Automatyczne sterowanie procesem załadunku wagi

Automatyczna kontrola procesu ładowania skali ważenia

1. Przegląd
Niektóre towary pakowane w torby, butelki, puszki itp. Muszą najpierw wypełnić, a następnie ważył się na władcach kontrolnych, aby upewnić się, że waga netto towarów wewnątrz opakowania jest zgodna z wagą wskazaną na opakowaniu. Jednak ze względu na zmiany mechaniczne charakterystyki maszyny wypełniającej, zmiany właściwości materiałów i inne powody, waga towarów wypełniona w każdym pakiecie może się różnić, co powoduje przepełnienie lub niedożywienie. Nadmierne przepełnienie wpływa na zyski firmy, a niedożywienie może prowadzić do skarg klientów i szkody reputacji firmy.

Jeśli towary są w płynie, proszku lub małej ziarnistej postaci podczas procesu napełniania opakowania, proces napełniania można również automatycznie kontrolować poprzez wartości pomiarowe w czasie rzeczywistym skali ważenia, aby zapewnić, że ciężar towarów oznaczonych na opakowaniu jest dokładny i nie nadmiernie ciężki.

2. Automatyczna kontrola załadunku na kontrolę kontrolną
Gdy maszyna ładująca jest pod kontrolą automatyczną opartą na sygnałach sprzężenia zwrotnego, dane wykrywalne z kontrolowania są porównywane z ustaloną wartością masy docelowej towaru. Sygnał sprzężenia zwrotnego jest następnie wysyłany do kontrolera, a ilość ładowania maszyny ładującej jest dostosowywana przez siłownik, zmniejszając w ten sposób błąd masy towaru i zmianę ilości ładowania towarów spowodowanych dryfem ilości ładowania maszyny ładującej (jak pokazano na rysunku 1). Ponieważ towary załadowane przez maszynę ładującą jest dotarcie do kontroli kontrolnej, wyświetlacz ważenia musi opóźnić się przed dokonaniem obliczeń kontroli następnej regulacji ilości ładowania maszyny ładującej.

Ryc. 1 Schemat zasady automatycznej kontroli do ładowania skali ważenia

Rysunek 1 schemat zasady automatycznej kontroli do ładowania w skali ważenia Pobierz oryginalny obraz

2.1 Podstawowe rodzaje kontroli ładowania
Istnieją dwa podstawowe rodzaje kontroli obciążenia, które można obsługiwać na władcach kontrolnych. Są:

Ciągłe sterowanie obciążeniem: Ten system ciągłego sterowania może wygenerować sygnał sterujący, którego wyjście jest proporcjonalne do różnicy między wagą każdego pakietu a docelową wagą ustawioną przez użytkownika. Jest to system regulacyjny z niezwykle szybkim czasem reakcji.

Średnia kontrola ładowania: Średnia kontrola ładowania wymaga najpierw ustawienia „czasu trwania”, co można określić przez liczbę pakietów przechodzących w tym czasie. Na przykład, gdy przepustowość wynosi 120 szt./Min, jeśli określono 20 pakietów, wówczas „czas trwania” wynosi 10 sekund. System sterowania oblicza średnią wagę 20 pakietów w ciągu 10-sekundowego czasu trwania, porównuje różnicę między tą wartością a docelową masą ustawioną przez użytkownika i generuje sygnał korekcji w celu dostosowania objętości napełniania głowic napełniających. Ten system jest najczęściej używany w maszynach do napełniania z wieloma głowicami napełniającymi.

2.2 Rodzaje sygnałów sterowania sprzężeniami zwrotnymi dla maszyny ładującej
Istnieją trzy rodzaje sygnałów kontroli sprzężenia zwrotnego wysyłane do maszyny ładującej:

Modulacja analogowa: analogowe sygnały sterujące, takie jak sygnały sterujące napięciem lub prądem.

Częstotliwość impulsu: Sygnał sterujący jest serią impulsów wyjściowych opartych na kierunku i amplitudzie odchylenia ciężaru.

Czas trwania impulsu: Sygnał sterujący jest pojedynczym impulsem o różnym czasie trwania na podstawie kierunku i wielkości odchylenia ciężaru.

2.3 Dwukrotnie sprawdzanie skali Scale Kontrola sprzężenia zwrotnego do ładowania
Gdy wymagana jest wysoka dokładność opakowania i należy wziąć pod uwagę zmienność wagi TARE w opakowaniu towarowym, należy przyjąć system kontroli sprzężenia zwrotnego w skali podwójnej skalania w celu obciążenia, jak pokazano na ryc. 2. W tym systemie ciężar obciążenia pustej butelki jest wykrywany przez skalę 1, a sygnał jest przekazywany do ważenia skali ważenia 2. Dane wykrywania masy netto netto są wprowadzane jako sygnał sprzężenia zwrotnego dla ładowarki, osiągając w ten sposób kontrolę obciążenia netto w czasie rzeczywistym.

Ryc. 2 Schemat zasady automatycznej kontroli podwójnego sprawdzania i ponownego ważności ilości obciążenia

Ryc. 2 Schemat zasady automatycznej kontroli dla podwójnego sprawdzania i ponownego obciążenia ilość ładowania Pobierz oryginalny obraz

3 Standardowy proces automatycznego sterowania
Podczas automatycznego sterowania sprzężeniem zwrotnym maszyny ładującej skala ważenia i maszyna ładująca stale się komunikuje. W przypadku wykrycia odchylenia w masie towaru objętość ładowania maszyny ładującej jest dostosowywana, zanim ma znaczący negatywny wpływ na produkcję, aby zapewnić, że wpływ odchylenia może zostać skorygowany. Poniżej znajduje się kilka kroków w procesie, w którym skala ważenia wysyła sygnały sprzężenia zwrotnego do maszyny ładującej i wykonuje automatyczną kontrolę [90]:

Krok 1 - Odchylenie występuje w maszynie do ładowania

Krok 1 pokazuje, że skala ważenia wykrywa odchylenie w ilości obciążenia maszyny obciążenia w kierunku zmniejszającego się (jak pokazano na rycinie 3). Jeśli ten trend będzie się utrzymywał, odchylenie w ilości obciążenia wzrośnie, a towary może być niedowagą (towary niedowagi są oznaczone krzyżem).

Krok 2 - Wyślij sygnał sprzężenia zwrotnego do maszyny ładowania

Krok 2 pokazuje, że sygnał sprzężenia zwrotnego ze skali ważenia jest wysyłany do maszyny obciążenia, aby dostosować ilość ładowania (jak pokazano na rysunku 4). Istnieje jednak czas opóźnienia, w którym skala ważenia nie będzie już prowadzić maszyny do ładowania w celu wprowadzenia regulacji.

Rysunek 3 Odchylenie maszyny ładującej

Rysunek 3 Odchylenie maszyny do ładowania Pobierz oryginalny obraz

Rysunek 4 WIELKI WYŚWIETLANY SIGNED SIGNED INFORMUJĄ do maszyny ładującej.

Rysunek 4 Sygnał sprzężenia zwrotnego wysłany ze skali ważenia do maszyny ładowania Pobierz oryginalny obraz

Krok 3 - Po opóźnieniu maszyna ładująca zmienia objętość ładowania.

Krok 3 pokazuje, że czas opóźnienia jest równy czasowi potrzebnemu, aby towar osiągnął skalę ważenia po zmianie maszyny ładowania (jak pokazano na rysunku 5). Poza opóźnieniem maszyna ładująca zmieniła ilość ładowania, a waga towaru powraca do normy (normalne towary są oznaczone znakiem wyboru).

Rysunek 5 pokazuje, że maszyna ładująca zmienia objętość ładowania po opóźnieniu.

Rysunek 5 Maszyna załadunku zmienia objętość ładowania po opóźnieniu. Pobierz oryginalny obraz

Krok 4 - Korygowanie odchyleń ładowania

Krok 4 pokazuje, że odchylenie ilości obciążenia maszyny obciążenia w kierunku redukcji jest korygowane przez kontrolę sprzężenia zwrotnego (jak pokazano na rysunku 6).

Rysunek 6 Korygowanie odchylenia ładowania

Rysunek 6 Korygowanie odchylenia ładowania Pobierz oryginalny obraz

Gdy prędkość przekazywania linii produkcyjnej pozostaje stała, jeśli wzrośnie odległość między maszyną do napełniania a kontrolą, więcej pakietów będzie zlokalizowane między maszyną do napełniania a kontrolą, a wyżej wymieniony czas opóźnienia zostanie przedłużony. Dlatego w idealnej sytuacji kontrolny powinien być zainstalowany jak najbliżej maszyny do napełniania, aby zareagować najbardziej bezpośrednio i szybko na zmiany masy napełniania.

Kontrola informacji zwrotnych ma na celu pokazanie, że objętość ładowania ładowarki można z czasem dostosować. Jeśli nie można dokonać regulacji za jednym razem, można go osiągnąć poprzez kolejne przybliżenie (jak pokazano na ryc. 7).

Rysunek 7 Wykres trendów sterowania sprzężeniami zwrotnymi

Rysunek 7 Wykres trendu sterowania sprzężeniami zwrotnymi Pobierz oryginalny obraz

4. Przykłady aplikacji kontroli sprzężenia zwrotnego
4.1 Nadzienie mleka
Krajowy standard dla 500 g płynnych opakowań mlecznych pewnej grupy wynosi 508 g z opakowaniem, a wskaźnik kontroli procesu produkcji wynosi 510 g. Przed użyciem skali ważenia średnia masa napełniania wynosiła 515,231 g, z zakresem fluktuacji 17,5 g. Oryginalny proces nie miał sprzętu do ważenia, a maszyna do napełniania była produktem Tetra Pak. Objętość napełniania została ręcznie dostosowana za pomocą ręcznego pokrętła i pociągnięcia drutu w celu kontrolowania objętości napełniania urządzenia mechanicznego. Przeprowadzono automatyczny test sterowania przy użyciu skali ważenia CWM750 z Bizerba Germany. Po pierwsze, przetestowano skalę ważenia, a uzyskane dane krzywej rozkładu masy były zbliżone do idealnego rozkładu normalnego, przy odchyleniu standardowym wynoszącym około 1G. Podczas automatycznego testu sterowania masa docelowa ustawiono na 510,3 g, górną wartość graniczną do 1 ustawiono na 512,6 g, a dolna wartość graniczna TU1 ustawiono na 508 g. Po automatycznym teście sterowania objętości napełniania maszyny napełniającej na podstawie sygnału sprzężenia zwrotnego ze skali ważenia, automatyczną regulację objętości napełniania osiągnięto przez silnik krokowy napędzający śrubę ołowiową i regulując dźwignię (jak pokazano na rysunku 8). Wyniki testu wykazały, że średnia masa napełniania spadła do 510,299 g, a zakres fluktuacji spadł do 8G. Średnio 4G mleka zaoszczędzono na torbę, co spowodowało znaczne korzyści ekonomiczne.

Rycina 8 Schemat układu kontroli sprzężenia zwrotnego do napełniania mleka płynnego

Rysunek 8 Schematyczny schemat systemu kontroli sprzężenia zwrotnego dla płynnego napełniania mleka Pobierz oryginalny obraz

1- Skala ważenia
Wyświetlacz 2- Waga
Sygnał 3 o różnych liczbach impulsów w oparciu o odchylenie masy ciała
4- System sterowania PLC + HMI
Silnik 5-krokowy
6- Parping
7- dźwignia regulacji objętości wypełniania
8- Tetra Pak Machine

4.2 Napełnianie pasty do zębów
Thermo Fisher Scientific zainstalował podwójny kanał kontrolny na linii produkcyjnej Procter & Gamble's Filting Pasting w Guangzhou, aby wykryć i kontrolować masę pasty do zębów (jak pokazano na rycinie 9).

Zakres ważenia pasty do zębów wynosi od 10 g do 250 g, przy czym maksymalna długość i szerokość wynosi odpowiednio 220 mm i 40 mm. Przepustowość wynosi 120 sztuk na minutę, a dokładność wynosi 0,1 g. Dodając urządzenie kontrolne do linii napełniania pasty do zębów, można kontrolować nie tylko górne i dolne limity masy, ale można dodać opcję kontroli sprzężenia zwrotnego w celu kontrolowania objętości napełniania pasty do zębów, co znacznie zmniejszając odsetek produktów niespełniających. Górny zakres ustawienia sprzężenia zwrotnego znajduje się między górną granicą dopuszczalnego odchylenia wartości standardowej a górną granicą odrzucenia; Dolny zakres kontroli sprzężenia zwrotnego znajduje się między dolną granicą dopuszczalnego odchylenia wartości standardowej a dolną granicą odrzucenia (jak pokazano na rycinie 10). Na podstawie faktycznej średniej wartości najnowszych danych kolejki próbkowania uzyskuje się szerokość impulsu wartości regulacji błędu sprzężenia zwrotnego.

Rycina 9 podwójny kanał kontrolny na linii produkcyjnej do napełniania pasty do zębów

Rysunek 9 podwójny kanał WIELKowy na pasty do zębów Wypełnianie linii produkcyjnej Pobierz oryginalny obraz

Rysunek 1-0 Zakres regulacji kontroli sprzężenia zwrotnego

Rysunek 10 Zakres regulacji kontroli sprzężenia zwrotnego Pobierz oryginalny obraz

Wyjście zwrotne górnego i dolnego limitu przyjmuje wyjście pulsu przekaźnika, które jest podłączone do wejścia przełącznika maszyny napełniającej w celu sterowania silnikiem serwomechanizmu i zmiany skoku sterującego, regulując w ten sposób objętość napełniania pasty do zębów. Na przykład, gdy wartość próbkowania masy pasty do zębów zostanie wykryta w celu dryfu w dół, skala ważenia wysyła sygnał regulacyjny do maszyny napełniającej, aby zwiększyć objętość wypełnienia pasty do zębów. Podczas procesu maszyny do wypełniania regulującej objętość napełniania pasty do zębów skala ważenia nie wysyła żadnych sygnałów regulacji. Gdy pasta do zębów wypełniła maszynę napełniającą po regulacji przechodzi przez skalę ważenia, można zaobserwować, że skorygowano trend dryfu dryfu w dół pasty do zębów. Jeśli wartość próbkowania masy pasty do zębów nadal nie spełnia wymagań jakościowych, skala ważenia może ponownie wysłać sygnał regulacji do maszyny do wypełnienia. Przed dodaniem kontroli sprzężenia zwrotnego Procter & Gamble kontrolował objętość napełniania, przepełniając każdą rurkę pasty do zębów o 2G, aby uniknąć niedowagi spowodowanej przez błędy systemu napełniania. Przy tempie produkcji 120 rur na minutę roczna produkcja wynosi około 120 milionów rur, a każda rurka waży 100 g. Jeśli przepełnienie można zmniejszyć do 1G, 120 ton objętości napełniania pasty do zębów można zapisać co roku, co oznacza, że ​​można wypełnić dodatkowe 1,2 miliona rur pasty do zębów. Obliczone kosztem 2 juanów na rurkę, roczna redukcja strat wynosi 2,4 miliona juanów. Cena rynkowa szybkiej i szybkiej skali ważenia wynosi mniej niż 400 000 juanów, a koszt inwestycji można odzyskać w ciągu dwóch miesięcy.

4,3 Krojenie ciasta bajgla
Ludzie uwielbiają bułeczki wyprodukowane przez British Bagel Factory. Są to ekonomiczne i łatwe do spożycia przekąski, które pasują do szybkiego stylu życia ludzi. Fabryka chętnie produkuje bajgle, które spełniają standardy klientów, więc wolałaby, aby bajgle miały nieco nadwagę niż niedowagę, co może wpłynąć na zadowolenie klienta. Jednak bułeczki z nadwagą wpływają na margines zysku fabryki, a bułeczki, które są zbyt lekkie lub zbyt ciężkie, mają nieatrakcyjny okrągły kształt. Dlatego konieczne jest kontrolowanie procesu krojenia ciasta, ale wyzwanie jest złożone, ponieważ ciasto ma tendencję do rozszerzania się objętości podczas krojenia, zmniejszając jego gęstość, a tym samym ciężar pokrojonego ciasta. Chociaż krawędź może wyciąć kawałki ciasta o prawie tej samej objętości, kawałki ciasta wycięte na początku partii są nadal cięższe niż te wycięte na końcu partii.

Szybka firma Mettler-Toledo zapewnia producentom rozwiązanie dla Waisers: pod lejkiem znajduje się maszyna do krojenia, która przechowuje ciasto, które przecina ciasto na kawałki o podobnej wielkości i kształcie, a następnie rozpowszechnia je do czterech linii produkcyjnych. Każda linia produkcyjna prowadzi 75 bajgli na minutę, z całkowitą przepustowością 300 szt./Min. Wielokanałowy szybki WIELKI Serii XS jest zintegrowany z linią produkcyjną, a operator może monitorować i kontrolować cztery linie produkcyjne za pomocą interfejsu użytkownika ekranu dotykowego wyświetlacza ważenia. Dane z szybkiego władzy kontrolnej mogą komunikować się z maszyną do cięcia w czasie rzeczywistym i dostosowywać ciężar cięcia ciasta. Jeśli władca kontrolny wykryje sygnał nadwagi ciasta, zmniejszy ciężar cięcia ciasta przez maszynę do cięcia, a jeśli wykryje niedowagę, zwiększy ciężar cięcia ciasta. Informacje zwrotne od kontrolowania kontrolnego są wysyłane do maszyny do cięcia ciasta, aby fermentacja nie wpływa na maszynę do cięcia ciasta i zawsze utrzymuje spójność ciężaru ciasta ciętego. Nowy system może zmniejszyć przepływ, zmniejszyć produkty niespełniające norm i poprawić wydajność. Szybki wielokanałowy WIELKI przyjmuje w pełni stalową strukturę ze stali nierdzewnej, spełniając i przekracza surowe wymagania dotyczące czyszczenia i higieny amerykańskiej certyfikacji. Jest również zgodny z ścisłym standardem IP-69K dla płukania wysokociśnieniowego i wysokiej temperatury.

4.4 Opakowanie tacki do plasterki wołowiny
Klienci w północno -zachodnim regionie Pacyfiku Stanów Zjednoczonych używają maszyn do przetwarzania wołowiny do pokrojonego wołowiny, a następnie maszyna opakowaniowa umieszcza plasterki wołowiny na piankowych plastikowych tacach. Troje są następnie wysyłane do zewnętrznego komputera opakowaniowego w celu opakowania. Waga plasterków wołowych na każdej tacy waha się od 1,00 funta do 1,05 funta. Jeśli waga tacy zostanie zakwalifikowana, zostanie ona oznaczona i zapakowana do wysyłki. Jeśli masa tacki jest niekwalifikowana, nie zostanie ona oznaczona, a ta nieznakowana taca zostanie automatycznie usunięta. Personel musi ręcznie otworzyć usunięte opakowanie, odrzucić piankowe plastikowe tace i zwrócić plastry wołowiny. Ze względu na problemy z konfiguracją sprzętu odległość między maszyną opakowaniową wołowiny a maszyną do etykiety wagowej i ceny jest dość duża, około 100 tac pomiędzy nimi. Trudno jest ustanowić pętlę sprzężenia zwrotnego między dwiema maszynami na tak dużą odległość, co powoduje wskaźnik odrzucenia tacowania wynoszący ponad 20%!

Aby skrócić czas potrzebny na przeróbkę, klient ustawił wagę plasterków wołowiny na tacy na ponad 1,05 funta, co zwiększyło przepełnioną ilość tacy. W przypadkach, gdy czas pakowania był napięty, klient podniósł nawet górną granicę ustawienia masy do 1,10 funta, aby zapewnić zmniejszenie liczby pakietów, które należy odrzucić. W rezultacie liczba przepełnionych towarów znacznie wzrosła, powodując, że klient poniesie straty z powodu marnotrawstwa opakowania, nadmiernego zużycia siły roboczej, przeróbki pakietów z nadwagą i przepełnianiem towarów. Ciągle szukają lepszych rozwiązań.

Klient zainstalował WIELKI KADUKA VBS ze Stanów Zjednoczonych bezpośrednio za maszyną opakowaniową wołowiny. W porównaniu z pierwotną odległością 100 palet między maszyną do opakowania wołowiny i maszyną do etykiety ceny, odległość po zainstalowaniu Władzy Checker wynosiła tylko 7 palet. Dostarczając informacje zwrotne na temat trendu masy opakowania, ciężar wołowiny na każdej palecie można szybko dostosować. Umożliwiło to klientowi natychmiastowe wyeliminowanie tych palet, które miały nadwagę przed opakowaniem, znacznie zmniejszając liczbę pakietów o niezgodnościach.

Po zainstalowaniu władzy kontrolnej mniej niż 2% palet przekroczyło zakres masy. Objętość przeróbki zmniejszyła się o 95%! W rezultacie klient zaoszczędził 67 000 USD rocznie! Nie obejmuje to kosztów pracy za usunięcie towarów z opakowania. Dodatkowo dostosowali zakres wagi plasterek wołowiny w paletach do 1,00 funta do 1,04 funta, zmniejszając przepływ o 28%. Średnia waga każdej palety wynosiła 1,014 funta do 1,025 funta. Ta pozornie niewielka różnica wagi doprowadziła do rocznego przychodów w wysokości 102 000 USD. Klient ten osiągnął całkowity roczny przychód w wysokości prawie 170 000 USD (z wyłączeniem kosztów pracy), odzyskując inwestycję w kontrolę kontrolną w ciągu kilku tygodni.

5 Wniosek
Automatyczna kontrola procesu ładowania skali ważenia nie tylko zapewnia, że ​​waga netto towarów spełnia wymagania, ale także minimalizuje przeciążenie towarów w jak największym stopniu, aby zmaksymalizować korzyści przedsiębiorstwa. Różne środki podjęte zgodnie z faktycznymi warunkami witryny produkcyjnej mogą umożliwić użytkownikom osiągnięcie tego celu.