作方法是速度最快的高端應用之一。」
Foodjet 公司使用一台搭載 Intel® Core™ i7 四核處理器的 CX2040 嵌入式PC，確保在 150 μs 內完成計算過程，並透過 EtherCAT 傳輸計算結果，完成最重要的實際列印任務。填充列印頭中的緩衝區可能需要更長的時間，而伺服泵的運動控制任務，Ed de Leur 估計需要 500 μs。最後，還有 HMI、安全功能和壓力測量等一些常規任務，對於這些任務，50 ms的週期時間就足夠了。Ed de Leur 對倍福平台提供的自由選擇非常滿意：「倍福的 I/O 產品種類非常豐富，不僅有用於控制閥門或泵的標準端子模組，還有一些特殊型號。」
至於 HMI，Foodjet 決定使用 C# 開發視覺化應用，並在 Windows 環境下運行。PC-based控制技術的優點是，儘管對於列印頭的即時性要求很高，但應用程式可以在同一台控制電腦上運行，這是因為 HMI 在不同的 CPU 核心上運行。「PC-based控制技術的另一個真正優勢是，軟體發展人員可以在同一個硬體平台上自由運行不同的應用程式。」 Ed de Leur 說道。這位自動化專家對於與倍福的合作也稱讚不已：「我是一個典型的軟體工程師，喜歡直接上手並嘗試解決一些問題。」由於交付週期很短，問題往往出現在交付後。因此，對於 Ed de Leur 來說，迅速獲得解決方案和支援非常重要。「與倍福的合作在這方面也卓有成效。」Ed de Leur 強調道。
Foodjet 公司的視覺系統目前仍在使用單獨的 PC；但他們的目標是將影像處理系統也整合到倍福平台中，因為兩個系統之間的同步時間可能相當複雜。「倍福技術已經為整合做好了準備，只是我們還沒有時間來落實。」Ed de Leur 解釋道。
從全表面繪畫到複雜的繪圖
「下一個邏輯步驟是將 MDL 技術用在食品裝飾，但這將涉及到不同的速度、解析度和產量。」Dirk Schindler 說道，這是目前面臨的挑戰。Foodjet 已為市場需求成功研發出設備，並決定將這些設備全部配備PC-based控制技術。我們的目標是針對所有產業和應用領域開發一個通用的控制平台。
Foodjet 還在研究透過兩套依次放置的 MDL 系統混合不同的調味料。第一台 MDL 用於列印番茄醬，第二台設備用於添加瑞可塔起司、法式白醬或橄欖油。「這樣的效果已經很好了，」Dirk Schindler 說道，「但還有改進空間。」例如，如果在依次塗抹完乳酪的餅皮上再加上少量的番茄醬，就可以保證披薩口味的一致性。或者可以將配料分成兩半，在披薩餅皮的一邊塗上番茄醬，將另一邊做成較辣的版本。有了 Foodjet Designer Studio 軟體和PC-based控制技術，就能夠實現這些改變，滿足各種客製化需求。