通过基于 EtherCAT 和 PC 的控制技术助力实现餐饮产业数字化

Hyphen 公司的 Makeline 系统缩小了传统的美食制作方式与菜肴的工业化生产之间的差距。该系统结构紧凑，能够快速履行数字化订单：无论是外卖订单，还是餐厅门店订单。EJ 系列紧凑型 EtherCAT 插拔式模块专为安装在客户专用的信号分配电路板上而设计，确保功能安全，更有其它先进的功能。倍福的开放式控制技术帮助 Hyphen 公司实现了 PLC 与云端的无缝通信。

“Hyphen 公司致力于实现餐饮厨房的全自动化操作。”总部位于加利福尼亚州圣何塞的 Hyphen 公司联合创始人兼首席技术官 Daniel Fukuba 说道，“2018 年 7 月，我们共同创办了这个公司，将先进的自动化技术带入现代化餐厅。在新冠肺炎疫情爆发后，我们设计并开发出了全新的 Makeline 系统，它为各种类型的餐厅，无论它们是成熟的连锁餐饮店、餐饮供应商，还是‘幽灵厨房’，实现经营模式的现代化改造奠定了重要的基础，以适应‘数字优先’点单方式，并能够更好地满足我们现在看到的不断变化的需求。”

Makeline 系统可以自动分装碗装沙拉及其它碗装菜品，以不同的温度加工数百种食材。系统与 Hyphen 公司的云服务连接，通过 MQTT 传输数字化订单。收到订单后，Makeline 系统就会激活 Hyphen 开发的分配器进行装碗，然后通过设备外壳内连接的模块输送。设备还能够控制食品安全，并提供有关点单高峰期和客户习惯的数据洞察。但从外表看，它就像一个传统的厨房流水线，餐厅员工仍然可以手动装入食材，为喜欢自己到店点餐的顾客提供人工服务。

精简的控制结构助力满足顾客的胃口

Hyphen 公司希望 Makeline 系统能够适应现有的餐厅设施，将未来的技术搬进今天的厨房生活。这也意味着要设计一套全新的系统填补传统餐厅厨房与菜肴工业化生产之间的空白。从技术角度看，其中一个原因是，很难在足够小的外形尺寸中平衡标准厨房需要的功能和灵活性。

Makeline 系统必须将 70 多个执行机构以及云连接的控制器和 I/O 装入一个餐厅级的厨房设备。系统除了要最小化占地面积，还须满足严格的卫生标准，Hyphen 还希望系统能够提供过程控制、时间和保温等相关信息以及检查和记录食品贮藏环境的能力。这些设备内需要放置 500 种不同的食材，这些食材会根据菜单上列出的不同菜品进行组合。Hyphen 公司希望解决这些在处理食材时遇到的挑战，同时避免过多的仪器仪表控制过程，并保持清晰概览。

2020 年初，Hyphen 开始研究倍福 EtherCAT 技术和基于 PC 的控制技术。“Makeline 需要一个开放的、便于连接的控制系统。”Hyphen 公司控制工程师 Bradley Hwang 说道。“倍福帮我们轻松实现了 PLC Runtime 与云端的无缝通信。因此，我们的软件团队可以在它与第三方服务之间开发一个全新的层级。”

EtherCAT 帮助实现餐饮自动化

每个 Makeline 模块都采用了 EJ 系列 EtherCAT 插拔式 TwinSAFE 安全模块，它们安装在一个定制设计的 PCB 板（信号分配电路板）上。这些 EJ 插拔式模块比采用传统方式接线的 I/O 端子模块的体积小了大约 50%，此外，它们还可以降低不正确接线的风险。

“大部分安装了如此多的 I/O 模块的电气柜体积会非常大，这不适合我们的这款产品。有了 EJ 系列 TwinSAFE 安全模块，我们可以在一块节省占用空间的电路板上将通信、电源等连接在一起，组装起来更加容易，并且能够重复组装。”Bradley Hwang 解释道。“另外，Hyphen 也是 EtherCAT 技术协会（ETG）的成员，我们利用 EtherCAT 技术的开放性创建了我们自己的二级节点。因此，我们不仅可以从市场上大量支持 EtherCAT 技术的设备中进行选择，而且还可以在需要时为 Makeline 准确地建造我们所需的设备。”

控制软件和硬件助力提升设备性能

TwinCAT 3 自动化软件支持多种编程方法，包括 IEC61131-3 标准语言面向对象的扩展、预制和自定义功能块，以及 Visual Studio 中的计算机科学标准语言。因此 Hyphen 可以更轻松地弥补其控制系统和 APP 开发技术之间的差距。

Makeline 采用一台 C6030 超紧凑型工业 PC 执行所有操作。TwinCAT 具有内核隔离功能，可以将四核 CPU 中的单个进程（如 PLC 或物联网）分配给工业 PC 中指定的内核，以优化利用系统性能。因此，C6030 非常适合用作物联网网关和设备控制器。

C6030 被放置在一个配备了客户专用的防护等级为 IP65 的 CP3924 多点触控控制面板（可选择性地定制）的基础装置中。这台 24 英寸的操作设备配备了一个高级用户界面，Daniel Fukuba 说道：“我们开发人机界面屏幕就像现代网络 APP 一样，因此多点触摸功能和显示器保真度给了我们想要的用户界面响应性。这种易用性也意味着所有餐厅员工都可以操作 Makeline — 不必是接受过培训的设备操作人员。”

颠覆性创新秘诀

Hyphen 于 2020 年中开始构思 Makeline，他们的第一批设备计划在 2021 年底前送到客户手中。设备能够以高达 99% 的订单准确率每小时制备 350 份菜肴，并将分装误差从行业平均的 +/-15% 降低到 +/-2%。“如果订单中出现了错误的食物成分，最好的情况可能只是让顾客生气，但考虑到食物过敏和交叉污染，最坏的情况可能是会威胁到生命，因此这样高精度的系统为我们带来了最重要的优势。”Daniel Fukuba 说道。

倍福的控制硬件、物联网和通信技术帮助 Hyphen 公司在满足最小化设备占地面积要求的同时提供了技术保障。“我们相信 Makeline 能够颠覆整个餐饮业。它将餐厅现有员工的工作效率提高了 17 倍，从根本上改变了他们满足顾客需求的方式，提高了他们的销售能力。”Daniel Fukuba 解释道，“通过高效地实现食品生产数字化能够填补整个行业的空白，并为应对未来的一切挑战做好准备。”