Controllo automatico del processo di carico della bilancia

Controllo automatico del processo di caricamento della scala di pesatura

1. Panoramica
Alcune merci confezionate in borse, bottiglie, lattine, ecc. Devono essere riempite prima e quindi pesate su un controllo per garantire che il peso netto della merce all'interno della confezione sia coerente con il peso indicato sulla confezione. Tuttavia, a causa delle variazioni delle caratteristiche meccaniche della macchina di riempimento, delle variazioni delle proprietà dei materiali e di altri motivi, il peso della merce riempito in ciascun pacchetto può variare, con conseguente riempimento eccessivo o insufficiente. L'eccessivo riempimento eccessivo influisce sui profitti dell'azienda, mentre la sottosquadro può portare a reclami dei clienti e danneggiare la reputazione dell'azienda.

Se la merce è in forma di liquido, polvere o piccolo granulare durante il processo di riempimento della confezione, il processo di riempimento può anche essere controllato automaticamente attraverso i valori di misurazione in tempo reale della scala di pesatura per garantire che il peso della merce segnato sulla confezione sia accurato e non eccessivamente pesante.

2. Controllo automatico del caricamento sul checkweigher
Quando la macchina di caricamento è sotto il controllo automatico in base ai segnali di feedback, i dati di rilevamento del checkWeigher vengono confrontati con il valore di peso target preimpostazione della merce. Un segnale di feedback viene quindi inviato al controller e la quantità di caricamento della macchina di caricamento viene regolata tramite l'attuatore, riducendo così l'errore di peso della merce e la variazione della quantità di caricamento della merce causata dalla deriva della quantità di caricamento della macchina di carico (come mostrato nella Figura 1). Poiché ci vuole del tempo affinché le merci caricate dalla macchina di caricamento raggiungano il checkWeigher, il display di pesatura deve ritardare prima di effettuare il calcolo del controllo per la regolazione successiva della quantità di caricamento della macchina di caricamento.

Figura 1 Diagramma schematico del principio di controllo automatico per il carico della scala di pesatura

Figura 1 Diagramma schematico del principio di controllo automatico per il caricamento sulla scala di pesatura Scarica immagine originale

2.1 Tipi di base di controllo del caricamento
Esistono due tipi di base di controllo del caricamento che possono essere gestiti su un checkWeigher. Sono:

Controllo di caricamento continuo: questo sistema di controllo continuo può generare un segnale di controllo la cui uscita è proporzionale alla differenza tra il peso di ciascun pacchetto e il peso target impostato dall'utente. È un sistema di regolamentazione con un tempo di risposta estremamente rapido.

Controllo di caricamento medio: il controllo di caricamento medio richiede prima l'impostazione di una "durata", che può essere determinata dal numero di pacchetti che attraversano entro quel tempo. Ad esempio, quando il throughput è di 120 pezzi/min, se sono determinati 20 pacchetti, la "durata" è di 10 secondi. Il sistema di controllo calcola il peso medio dei 20 pacchetti entro la durata di 10 secondi, confronta la differenza tra questo valore e il peso target impostato dall'utente e genera un segnale di correzione per regolare il volume di riempimento delle teste di riempimento. Questo sistema viene utilizzato principalmente nelle macchine di riempimento con più teste di riempimento.

2.2 Tipi di segnali di controllo del feedback per la macchina di ricarica
Esistono tre tipi di segnali di controllo del feedback inviati alla macchina di ricarica:

Modulazione analogica: segnali di controllo analogici, come segnali di controllo della tensione o del ciclo di corrente.

Frequenza del polso: il segnale di controllo è una serie di impulsi di uscita in base alla direzione e all'ampiezza della deviazione del peso.

Durata dell'impulso: il segnale di controllo è un singolo impulso con una durata variabile in base alla direzione e alla grandezza della deviazione del peso.

2.3 Sistema di controllo del feedback su scala di pesatura a doppio controllo per il caricamento
Quando è necessaria una precisione di imballaggio elevato e la variazione del peso della tara della confezione di merci deve essere presa in considerazione, è possibile adottare un sistema di controllo della scala a doppia riduzione della scala per il carico, come mostrato nella Figura 2. In questo sistema, il peso della bottiglia vuota viene rilevato mediante scala di pesatura 1 e il segnale viene trasmesso alla display di pesatura 2 per la rilevazione del peso della rete. I dati di rilevamento del peso del caricamento netto vengono inseriti come segnale di feedback al caricatore, raggiungendo così il controllo in tempo reale del peso del caricamento netto.

Figura 2 Diagramma schematico del principio di controllo automatico per il doppio controllo e il riepilogo della quantità di carico

Figura 2 Diagramma schematico del principio di controllo automatico per la quantità di caricamento a doppio controllo e ridotto Scarica immagine originale

3 Processo di controllo automatico standard
Durante il processo di controllo automatico del feedback della macchina di caricamento, la scala di pesatura e la macchina di caricamento sono costantemente comunicanti. Se viene rilevata una deviazione nel peso della merce, il volume di carico della macchina di carico viene regolato prima di avere un impatto negativo significativo sulla produzione per garantire che l'impatto della deviazione possa essere corretto. Di seguito sono riportati diversi passaggi nel processo in cui la scala di pesatura invia segnali di feedback alla macchina di caricamento ed esegue il controllo automatico [90]:

Passaggio 1 - La deviazione si verifica nella macchina di caricamento

Il passaggio 1 mostra che la scala di pesatura rileva una deviazione nella quantità di caricamento della macchina di caricamento nella direzione decrescente (come mostrato nella Figura 3). Se questa tendenza continua, la deviazione nella quantità di carico aumenterà e la merce può essere sottopeso (le merci sottopeso sono contrassegnate con una croce).

Passaggio 2 - Invia un segnale di feedback alla macchina di caricamento

Il passaggio 2 mostra che il segnale di feedback dalla scala di pesatura viene inviato alla macchina di caricamento per regolare la quantità di caricamento (come mostrato nella Figura 4). Tuttavia, c'è un periodo di ritardo durante il quale la scala di pesatura non guiderà più la macchina di caricamento per effettuare regolazioni.

Figura 3 Deviazione della macchina di caricamento

Figura 3 Deviazione della macchina di caricamento Scarica immagine originale

Figura 4 Il checkweigher invia un segnale di feedback alla macchina di caricamento.

Figura 4 Segnale di feedback inviato dalla scala di pesatura all'immagine originale della macchina di caricamento

Passaggio 3 - Dopo il tempo di ritardo, la macchina di caricamento cambia il volume di caricamento.

Il passaggio 3 mostra che il tempo di ritardo è uguale al tempo impiegato dalla merce per raggiungere la scala di pesatura dopo che la macchina di caricamento cambia l'importo del caricamento (come mostrato nella Figura 5). Oltre al tempo di ritardo, la macchina di caricamento ha cambiato l'importo del caricamento e il peso della merce ritorna al normale (le merci normali sono contrassegnate con un segno di spunta).

La Figura 5 mostra che la macchina di caricamento cambia il volume di caricamento dopo il ritardo.

Figura 5 La macchina di caricamento cambia il volume di caricamento dopo il tempo di ritardo. Scarica immagine originale

Passaggio 4: correzione del caricamento delle deviazioni

Il passaggio 4 mostra che la deviazione della quantità di caricamento della macchina di caricamento nella direzione di riduzione è corretta dal controllo del feedback (come mostrato nella Figura 6).

Figura 6 Correzione della deviazione di caricamento

Figura 6 Correzione del caricamento della deviazione Scarica immagine originale

Quando la velocità di trasporto della linea di produzione rimane costante, se aumenta la distanza tra la macchina di riempimento e il checkWeigher, si trovano più pacchetti tra la macchina di riempimento e il checkweigher e il tempo di ritardo di cui sopra sarà prolungato. Pertanto, in una situazione ideale, il checkWeigher dovrebbe essere installato il più vicino possibile alla macchina di riempimento per rispondere più direttamente e rapidamente alle variazioni del peso di riempimento.

Il controllo del feedback mira a dimostrare che il volume di ricarica del caricabatterie può essere regolato nel tempo. Se la regolazione non può essere effettuata in una volta, può essere ottenuta attraverso un'approssimazione successiva (come mostrato nella Figura 7).

Figura 7 Grafico alla tendenza del controllo del feedback

Figura 7 Chart Trend Chart di controllo del feedback Scarica immagine originale

4. Esempi di applicazione di controllo del feedback
4.1 Riempimento del latte
Lo standard interno per l'imballaggio di latte liquido da 500 g di una certa società di gruppo è di 508 g con imballaggio e l'indice di controllo del processo di produzione è di 510 g. Prima dell'uso della scala di pesatura, il peso di riempimento medio era 515.231G, con un intervallo di fluttuazione di 17,5 g. Il processo originale non aveva attrezzature di pesatura e la macchina di riempimento era un prodotto Tetra Pak. Il volume di riempimento è stato regolato manualmente da una manopola manuale e tira il filo per controllare il volume di riempimento del dispositivo meccanico. È stato condotto un test di controllo automatico utilizzando la scala di pesatura CWM750 dalla Germania di Bizerba. In primo luogo, la scala di pesatura è stata testata e i dati della curva di distribuzione del peso ottenuti erano vicini alla distribuzione normale ideale, con una deviazione standard di circa 1 g. Durante il test di controllo automatico, il peso target è stato impostato a 510,3 g, il valore limite limite superiore è stato impostato a 512,6 g e il valore limite inferiore TU1 è stato impostato a 508 g. Dopo aver implementato il test di controllo automatico del volume di riempimento della macchina di riempimento in base al segnale di feedback dalla scala di pesatura, la regolazione automatica del volume di riempimento è stata ottenuta mediante il motore a passo di passo che guida la vite di piombo e regolando la leva (come mostrato nella Figura 8). I risultati del test hanno mostrato che il peso di riempimento medio è diminuito a 510.299G e l'intervallo di fluttuazione è diminuito a 8G. In media, il 4G di latte è stato salvato per sacchetto, con conseguenti notevoli benefici economici.

Figura 8 Diagramma schematico del sistema di controllo del feedback per il ripieno di latte liquido

Figura 8 Diagramma schematico del sistema di controllo del feedback per il ripieno di latte liquido Scarica immagine originale

1- Scala di pesatura
Display 2- peso
3- segnale con diversi conteggi di impulsi in base alla deviazione del peso
4- Sistema di controllo PLC + HMI
5- Motore stepper
6- Asta di collegamento
7- Leva di regolazione del volume di riempimento
8- Tetra Pak Packaging Machine

4.2 Riempimento del dentifricio
Thermo Fisher Scientific ha installato un controllo a doppio canale sulla linea di produzione di riempimento del dentifricio di Procter & Gamble a Guangzhou per rilevare e controllare il peso del dentifricio (come mostrato nella Figura 9).

La gamma di pesatura del dentifricio è da 10 g a 250 g, con la massima lunghezza e larghezza rispettivamente di 220 mm e 40 mm. Il throughput è di 120 pezzi al minuto e l'accuratezza è 0,1 g. Aggiungendo un dispositivo checkweigher alla linea di riempimento del dentifricio, non solo i limiti di peso superiore e inferiore possono essere controllati, ma è anche possibile aggiungere un'opzione di controllo del feedback per controllare il volume di riempimento del dentifricio, riducendo così significativamente la proporzione di prodotti scadenti. L'intervallo di limite superiore dell'impostazione di feedback è tra il limite superiore della deviazione consentita del valore standard e il limite superiore del rifiuto; L'intervallo di limite inferiore del controllo di feedback è tra il limite inferiore della deviazione consentita del valore standard e il limite inferiore del rifiuto (come mostrato nella Figura 10). Sulla base del valore di peso medio effettivo degli ultimi dati sulla coda di campionamento, si ottiene la larghezza dell'impulso del valore di regolazione dell'errore di feedback.

Figura 9 Checkweigher a doppio canale sulla linea di produzione di riempimento del dentifricio

Figura 9 Checkweigher a doppio canale sulla riga di produzione di riempimento del dentifricio Scarica immagine originale

Figura 1-0 Intervallo di regolazione del controllo del feedback

Figura 10 Ranna di regolazione del controllo del feedback Scarica immagine originale

L'uscita di feedback limite superiore e inferiore adotta l'uscita dell'impulso di relè, che è collegato all'ingresso dell'interruttore della macchina di riempimento per controllare il motore servo e modificare il passo di controllo, regolando così il volume di riempimento del dentifricio. Ad esempio, quando il valore di campionamento del peso del dentifricio viene rilevato per andare verso il basso, la scala di pesatura invia un segnale di regolazione alla macchina di riempimento per aumentare il volume di riempimento del dentifricio. Durante il processo di riempimento della macchina che regola il volume di riempimento del dentifricio, la scala di pesatura non invia segnali di regolazione. Una volta che il dentifricio riempito dalla macchina di riempimento dopo che la regolazione passa attraverso la scala di pesatura, si può osservare che la tendenza alla deriva verso il basso del valore di campionamento del peso del dentifricio è stata corretta. Se il valore di campionamento del peso del dentifricio non riesce ancora a soddisfare i requisiti di qualità, la scala di pesatura può inviare nuovamente un segnale di regolazione alla macchina di riempimento. Prima che venisse aggiunto il controllo del feedback, Procter & Gamble controllava il volume di riempimento riempiendo eccessivamente ogni tubo di dentifricio di 2G per evitare il sottopeso causato da errori di sistema di riempimento. Con un tasso di produzione di 120 tubi al minuto, la produzione annuale è di circa 120 milioni di tubi e ogni tubo pesa 100 g. Se il riempimento eccessivo può essere ridotto a 1 g, possono essere salvati 120 tonnellate di volume di riempimento del dentifricio ogni anno, il che significa che possono essere riempiti ulteriori 1,2 milioni di tubi di dentifricio. Calcolato ad un costo di 2 yuan per tubo, la riduzione della perdita annuale è di 2,4 milioni di yuan. Il prezzo di mercato di una scala di pesatura ad alta velocità e ad alta precisione è inferiore a 400.000 yuan e il costo di investimento può essere recuperato entro due mesi.

4.3 Taglietta di pasta per bagel
Le persone adorano i bagel prodotti dalla British Bagel Factory. Questi sono snack economici e facili da mangiare che si adattano agli stili di vita frenetici delle persone. La fabbrica è ansiosa di produrre bagel che soddisfino gli standard dei clienti, quindi preferirebbe che i bagel siano leggermente in sovrappeso che in sottopeso, il che potrebbe influire sulla soddisfazione del cliente. Tuttavia, i bagel in sovrappeso influenzano il margine di profitto della fabbrica e i bagel troppo leggeri o troppo pesanti hanno una forma circolare poco attraente. Pertanto, è necessario controllare il processo di taglio dell'impasto, ma la sfida è complessa perché l'impasto tende ad espandersi in volume durante la fessura, riducendo la sua densità e quindi il peso dell'impasto a fette. Sebbene la sorgente possa tagliare pezzi di pasta quasi dello stesso volume, i pezzi di pasta tagliati all'inizio di un lotto sono ancora più pesanti di quelli tagliati alla fine del lotto.

La società ad alta velocità di Mettler-Toledo fornisce una soluzione per i checkweighers ai produttori: c'è una macchina da taglio sotto la tramoggia che memorizza l'impasto, che taglia l'impasto in pezzi e forma simili, quindi li distribuisce a quattro linee di produzione. Ogni linea di produzione gestisce 75 bagel al minuto, con un throughput totale di 300 pezzi/min. La serie XS ad alta velocità multicanale checkweigher è integrata nella linea di produzione e l'operatore può monitorare e controllare le quattro linee di produzione attraverso un'interfaccia utente touchscreen del display di pesatura. I dati del checkweigher ad alta velocità possono comunicare con la macchina da taglio in tempo reale e regolare il peso dell'impasto tagliato. Se il checkWeigher rileva un segnale in sovrappeso dell'impasto, ridurrà il peso dell'impasto tagliato dalla macchina da taglio e se rileva un segnale sottopeso, aumenterà il peso dell'impasto tagliato. Le informazioni di feedback dal checkweigher vengono inviate alla macchina per taglio dell'impasto, in modo che la macchina per taglio dell'impasto non sia influenzata dalla fermentazione e mantenga sempre la consistenza del peso dell'impasto tagliato. Il nuovo sistema può ridurre eccessivamente, ridurre i prodotti scadenti e migliorare l'efficienza. Il checkweigher multicanale ad alta velocità adotta una struttura in acciaio completamente inossidabile, incontrando e superando i rigidi requisiti di pulizia e igiene della certificazione americana. È inoltre conforme allo standard IP-69K rigoroso per un lavaggio ad alta pressione e ad alta temperatura.

4.4 imballaggio vassoio a fessura di manzo
I clienti nella regione del Pacifico nord -occidentale degli Stati Uniti utilizzano macchinari di lavorazione della carne per tagliare la carne, quindi la macchina per l'imballaggio posiziona le fette di manzo su vassoi di plastica in schiuma. I vassoi vengono quindi inviati alla macchina di imballaggio esterna per l'imballaggio. Il peso delle fette di manzo in ogni vassoio varia da 1,00 libbre a 1,05 libbre. Se il peso del vassoio è qualificato, verrà etichettato e inscatolato per la spedizione. Se il peso del vassoio non è qualificato, non verrà etichettato e questo vassoio senza etichetta verrà rimosso automaticamente. Il personale deve aprire manualmente l'imballaggio rimosso, scartare i vassoi di plastica in schiuma e restituire le fette di manzo. A causa dei problemi di configurazione delle apparecchiature, la distanza tra la macchina per l'imballaggio della fetta di manzo e la macchina per l'etichetta di peso e prezzi è piuttosto grande, circa 100 vassoi in mezzo. È difficile stabilire un ciclo di feedback tra le due macchine su una distanza così grande, con conseguente tasso di rifiuto del vassoio di oltre il 20%!

Per ridurre il tempo necessario per la rielaborazione, il cliente ha fissato il peso delle fette di manzo nel vassoio a oltre 1,05 libbre, che ha aumentato la quantità eccessiva di riempimento del vassoio. Nei casi in cui il tempo di imballaggio era stretto, il cliente avrebbe persino aumentato il limite superiore dell'impostazione del peso a 1,10 libbre per garantire una riduzione del numero di pacchetti da scartare. Di conseguenza, il numero di beni riempiti troppo è aumentato in modo significativo, facendo subire perdite a causa del cliente a causa degli sprechi di imballaggi, un consumo eccessivo di manodopera, una rielaborazione di pacchetti in sovrappeso e una riempimento eccessivo di merci. Sono stati costantemente alla ricerca di soluzioni migliori.

Il cliente ha installato un VBS checkweigher dagli Stati Uniti direttamente dietro la macchina per l'imballaggio della fetta di manzo. Rispetto alla distanza originale di 100 pallet tra la macchina per l'imballaggio della fetta di manzo e la macchina per l'etichetta del prezzo di peso, la distanza dopo l'installazione del checkweigher era solo 7 pallet. Fornendo feedback sulla tendenza del peso dell'imballaggio, il peso delle fette di manzo su ciascun pallet potrebbe essere rapidamente regolato. Ciò ha permesso al cliente di eliminare prontamente quei pallet che erano in sovrappeso prima dell'imballaggio, riducendo significativamente il numero di pacchetti con non conformità di peso.

Dopo aver installato il checkWeigher, meno del 2% dei pallet ha superato l'intervallo di peso. Il volume di rielaborazione è diminuito del 95%! Di conseguenza, il cliente ha risparmiato $ 67.000 all'anno! Ciò non include i costi di manodopera per la rimozione della merce dall'imballaggio. Inoltre, hanno regolato l'intervallo di peso delle fette di manzo nei pallet a 1,00 libbre a 1,04 libbre, riducendo il riempimento eccessivo del 28%. Il peso medio di ciascun pallet era da 1,014 libbre a 1,025 libbre. Questa differenza di peso apparentemente minore ha portato a un fatturato annuo di $ 102.000. Questo cliente ha ottenuto un fatturato annuo totale di quasi $ 170.000 (esclusi i costi del lavoro), recuperando l'investimento nel CheckWeigher in poche settimane.

5 Conclusione
Il controllo automatico del processo di caricamento della scala di pesatura non solo garantisce che il peso netto della merce soddisfi i requisiti, ma minimizzi anche il sovraccarico della merce il più possibile per massimizzare i benefici dell'Enterprise. E varie misure adottate in base alle condizioni effettive del sito di produzione possono consentire agli utenti di raggiungere questo obiettivo.