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2022年3月14日

基于 EtherCAT 和 PC 的控制技术助力优化食品光学检测

高精度检测系统将异物检测率提高了五倍

从经销商转型成为一家备受赞誉的 OEM 制造商可能需要一个长期过程。但位于密苏里州卡尼市的 ProSpection Solutions 公司仅花费了两年就完成了转型。其工程团队凭借其专为食品检测设计的首批解决方案之一斩获行业奖项。ProSpection Solutions 公司认为,与倍福合作是他们能够取得成功的重要原因。

高级技术员 Kenneth Hobbie(左)和技术副总监 Kyle Knudsen(右)与倍福区域销售工程师 Brandon Snell(中)及其他倍福团队成员就设备的设计和编程展开了紧密合作
高级技术员 Kenneth Hobbie(左)和技术副总监 Kyle Knudsen(右)与倍福区域销售工程师 Brandon Snell(中)及其他倍福团队成员就设备的设计和编程展开了紧密合作

ProSpection 公司主要从事肉类、乳制品等产品和包装检测的自动化。2017 年,随着该公司开始转向设备制造,其工程团队设计完成了第一批产品,即防护等级高达 IP69K 的低密度异物检测及清除系统,它在 Process Expo 2019 上赢得了肉类、家禽和海鲜类创新展示奖。

“该检测系统让我们的客户能够以明显更高的一致性、准确性以及比其它检测方法快得多的速度检测和清除产品流中的异物。”ProSpection 公司总裁兼 CEO Jeff Youngs 说道。“这套系统已经成为 Prospection 的旗舰系列产品,成功吸引了食品行业最大的包装消费品(CPG)制造商的注意。对异物检测系统的重视也帮助我们开发出了其它产品线。”公司还提供其它类型的检测系统以及检重机解决方案。

异物检测系统使用多个拍摄角度扫描和检测牛肉、猪肉、家禽、宠物食品、奶酪丝、意大利面等预制食品的整个表面。设备能够检测各种杂质和异物,包括硬塑料和软塑料、个人防护用品(PPE)以及生产设备中其它很多常见的物品。设备随后自动弹出所有受污染的产品,将其从供应链上移除。ProSpection 公司技术副总监 Kyle Knudsen 表示,也许最重要的是,它在检测产品时无需翻转产品,因为相机会同时检测产品的顶部和底部,因此它所需的占地面积要比其它同类系统小得多。

设备的设计和实施提出了不少挑战。系统需要提供比同类设备更高的吞吐量、更小的占地面积和更高的可靠性。专有的视觉检测软件还需要与设备控制器实时通信,以便能够立即清除生产线上的污染物。为了满足这些需求,ProSpection 公司决定采用倍福基于 EtherCAT 和 PC 的控制技术。

检测到一块鸡肉上有蓝色塑料、纸板、木质托盘材料等异物
检测到一块鸡肉上有蓝色塑料、纸板、木质托盘材料等异物

强大的控制技术进一步提升检测的可靠性

ProSpection 公司于 2017 年夏天开始与当地的倍福团队,即应用工程师 Marc Wilkinson 和区域销售工程师 Brian McKee 以及 Brandon Snell 合作,共同设计和编程异物检测系统。解决方案采用了一台安装有 TwinCAT 3 自动化软件的 CX5140 嵌入式控制器控制设备。ProSpection 的专有视觉软件在一台独立的计算机上运行,并通过 ADS 协议与 CX5140 实时通信。Kyle Knudsen 认为,控制器具有极高的稳定性,提升了系统的可靠性。此外,一台带有 18.5 英寸多点触控屏的 CP3918 不锈钢控制面板支持食品行业先进的 HMI 方案。

TwinCAT 提供 PLC 和运动控制功能。然而,当这家公司刚刚转型制造设备时,他们工程团队的编程资源非常有限。Kyle Knudsen 认为他们从倍福团队,尤其是 Marc Wilkinson 那里得到的支持对系统的成功至关重要。“当我们开始工作时,Marc 基本上为我们编写了所有设备控制程序。Marc 使用 ADS 将通信集成到我们的视觉软件中,他编写的基础代码非常容易理解,并针对我们的半标准系统进行了修改。”

现在,ProSpection 公司已经完成了自己的 PLC 编程工作。拥有计算机科学背景的 Kyle Knudsen 发现 TwinCAT 3 平台适应性很强。“我的大部分培训都是在 C++ 中进行的,因此可以在 TwinCAT 3 中轻松过渡到结构化文本。”他补充说道。

一台 CX5140 嵌入式控制器和各种 EtherCAT I/O 端子模块为 ProSpection 设备提供最优控制和联网通信
一台 CX5140 嵌入式控制器和各种 EtherCAT I/O 端子模块为 ProSpection 设备提供最优控制和联网通信

倍福的 EtherCAT 和运动控制帮助提升性能

倍福的 EtherCAT 和运动控制解决方案带来了额外的优势。EtherCAT 实时通信系统可以自由选择拓扑结构。“ProSpection 对于 EtherCAT 耦合器和网关可以用于 30 多种重要的通信协议赞赏不已。”倍福 Brian McKee 说道。“随着公司在市场上的不断扩张,他上游和下游设备能否轻松与 EtherNet/IP 或 PROFINET 等其它现场总线进行通信对他们来说至关重要。”基于 PC 的开放式自动化也简化了第三方组件的编程和控制,如用于分流不合格产品的可伸缩机头,以及用于相机定位的线性执行器。检测系统使用了多个节省空间的 EtherCAT I/O 端子模块作为标准输入/输出,用于控制控制相机的照明,并配备了 EL7047 步进电机端子模块。TwinSAFE 技术直接 STO 和 SS1 等安全功能整合到 TwinCAT 开发环境中。

倍福的 EtherCAT 和运动控制解决方案带来了额外的优势。EtherCAT 实时通信系统可以自由选择拓扑结构。“ProSpection 对于 EtherCAT 耦合器和网关可以用于 30 多种重要的通信协议赞赏不已。”倍福 Brian McKee 说道。“随着公司在市场上的不断扩张,他上游和下游设备能否轻松与 EtherNet/IP 或 PROFINET 等其它现场总线进行通信对他们来说至关重要。”基于 PC 的开放式自动化也简化了第三方组件的编程和控制,如用于分流不合格产品的可伸缩机头,以及用于相机定位的线性执行器。检测系统使用了多个节省空间的 EtherCAT I/O 端子模块作为标准输入/输出,用于控制控制相机的照明,并配备了 EL7047 步进电机端子模块。TwinSAFE 技术直接 STO 和 SS1 等安全功能整合到 TwinCAT 开发环境中。