专利名称：一种基于plc控制的奶油喷绘三维数控设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，适用于奶油、糖霜、冰激凌、果酱、沙拉等材料在各式蛋糕、西饼上绘制图案或三维造型。
背景技术：
在重大节庆及婚庆中，食品装饰大量应用于宴请，例如将奶油、糖霜、冰激凌、果酱、沙拉等在各式蛋糕、西饼上绘制各种图案或塑造各种造型，一方面提高了食品的口感和美感，另一方增强了节庆气氛。以往采用手工绘制图案来完成食品上的图案绘制或造型，对绘制人员的技术和体力要求高，而且图案比较简单和单调、制作数量比较少。因此，手工绘制成本比较高、效率比较低，只适合于大型庆典或是奢侈的场合。随着人们生活水平的提高，用奶油等材料在食品基底上绘制图案和造型逐渐走入日常生活。这种需求呈现越来越强的趋势:图案绘制或造型越来越追求艺术感和生动化；对内容趋向于个性化和多样化；数量趋于批量化，即客户每次按个性需求所定制食品数量大；应用趋于家庭化，尤其是农场化或富裕家庭越来越考究生活的品质。因此，需要开发一种机器可以模拟人工的手法在食品上用奶油等绘制图案或造型。
发明内容本实用新型的目的是将数控技术引入到日常生活中的食品图案绘制或造型制作当中，提供一种结构简单紧凑、易操作、成本低的、功能简化了的数控设备，其功能仍包含数控技术中图案设计、数控代码生、运动执行及奶油喷绘的全部内容，适用于奶油、糖霜、冰激凌、果酱、沙拉等材料在各式蛋糕、西饼上绘制图案或三维艺术造型。本实用新型的一种基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，其结构包括:作为上位机的计算机；作为下位机的可编程控制器PLC ;包含X向电机驱动器、Y向电机驱动器和Z向电机驱动器构成的电机驱动装置；控制电源开关的继电器；负责奶油存储、输送的奶油喷绘装置；带动喷嘴三维运动的工作平台，包括三个方向驱动的三个电机；由各种功能按键、开关构成的操作台；由指示灯、限位开关、电阻等生成反馈信号并传递、显示反馈信号相关的附件。设备的结构中，所述的计算机通过串行通信电缆与可编程控制器PLC相连，操作台的控制信号连接到PLC的输入端口，PLC输出三组脉冲信号分别连接到X向电机驱动器、Y向电机驱动器和Z向电机驱动器，电机驱动器分别连接相应的电机，PLC控制信号同样连接到继电器，继电器连接到奶油喷绘装置控制是否输送奶油，奶油喷绘装置最终是将奶油输送到工作平台上的奶油喷嘴处，而指示灯、限位开关、电阻等作为信号指示和反馈通路分别连接到PLC的输出端口和输入端口。本实用新型中的可编程控制器PLC设有脉冲输出端、控制信号输入端、信号反馈端、操作指示端、操作指令发送端和图形程序输入端口，可编程控制器PLC是整个设备的运动控制和信号处理中心。本实用新型中，计算机作为上位机负责运动程序的编制和联机操作指令的发送功倉泛。本实用新型中，工作平台是由X、Y、Z三个运动方向的运动系统、奶油喷嘴、物料台和支架构成，其目的是执行奶油喷嘴与物料台的相对运动以便逐层绘制图案。工作台的运动执行是由电机驱动的，运动装置可以是多样的，但三个运动方向之间相互垂直。工作台的结构形式可以是多样的。本实用新型中，奶油喷绘装置负责存储奶油并将奶油输送到奶油喷嘴的任务，奶油的输送是通过奶油泵产生的压力挤压实现的，其任务的执行是由继电器控制奶油泵电源来实现奶油输送。奶油喷绘装置布置在工作平台以外比较靠近的地方，输送通道需要跟随奶油喷嘴的移动具有伸缩性。本实用新型中，操作台可以由显示屏替代，可以进行简单的运动程序编制、设备调试和控制功能。如果使用计算机进行操作控制，操作台的功能集中在应急控制。如果计算机只负责编辑程序，当运动程序输入PLC后，所有操作将由操作台控制。本实用新型中，电机驱动器需根据电机型号选择，附件需根据实际需要和PLC端口容量选择。本实用新型的优点包括:(I)根据单层喷绘多层堆积的原理实现了奶油图案的喷绘和造型，图案的艺术效果好，可个性化批量制作；(2)在满足奶油喷绘要求的情况下，简化了工业数控设备的结构，而功能包含了数控设备的基本方面；(3)应用可编程控制器PLC实现数控设备的控制，体积小、抗干扰能力强、功能扩展方便；(4)结构简单紧凑、操作方便、效率高、成本低廉；(5)可扩展性好，可实现多种用途，对环境适应性强。
图1是本实用新型的总体结构框图。图2是本实用新型的总体结构示意图。图3是本实用新型的操作功能流图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的一个事实例作进一步的说明。本实用新型的一种基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，如图1和图2，主要由作为上位机的计算机2、西门子的可编程控制器PLCl作为下位机、包含三个方向的三组步进电机驱动器装置6、控制电源开关的220V继电器5、奶油喷绘装置7、带动喷嘴三维运动的工作平台8、操作台3和附件4组成。计算机2采用一般家用的台式机，486以上配置即可，安装绘图软件，实现人机操作并完成数控运动代码和程序的编制。PLCl采用西门子的PLC-200的CPU226，拥有24路24VDC输入和16路24VDC输出，刚好满足实现脉冲输出、控制信号输入、信号反馈、操作指示、操作指令发送的功能。步进电机驱动器6根据电机选择的型号不同而不同，本实例选用高性能伺服式数字步进电机驱动器2HD8080A，其功能可实时矢量合成的8路独立的同相PWM无差拍输出、电流闭环控制、可实现缺相保护、可实现误差补偿、堵转保护，可以满足实际需要。奶油喷绘装置7由储存桶23、奶油泵24和奶油输送通道25，奶油输送通道25采用Φ10塑料管。操作台3由按钮和开关组成，负责控制电源、工作平台校准、数控操作等功能。附件4包括指示灯12、电阻13和限位开关14组成:限位开关14安装在工作平台8上，负责对运动极限的控制；指示灯12用以显示相关的工作状态；电阻13用来对反馈信号进行降压保护，以满足PLCl对输入信号电压的要求。工作平台8是整个设备的运动执行机构，由X、Y、Z三个运动方向的运动系统15、16、17、奶油喷嘴19、物料台18和支架27构成。奶油喷嘴19采用圆形出口，根据需要也可以选择异性出口。物料台18采用方形结构，用来放置食品基底。工作平台8的运动是由步进电机15、16、17带动丝杠21、20、22执行的。X、Y、Z三个方向运动是由三组步进电机驱动15、16、17，其中X方向和Y方向的步进电机15、16采用86系列两项步进电机，步进电机在水平位置沿X方向和Y方向放置。Z方向的步进电机17采用高精度57系列直线步进电机，电机布置方向为垂直于另两个电机的方向，步进电机安置在X方向移动框架上并可随X方向移动。奶油喷嘴19安置在Z方向移动框架上，可以随Z方向移动而进行抬升或下降，喷嘴19出口方向垂直向下。物料台18放置在Y方向移动框架上并可随Y方向移动。支架27是用来固定工作平台8和限定X方向和Y方向运动组件的。如图2，设备的结构中，计算机2与可编程控制器I之间由西门子200系列PLC编程电缆USB-PPI电缆26相连，其它器件之间由导线连接。PLC编程电缆26用来进行计算机2和PLCl之间的数据通讯，包括运动执行指令、运动程序和PLC反馈的数据。运动控制系统是由可编程控制器PLCl、步进电机驱动器9、10、11和步进电机15、16、17、丝杠组成21、20、22，PLCl输出三组脉冲信号分别连接到X向步进电机驱动器9、Y向步进电机驱动器10和Z向步进电机驱动器11，步进电机驱动器6分别连接相应的步进电机15、16、17并带动丝杠20、21、22旋转。奶油控制系统是由可编程控制器PLC1、继电器5、奶油泵24、储存桶23和奶油输送通道25组成，PLCl输出电信号连接到继电器5，并由继电器5与奶油泵24电源相连，PLCl通过控制继电器5的闭合来控制奶油泵24工作，从而实现奶油的输送。附件4中，限位开关14安放在工作平台8上，其电信号与可编程控制器I的输入到相连。电阻13连接在步进电机驱动器6及可编程控制器PLCl输入端口之间。指示灯12可安置在PLCl的输入或输出端口，如果安放在输入端口，指示灯13将与反馈信号相连并将相关信号反馈给可编程控制器PLCl，如果安放在PLCl的输出端口，指示灯13将只作为信号指示用。操作台3的相关开关和按钮的电源是由可编程控制器PLCl提供的，其导线连接到PLCl的输出端。本实用新型进行奶油喷绘时，如图3，首先由计算机2编制运动程序，并将相关指令由电缆26将相关数据传到可编程控制器I中。然后，操作台3选择是计算机2实行自动操作控制还是操作台3实行手工操作。相关操作指令由计算机2或操作台3发出，可编程控制器I同时驱动工作平台8执行喷嘴19的三维运动和奶油的喷涂。喷嘴19三维运动是由PLCl发送脉冲控制步进电机驱动器6，进而控制步进电机15、16、17运动，PLCl发送的三路脉冲信号相互协调形成喷嘴19运动的差补，从而走出各种图案轨迹。奶油的喷涂是由可编程控制器PLCl控制继电器5的闭合来开关奶油泵24的电源，实现奶油从奶油储存桶23向奶油喷嘴19的输送，同时结合喷嘴19的运动实现喷绘图案的填充。奶油喷绘过程中的一些执行信号及出错信号将以电信号的形式由附件4反馈到可编程控制器PLCl，同时由指示灯12显示出来。本实用新型具体应用时，奶油喷绘装置7需根据实际情况选取材料，避免奶油在通道25内凝固和堵塞，应便于奶油的清理。奶油喷绘装置7的布局也需根据实际工作情况进行布局，奶油挤压的压力大小也许根据实际工艺选取，所使用的奶油需要稀释以便于输送。本实用新型具体应用时，奶油喷嘴19可有多种形式，可以是单头装置负责单一色彩奶油的喷绘，也可以形成一组多色彩奶油的喷绘装置7，还可以多组物料同时喷绘的批量生产形式。同时，喷嘴19出口的形状可以根据实际需求定制。本实用新型根据实际应用应满足食品领域的卫生标准，并有可能增加一些附属设施。本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求1.一种基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，其特征在于:其结构包括作为上位机的计算机，作为下位机的可编程控制器PLC，包含X向电机驱动器、Y向电机驱动器和Z向电机驱动器构成的电机驱动装置，控制电源开关的继电器，负责奶油存储、输送的奶油喷绘装置，带动喷嘴三维运动的包括三个方向驱动电机的工作平台，由各种功能按键、开关构成的操作台，由指示灯、限位开关、电阻等生成反馈信号并传递、显示反馈信号相关的附件；设备的结构中，所述的计算机通过串行通信电缆与可编程控制器PLC相连，操作台的控制信号连接到PLC的输入端口，PLC输出三组脉冲信号分别连接到X向电机驱动器、Y向电机驱动器和Z向电机驱动器，电机驱动器分别连接相应的电机，PLC控制信号同样连接到继电器，继电器连接到奶油喷绘装置控制是否输送奶油，奶油喷绘装置最终是将奶油输送到工作平台上的奶油喷嘴处，而指示灯、限位开关、电阻等作为信号指示和反馈通路分别连接到PLC的输出端口和输入端口。
2.根据权利要求1所述的基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，其特征在于:可编程控制器PLC是整个设备的运动控制和信号处理中心，PLC设有脉冲输出端、控制信号输入端、信号反馈端、操作指示端、操作指令发送端和图形程序输入端口。
3.根据权利要求1所述的基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，其特征在于:工作平台是由X、Y、Z三个运动方向的运动系统、奶油喷嘴、物料台和支架构成，其目的是执行奶油喷嘴与物料台的相对运动以便逐层绘制图案；工作台的运动执行是由电机驱动的，运动装置可以是丝杠传动装置或是带传动装置，但奶油喷嘴的三个运动方向之间相互垂直；工作台的结构形式在运动执行过程中不发生改变。
4.根据权利要求1所述的基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，其特征在于:奶油喷绘装置负责存储奶油并将奶油输送到奶油喷嘴的任务，奶油的输送是通过奶油泵产生的压力挤压实现的，其任务的执行是由继电器控制奶油泵电源来实现奶油输送；奶油喷绘装置布置在工作平台以外比较靠近的地方，输送通道需要跟随奶油喷嘴的移动具有伸缩性。
专利摘要本实用新型提供一种基于PLC控制的奶油喷绘三维数控设备，该设备适用于奶油、糖霜、冰激凌、果酱、沙拉等材料在各式蛋糕、西饼上绘制图案或三维造型，其结构包括计算机、可编程控制器PLC、包含三个方向的电机驱动装置、继电器、奶油喷绘装置、工作平台、操作台和附件。本实用新型的特点包括1、在满足奶油喷绘要求的情况下，简化了工业数控设备的结构，而功能包含了数控设备的基本方面；2、应用可编程控制器PLC实现数控设备的控制，体积小、抗干扰能力强、功能扩展方便；3、结构简单紧凑、操作方便、效率高、成本低廉；4、可扩展性好，可实现多种用途，对环境适应性强。
文档编号A23P1/08GK202929427SQ2012201194
公开日2013年5月8日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者邓华波 申请人:邓华波