專利名稱：一種基于plc控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，適用于奶油、糖霜、冰激凌、果醬、沙拉等材料在各式蛋糕、西餅上繪制圖案或三維造型。
背景技術(shù)：
在重大節(jié)慶及婚慶中，食品裝飾大量應(yīng)用于宴請(qǐng)，例如將奶油、糖霜、冰激凌、果醬、沙拉等在各式蛋糕、西餅上繪制各種圖案或塑造各種造型，一方面提高了食品的口感和美感，另一方增強(qiáng)了節(jié)慶氣氛。以往采用手工繪制圖案來(lái)完成食品上的圖案繪制或造型，對(duì)繪制人員的技術(shù)和體力要求高，而且圖案比較簡(jiǎn)單和單調(diào)、制作數(shù)量比較少。因此，手工繪制成本比較高、效率比較低，只適合于大型慶典或是奢侈的場(chǎng)合。隨著人們生活水平的提高，用奶油等材料在食品基底上繪制圖案和造型逐漸走入日常生活。這種需求呈現(xiàn)越來(lái)越強(qiáng)的趨勢(shì):圖案繪制或造型越來(lái)越追求藝術(shù)感和生動(dòng)化；對(duì)內(nèi)容趨向于個(gè)性化和多樣化；數(shù)量趨于批量化，即客戶每次按個(gè)性需求所定制食品數(shù)量大；應(yīng)用趨于家庭化，尤其是農(nóng)場(chǎng)化或富裕家庭越來(lái)越考究生活的品質(zhì)。因此，需要開(kāi)發(fā)一種機(jī)器可以模擬人工的手法在食品上用奶油等繪制圖案或造型。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是將數(shù)控技術(shù)引入到日常生活中的食品圖案繪制或造型制作當(dāng)中，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易操作、成本低的、功能簡(jiǎn)化了的數(shù)控設(shè)備，其功能仍包含數(shù)控技術(shù)中圖案設(shè)計(jì)、數(shù)控代碼生、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行及奶油噴繪的全部?jī)?nèi)容，適用于奶油、糖霜、冰激凌、果醬、沙拉等材料在各式蛋糕、西餅上繪制圖案或三維藝術(shù)造型。本實(shí)用新型的一種基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括:作為上位機(jī)的計(jì)算機(jī)；作為下位機(jī)的可編程控制器PLC ;包含X向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、Y向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和Z向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置；控制電源開(kāi)關(guān)的繼電器；負(fù)責(zé)奶油存儲(chǔ)、輸送的奶油噴繪裝置；帶動(dòng)噴嘴三維運(yùn)動(dòng)的工作平臺(tái)，包括三個(gè)方向驅(qū)動(dòng)的三個(gè)電機(jī)；由各種功能按鍵、開(kāi)關(guān)構(gòu)成的操作臺(tái)；由指示燈、限位開(kāi)關(guān)、電阻等生成反饋信號(hào)并傳遞、顯示反饋信號(hào)相關(guān)的附件。設(shè)備的結(jié)構(gòu)中，所述的計(jì)算機(jī)通過(guò)串行通信電纜與可編程控制器PLC相連，操作臺(tái)的控制信號(hào)連接到PLC的輸入端口，PLC輸出三組脈沖信號(hào)分別連接到X向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、Y向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和Z向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別連接相應(yīng)的電機(jī)，PLC控制信號(hào)同樣連接到繼電器，繼電器連接到奶油噴繪裝置控制是否輸送奶油，奶油噴繪裝置最終是將奶油輸送到工作平臺(tái)上的奶油噴嘴處，而指示燈、限位開(kāi)關(guān)、電阻等作為信號(hào)指示和反饋通路分別連接到PLC的輸出端口和輸入端口。本實(shí)用新型中的可編程控制器PLC設(shè)有脈沖輸出端、控制信號(hào)輸入端、信號(hào)反饋端、操作指示端、操作指令發(fā)送端和圖形程序輸入端口，可編程控制器PLC是整個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制和信號(hào)處理中心。本實(shí)用新型中，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)程序的編制和聯(lián)機(jī)操作指令的發(fā)送功倉(cāng)泛。本實(shí)用新型中，工作平臺(tái)是由X、Y、Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、奶油噴嘴、物料臺(tái)和支架構(gòu)成，其目的是執(zhí)行奶油噴嘴與物料臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以便逐層繪制圖案。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)裝置可以是多樣的，但三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向之間相互垂直。工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式可以是多樣的。本實(shí)用新型中，奶油噴繪裝置負(fù)責(zé)存儲(chǔ)奶油并將奶油輸送到奶油噴嘴的任務(wù)，奶油的輸送是通過(guò)奶油泵產(chǎn)生的壓力擠壓實(shí)現(xiàn)的，其任務(wù)的執(zhí)行是由繼電器控制奶油泵電源來(lái)實(shí)現(xiàn)奶油輸送。奶油噴繪裝置布置在工作平臺(tái)以外比較靠近的地方，輸送通道需要跟隨奶油噴嘴的移動(dòng)具有伸縮性。本實(shí)用新型中，操作臺(tái)可以由顯示屏替代，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)程序編制、設(shè)備調(diào)試和控制功能。如果使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作控制，操作臺(tái)的功能集中在應(yīng)急控制。如果計(jì)算機(jī)只負(fù)責(zé)編輯程序，當(dāng)運(yùn)動(dòng)程序輸入PLC后，所有操作將由操作臺(tái)控制。本實(shí)用新型中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需根據(jù)電機(jī)型號(hào)選擇，附件需根據(jù)實(shí)際需要和PLC端口容量選擇。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)包括:(I)根據(jù)單層噴繪多層堆積的原理實(shí)現(xiàn)了奶油圖案的噴繪和造型，圖案的藝術(shù)效果好，可個(gè)性化批量制作；(2)在滿足奶油噴繪要求的情況下，簡(jiǎn)化了工業(yè)數(shù)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)，而功能包含了數(shù)控設(shè)備的基本方面；(3)應(yīng)用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的控制，體積小、抗干擾能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展方便；(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操作方便、效率高、成本低廉；(5)可擴(kuò)展性好，可實(shí)現(xiàn)多種用途，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的操作功能流圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)事實(shí)例作進(jìn)一步的說(shuō)明。本實(shí)用新型的一種基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，如圖1和圖2，主要由作為上位機(jī)的計(jì)算機(jī)2、西門子的可編程控制器PLCl作為下位機(jī)、包含三個(gè)方向的三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器裝置6、控制電源開(kāi)關(guān)的220V繼電器5、奶油噴繪裝置7、帶動(dòng)噴嘴三維運(yùn)動(dòng)的工作平臺(tái)8、操作臺(tái)3和附件4組成。計(jì)算機(jī)2采用一般家用的臺(tái)式機(jī)，486以上配置即可，安裝繪圖軟件，實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作并完成數(shù)控運(yùn)動(dòng)代碼和程序的編制。PLCl采用西門子的PLC-200的CPU226，擁有24路24VDC輸入和16路24VDC輸出，剛好滿足實(shí)現(xiàn)脈沖輸出、控制信號(hào)輸入、信號(hào)反饋、操作指示、操作指令發(fā)送的功能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6根據(jù)電機(jī)選擇的型號(hào)不同而不同，本實(shí)例選用高性能伺服式數(shù)字步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2HD8080A，其功能可實(shí)時(shí)矢量合成的8路獨(dú)立的同相PWM無(wú)差拍輸出、電流閉環(huán)控制、可實(shí)現(xiàn)缺相保護(hù)、可實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償、堵轉(zhuǎn)保護(hù)，可以滿足實(shí)際需要。奶油噴繪裝置7由儲(chǔ)存桶23、奶油泵24和奶油輸送通道25，奶油輸送通道25采用Φ10塑料管。操作臺(tái)3由按鈕和開(kāi)關(guān)組成，負(fù)責(zé)控制電源、工作平臺(tái)校準(zhǔn)、數(shù)控操作等功能。附件4包括指示燈12、電阻13和限位開(kāi)關(guān)14組成:限位開(kāi)關(guān)14安裝在工作平臺(tái)8上，負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)動(dòng)極限的控制；指示燈12用以顯示相關(guān)的工作狀態(tài)；電阻13用來(lái)對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行降壓保護(hù)，以滿足PLCl對(duì)輸入信號(hào)電壓的要求。工作平臺(tái)8是整個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由X、Y、Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)15、16、17、奶油噴嘴19、物料臺(tái)18和支架27構(gòu)成。奶油噴嘴19采用圓形出口，根據(jù)需要也可以選擇異性出口。物料臺(tái)18采用方形結(jié)構(gòu)，用來(lái)放置食品基底。工作平臺(tái)8的運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)15、16、17帶動(dòng)絲杠21、20、22執(zhí)行的。X、Y、Z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)是由三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)15、16、17，其中X方向和Y方向的步進(jìn)電機(jī)15、16采用86系列兩項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)在水平位置沿X方向和Y方向放置。Z方向的步進(jìn)電機(jī)17采用高精度57系列直線步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)布置方向?yàn)榇怪庇诹韮蓚€(gè)電機(jī)的方向，步進(jìn)電機(jī)安置在X方向移動(dòng)框架上并可隨X方向移動(dòng)。奶油噴嘴19安置在Z方向移動(dòng)框架上，可以隨Z方向移動(dòng)而進(jìn)行抬升或下降，噴嘴19出口方向垂直向下。物料臺(tái)18放置在Y方向移動(dòng)框架上并可隨Y方向移動(dòng)。支架27是用來(lái)固定工作平臺(tái)8和限定X方向和Y方向運(yùn)動(dòng)組件的。如圖2，設(shè)備的結(jié)構(gòu)中，計(jì)算機(jī)2與可編程控制器I之間由西門子200系列PLC編程電纜USB-PPI電纜26相連，其它器件之間由導(dǎo)線連接。PLC編程電纜26用來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)2和PLCl之間的數(shù)據(jù)通訊，包括運(yùn)動(dòng)執(zhí)行指令、運(yùn)動(dòng)程序和PLC反饋的數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由可編程控制器PLCl、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器9、10、11和步進(jìn)電機(jī)15、16、17、絲杠組成21、20、22，PLCl輸出三組脈沖信號(hào)分別連接到X向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器9、Y向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10和Z向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6分別連接相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)15、16、17并帶動(dòng)絲杠20、21、22旋轉(zhuǎn)。奶油控制系統(tǒng)是由可編程控制器PLC1、繼電器5、奶油泵24、儲(chǔ)存桶23和奶油輸送通道25組成，PLCl輸出電信號(hào)連接到繼電器5，并由繼電器5與奶油泵24電源相連，PLCl通過(guò)控制繼電器5的閉合來(lái)控制奶油泵24工作，從而實(shí)現(xiàn)奶油的輸送。附件4中，限位開(kāi)關(guān)14安放在工作平臺(tái)8上，其電信號(hào)與可編程控制器I的輸入到相連。電阻13連接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6及可編程控制器PLCl輸入端口之間。指示燈12可安置在PLCl的輸入或輸出端口，如果安放在輸入端口，指示燈13將與反饋信號(hào)相連并將相關(guān)信號(hào)反饋給可編程控制器PLCl，如果安放在PLCl的輸出端口，指示燈13將只作為信號(hào)指示用。操作臺(tái)3的相關(guān)開(kāi)關(guān)和按鈕的電源是由可編程控制器PLCl提供的，其導(dǎo)線連接到PLCl的輸出端。本實(shí)用新型進(jìn)行奶油噴繪時(shí)，如圖3，首先由計(jì)算機(jī)2編制運(yùn)動(dòng)程序，并將相關(guān)指令由電纜26將相關(guān)數(shù)據(jù)傳到可編程控制器I中。然后，操作臺(tái)3選擇是計(jì)算機(jī)2實(shí)行自動(dòng)操作控制還是操作臺(tái)3實(shí)行手工操作。相關(guān)操作指令由計(jì)算機(jī)2或操作臺(tái)3發(fā)出，可編程控制器I同時(shí)驅(qū)動(dòng)工作平臺(tái)8執(zhí)行噴嘴19的三維運(yùn)動(dòng)和奶油的噴涂。噴嘴19三維運(yùn)動(dòng)是由PLCl發(fā)送脈沖控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)15、16、17運(yùn)動(dòng)，PLCl發(fā)送的三路脈沖信號(hào)相互協(xié)調(diào)形成噴嘴19運(yùn)動(dòng)的差補(bǔ)，從而走出各種圖案軌跡。奶油的噴涂是由可編程控制器PLCl控制繼電器5的閉合來(lái)開(kāi)關(guān)奶油泵24的電源，實(shí)現(xiàn)奶油從奶油儲(chǔ)存桶23向奶油噴嘴19的輸送，同時(shí)結(jié)合噴嘴19的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)噴繪圖案的填充。奶油噴繪過(guò)程中的一些執(zhí)行信號(hào)及出錯(cuò)信號(hào)將以電信號(hào)的形式由附件4反饋到可編程控制器PLCl，同時(shí)由指示燈12顯示出來(lái)。本實(shí)用新型具體應(yīng)用時(shí)，奶油噴繪裝置7需根據(jù)實(shí)際情況選取材料，避免奶油在通道25內(nèi)凝固和堵塞，應(yīng)便于奶油的清理。奶油噴繪裝置7的布局也需根據(jù)實(shí)際工作情況進(jìn)行布局，奶油擠壓的壓力大小也許根據(jù)實(shí)際工藝選取，所使用的奶油需要稀釋以便于輸送。本實(shí)用新型具體應(yīng)用時(shí)，奶油噴嘴19可有多種形式，可以是單頭裝置負(fù)責(zé)單一色彩奶油的噴繪，也可以形成一組多色彩奶油的噴繪裝置7，還可以多組物料同時(shí)噴繪的批量生產(chǎn)形式。同時(shí)，噴嘴19出口的形狀可以根據(jù)實(shí)際需求定制。本實(shí)用新型根據(jù)實(shí)際應(yīng)用應(yīng)滿足食品領(lǐng)域的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并有可能增加一些附屬設(shè)施。本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，其特征在于:其結(jié)構(gòu)包括作為上位機(jī)的計(jì)算機(jī)，作為下位機(jī)的可編程控制器PLC，包含X向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、Y向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和Z向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，控制電源開(kāi)關(guān)的繼電器，負(fù)責(zé)奶油存儲(chǔ)、輸送的奶油噴繪裝置，帶動(dòng)噴嘴三維運(yùn)動(dòng)的包括三個(gè)方向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作平臺(tái)，由各種功能按鍵、開(kāi)關(guān)構(gòu)成的操作臺(tái)，由指示燈、限位開(kāi)關(guān)、電阻等生成反饋信號(hào)并傳遞、顯示反饋信號(hào)相關(guān)的附件；設(shè)備的結(jié)構(gòu)中，所述的計(jì)算機(jī)通過(guò)串行通信電纜與可編程控制器PLC相連，操作臺(tái)的控制信號(hào)連接到PLC的輸入端口，PLC輸出三組脈沖信號(hào)分別連接到X向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、Y向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和Z向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別連接相應(yīng)的電機(jī)，PLC控制信號(hào)同樣連接到繼電器，繼電器連接到奶油噴繪裝置控制是否輸送奶油，奶油噴繪裝置最終是將奶油輸送到工作平臺(tái)上的奶油噴嘴處，而指示燈、限位開(kāi)關(guān)、電阻等作為信號(hào)指示和反饋通路分別連接到PLC的輸出端口和輸入端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，其特征在于:可編程控制器PLC是整個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制和信號(hào)處理中心，PLC設(shè)有脈沖輸出端、控制信號(hào)輸入端、信號(hào)反饋端、操作指示端、操作指令發(fā)送端和圖形程序輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，其特征在于:工作平臺(tái)是由X、Y、Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、奶油噴嘴、物料臺(tái)和支架構(gòu)成，其目的是執(zhí)行奶油噴嘴與物料臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以便逐層繪制圖案；工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)裝置可以是絲杠傳動(dòng)裝置或是帶傳動(dòng)裝置，但奶油噴嘴的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向之間相互垂直；工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中不發(fā)生改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，其特征在于:奶油噴繪裝置負(fù)責(zé)存儲(chǔ)奶油并將奶油輸送到奶油噴嘴的任務(wù)，奶油的輸送是通過(guò)奶油泵產(chǎn)生的壓力擠壓實(shí)現(xiàn)的，其任務(wù)的執(zhí)行是由繼電器控制奶油泵電源來(lái)實(shí)現(xiàn)奶油輸送；奶油噴繪裝置布置在工作平臺(tái)以外比較靠近的地方，輸送通道需要跟隨奶油噴嘴的移動(dòng)具有伸縮性。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種基于PLC控制的奶油噴繪三維數(shù)控設(shè)備，該設(shè)備適用于奶油、糖霜、冰激凌、果醬、沙拉等材料在各式蛋糕、西餅上繪制圖案或三維造型，其結(jié)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)、可編程控制器PLC、包含三個(gè)方向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、繼電器、奶油噴繪裝置、工作平臺(tái)、操作臺(tái)和附件。本實(shí)用新型的特點(diǎn)包括1、在滿足奶油噴繪要求的情況下，簡(jiǎn)化了工業(yè)數(shù)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)，而功能包含了數(shù)控設(shè)備的基本方面；2、應(yīng)用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的控制，體積小、抗干擾能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展方便；3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操作方便、效率高、成本低廉；4、可擴(kuò)展性好，可實(shí)現(xiàn)多種用途，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)A23P1/08GK202929427SQ2012201194
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者鄧華波 申請(qǐng)人:鄧華波