Automatische besturing van het laadproces van de weegschaal

Automatische regeling van het laadproces van de weegschaal

1. Overzicht
Sommige goederen verpakt in zakken, flessen, blikjes, enz. Moeten eerst worden gevuld en vervolgens worden gewogen op een checkweiger om ervoor te zorgen dat het netto gewicht van de goederen in het pakket consistent is met het gewicht dat op het pakket wordt aangegeven. Vanwege de veranderingen in de mechanische kenmerken van de vulmachine, kan echter veranderingen in de eigenschappen van de materialen en andere redenen, het gewicht van de goederen die in elk pakket worden gevuld, variëren, wat resulteert in overvol of ondervullen. Overmatig overvullen beïnvloedt de winst van het bedrijf, terwijl ondervullen kan leiden tot klachten van klanten en de reputatie van het bedrijf kan beschadigen.

Als de goederen in vloeibare, poeder- of kleine korrelige vorm zijn tijdens het vulproces van de verpakking, kan het vulproces ook automatisch worden bestuurd via de realtime meetwaarden van de weegschaal om ervoor te zorgen dat het gewicht van de goederen die op de verpakking worden gemarkeerd, nauwkeurig en niet overdreven zwaar is.

2. Automatische regeling van het laden op de checkweiger
Wanneer de laadmachine onder automatische controle staat op basis van feedbacksignalen, worden de detectiegegevens van de checkweiger vergeleken met de vooraf ingestelde doelwaarde van de goederen. Een feedbacksignaal wordt vervolgens naar de controller verzonden en de laadhoeveelheid van de laadmachine wordt aangepast via de actuator, waardoor de gewichtsfout van de goederen wordt verminderd en de variatie in de laadhoeveelheid van de goederen veroorzaakt door de drift van de laadhoeveelheid van de laadmachine (zoals weergegeven in figuur 1). Omdat het enige tijd duurt voordat de goederen die door de laadmachine zijn geladen om de checkweiger te bereiken, moet het weegdisplay vertragen voordat de besturingsberekening wordt gemaakt voor de volgende aanpassing van de laadhoeveelheid van de laadmachine.

Figuur 1 Schematisch diagram van automatisch regelingsprincipe voor het laden van weegschaal

Figuur 1 Schematisch diagram van het automatische besturingsprincipe voor het laden op de weegschaal Download originele afbeelding

2.1 basistypen van laadregeling
Er zijn twee basistypen laadregeling die op een checkweiger kunnen worden bediend. Ze zijn:

Continue laadregeling: dit continue besturingssysteem kan een besturingssignaal genereren waarvan de uitgang evenredig is met het verschil tussen het gewicht van elk pakket en het doelgewicht dat door de gebruiker is ingesteld. Het is een regulerend systeem met een extreem snelle responstijd.

Gemiddelde laadregeling: de gemiddelde laadregeling vereist eerst een "duur" instellen, die kan worden bepaald door het aantal pakketten dat binnen die tijd doorgaat. Wanneer de doorvoer bijvoorbeeld 120 pc's/min is, als 20 pakketten worden vastgesteld om door te gaan, is de "duur" 10 seconden. Het besturingssysteem berekent het gemiddelde gewicht van de 20 pakketten binnen de duur van 10 seconden, vergelijkt het verschil tussen deze waarde en het doelgewicht dat door de gebruiker is ingesteld en genereert een correctiesignaal om het vulvolume van de vulkoppen aan te passen. Dit systeem wordt meestal gebruikt in vulmachines met meerdere vulkoppen.

2.2 Soorten feedbackbesturingssignalen voor de laadmachine
Er zijn drie soorten feedbackbesturingssignalen verzonden naar de laadmachine:

Analoge modulatie: analoge besturingssignalen, zoals spanning- of stroomlusbesturingssignalen.

Pulsfrequentie: het besturingssignaal is een reeks uitgangspulsen op basis van de richting en amplitude van de gewichtsafwijking.

Pulsduur: het besturingssignaal is een enkele puls met een variërende duur op basis van de richting en grootte van de gewichtsafwijking.

2.3 Double-controle weegschaal feedbackbesturingssysteem voor laden
Wanneer de nauwkeurigheid van een hoge verpakking vereist is en de tariefgewichtvariatie van de grondstoffenverpakking in aanmerking moet worden genomen, kan een dubbele controle weegschaal feedbackbesturingssysteem voor laden worden gebruikt zoals weergegeven in figuur 2. In dit systeem wordt het gewicht van de lege fles gedetecteerd door schaal 1 te wegen en het signaal wordt verzonden naar het weegschaal van de weegschaal 2 voor de detectie van de netto-laadgewicht. De detectiegegevens van het netto-laadgewicht worden ingevoerd als een feedbacksignaal voor de lader, waardoor realtime controle van het netto laadgewicht wordt bereikt.

Figuur 2 Schematisch diagram van het automatische regelingsprincipe voor dubbele controle en herwegen van de laadhoeveelheid

Figuur 2 Schematisch diagram van het automatische besturingsprincipe voor dubbele controle en herwegen laadhoeveelheid Download originele afbeelding downloaden

3 Standaard automatisch controleproces
Tijdens het feedback automatisch bedieningsproces van de laadmachine communiceren de weegschaal en de laadmachine voortdurend. Als een afwijking van het gewicht van de goederen wordt gedetecteerd, wordt het laadvolume van de laadmachine aangepast voordat deze een significant negatief effect op de productie heeft om ervoor te zorgen dat de impact van de afwijking kan worden gecorrigeerd. Hierna volgen verschillende stappen in het proces waarbij de weegschaal feedbacksignalen naar de laadmachine verzendt en automatische besturingselement uitvoert [90]:

Stap 1 - Afwijking treedt op in de laadmachine

Stap 1 laat zien dat de weegschaal een afwijking in de laadhoeveelheid van de laadmachine in de afnemende richting detecteert (zoals weergegeven in figuur 3). Als deze trend doorgaat, zal de afwijking in de laadhoeveelheid toenemen en kunnen de goederen ondergewicht zijn (de ondergewicht goederen zijn gemarkeerd met een kruis).

Stap 2 - Stuur een feedbacksignaal naar de laadmachine

Stap 2 laat zien dat het feedbacksignaal van de weegschaal naar de laadmachine wordt verzonden om de laadhoeveelheid aan te passen (zoals weergegeven in figuur 4). Er is echter een vertragingstijd waarin de weegschaal de laadmachine niet langer zal leiden om aanpassingen te maken.

Figuur 3 afwijking van de laadmachine

Figuur 3 Afwijking van de laadmachine download originele afbeelding

Afbeelding 4 De checkweiger verzendt een feedbacksignaal naar de laadmachine.

Afbeelding 4 Feedbacksignaal verzonden vanaf de weegschaal naar de laadmachine Download originele afbeelding

Stap 3 - Na de vertragingstijd verandert de laadmachine het laadvolume.

Stap 3 laat zien dat de vertragingstijd gelijk is aan de tijd die de goederen nodig hebben om de weegschaal te bereiken nadat de laadmachine de laadhoeveelheid verandert (zoals weergegeven in figuur 5). Na de vertragingstijd heeft de laadmachine de laadhoeveelheid gewijzigd en wordt het gewicht van de goederen weer normaal (de normale goederen worden gemarkeerd met een vinkje).

Afbeelding 5 laat zien dat de laadmachine het laadvolume verandert na de vertragingstijd.

Afbeelding 5 De laadmachine verandert het laadvolume na de vertragingstijd. Download originele afbeelding

Stap 4 - Het corrigeren van laadafwijkingen

Stap 4 laat zien dat de afwijking van de laadhoeveelheid van de laadmachine in de reductierichting wordt gecorrigeerd door feedbackregeling (zoals weergegeven in figuur 6).

Figuur 6 De afwijking van de laad corrigeren

Figuur 6 Corrigeren Ladenafwijking Download Originele afbeelding

Wanneer de transportsnelheid van de productielijn constant blijft, als de afstand tussen de vulmachine en de checkweiger toeneemt, zullen er meer pakketten worden geplaatst tussen de vulmachine en de checkweiger, en de bovengenoemde vertragingstijd zal worden verlengd. Daarom moet de checkweiger in een ideale situatie zo dicht mogelijk bij de vulmachine worden geïnstalleerd om het meest direct en snel te reageren op veranderingen in het vullen van gewicht.

Feedbackbesturing is bedoeld om aan te tonen dat het laadvolume van de lader in de loop van de tijd kan worden aangepast. Als de aanpassing niet in één keer kan worden gemaakt, kan deze worden bereikt door opeenvolgende benadering (zoals weergegeven in figuur 7).

Figuur 7 Feedbackbesturingstrendgrafiek

Afbeelding 7 Feedbackbesturing Trendgrafiek Download originele afbeelding

4. Toepassingsvoorbeelden van feedbackcontrole
4.1 Melkvulling
De binnenlandse standaard voor de 500 g vloeibare melkverpakking van een bepaalde groepsbedrijf is 508 g met verpakking en de productieprocescontrole -index is 510 g. Vóór het gebruik van de weegschaal was het gemiddelde vulgewicht 515.231G, met een schommelingsbereik van 17,5 g. Het oorspronkelijke proces had geen weegapparatuur en de vulmachine was een Tetra PAK -product. Het vulvolume werd handmatig aangepast door een handmatige knop en trek de draad om het vulvolume van het mechanische apparaat te regelen. Een automatische controletest werd uitgevoerd met behulp van de CWM750 -weegschaal van Bizerba Duitsland. Eerst werd de weegschaal getest en de verkregen gewichtsverdelingscurve -gegevens lagen dicht bij de ideale normale verdeling, met een standaardafwijking van ongeveer 1G. Tijdens de automatische controletest werd het doelgewicht ingesteld op 510,3 g, de bovengrenswaarde op 1 werd ingesteld op 512,6 g en de onderste limietwaarde TU1 werd ingesteld op 508 g. Nadat de automatische controletest van het vulvolume van de vulmachine op basis van het feedbacksignaal van de weegschaal werd geïmplementeerd, werd de automatische aanpassing van het vulvolume bereikt door de stappenmotor die de loodschroef bestuurde en de hendel aanpassen (zoals weergegeven in figuur 8). De testresultaten toonden aan dat het gemiddelde vulgewicht afnam tot 510,299 g en het schommelingenbereik afnam tot 8 g. Gemiddeld werd 4G melk per zak bespaard, wat resulteerde in aanzienlijke economische voordelen.

Figuur 8 Schematisch diagram van het feedbackbesturingssysteem voor vloeibare melkvulling

Figuur 8 Schematisch diagram van het feedbackbesturingssysteem voor vloeibare melkvulling Download originele afbeelding

1- Weegschaal
2- Gewicht display
3- Signaal met verschillende pulstellingen op basis van gewichtafwijking
4- besturingssysteem PLC + HMI
5- STEPPER MOTOR
6- Sluithang
7- Volume-aanpassingshendel
8- Tetra Pak-verpakkingsmachine

4.2 tandpasta vulling
Thermo Fisher Scientific heeft een dual-channel checkweiger geïnstalleerd op Procter & Gamble's Toothpaste Filling Production Line in Guangzhou om het gewicht van tandpasta te detecteren en te regelen (zoals weergegeven in figuur 9).

Het weegbereik van tandpasta is 10 g tot 250 g, waarbij de maximale lengte en breedte respectievelijk 220 mm en 40 mm zijn. De doorvoer is 120 stuks per minuut en de nauwkeurigheid is 0,1 g. Door een checkweigere apparaat toe te voegen aan de tandpasta -vullijn, kunnen niet alleen de bovenste en onderste gewichtslimieten worden geregeld, maar ook een feedbackbesturingsoptie kan worden toegevoegd om het vulvolume van tandpasta te regelen, waardoor het aandeel van de ondermaatse producten aanzienlijk wordt verminderd. Het bovengrensbereik van de feedbackinstelling ligt tussen de bovengrens van de toegestane afwijking van de standaardwaarde en de bovengrens van afstoting; Het ondergrensbereik van de feedbackregeling ligt tussen de ondergrens van de toegestane afwijking van de standaardwaarde en de ondergrens van afstoting (zoals weergegeven in figuur 10). Op basis van de werkelijke gemiddelde gewichtswaarde van de nieuwste gegevens van de bemonsteringswachtrijen, wordt de pulsbreedte van de feedbackfoutaanpassingswaarde verkregen.

Figuur 9 Dual-channel checkweiger op de tandpasta vulproductielijn

Afbeelding 9 Dual-channel Checkweiger op de tandpasta vulproductielijn Download originele afbeelding

Afbeelding 1-0 Bereik van feedbackregeling

Afbeelding 10 Feedbackbesturingsaanpassingsbereik Download originele afbeelding

De feedback -uitgang van de bovenste en ondergrens neemt de uitvoer van de puls van de limiet aan, die is aangesloten op de schakelingang van de vulmachine om de servomotor te bedienen en de besturingspitch te wijzigen, waardoor het vulvolume van de tandpasta wordt aangepast. Wanneer bijvoorbeeld de bemonsteringswaarde van tandpasta -gewicht wordt gedetecteerd om naar beneden te drijven, stuurt de weegschaal een aanpassingssignaal naar de vulmachine om het vulvolume van het tandpasta te vergroten. Tijdens het proces van de vulmachine die het tandpasta -vulvolume aanpast, verzendt de weegschaal geen aanpassingssignalen. Zodra de tandpasta gevuld door de vulmachine na de aanpassing door de weegschaal doorgaat, kan worden waargenomen dat de neerwaartse drift -trend van de bemonsteringswaarde van de tandpastagewicht is gecorrigeerd. Als de steekproefwaarde van tandpasta -gewicht nog steeds niet aan de kwaliteitsvereisten voldoet, kan de weegschaal opnieuw een aanpassingssignaal naar de vulmachine sturen. Voordat de feedbackbesturing werd toegevoegd, beheersten Procter & Gamble het vulvolume door elke tube tandpasta met 2G over te vullen om ondergewicht veroorzaakt door fouten van het vulsysteem te voorkomen. Met een productiesnelheid van 120 buizen per minuut is de jaarlijkse output ongeveer 120 miljoen buizen en weegt elke buis 100 g. Als de overvulling kan worden gereduceerd tot 1G, kan 120 ton tandpasta -vulvolume jaarlijks worden opgeslagen, wat betekent dat nog 1,2 miljoen buizen tandpasta kunnen worden gevuld. Berekend voor een bedrag van 2 yuan per buis, is de jaarlijkse verliesreductie 2,4 miljoen yuan. De marktprijs van een hoge-snelheidsschaal voor een hoge nauwkeurigheid is minder dan 400.000 yuan en de beleggingskosten kunnen binnen twee maanden worden teruggevorderd.

4.3 Bagel Dough Slicing
Mensen houden van de bagels geproduceerd door de British Bagel Factory. Dit zijn economische en gemakkelijk te eten snacks die passen bij de snelle levensstijl van mensen. De fabriek staat te popelen om bagels te produceren die voldoen aan de klantnormen, dus het zou liever hebben dat de bagels enigszins overgewicht zijn dan ondergewicht, wat de klanttevredenheid kan beïnvloeden. Bagels met overgewicht beïnvloeden echter de winstmarge van de fabriek en bagels die te licht of te zwaar zijn, hebben een onaantrekkelijke cirkelvormige vorm. Daarom is het noodzakelijk om het snijproces van deeg te regelen, maar de uitdaging is complex omdat het deeg de neiging heeft om tijdens het snijden in volume uit te breiden, waardoor de dichtheid en dus het gewicht van het gesneden deeg worden verminderd. Hoewel de snijmachine deegstukken van bijna hetzelfde volume kan snijden, zijn de deegstukken gesneden aan het begin van een batch nog steeds zwaarder dan die aan het einde van de batch gesneden.

Het hogesnelheidsbedrijf van Mettler-Toledo biedt een oplossing voor checkweigers aan fabrikanten: er is een snijmachine onder de trechter die het deeg opslaat, dat het deeg in stukken van vergelijkbare grootte en vorm snijdt en vervolgens naar vier productielijnen verdeelt. Elke productielijn loopt 75 bagels per minuut, met een totale doorvoer van 300 pc's/min. De multi-channel high-speed XS Series Checkweigher is geïntegreerd in de productielijn en de operator kan de vier productielijnen controleren en besturen via een gebruikersinterface van het touchscreen van het weegscherm. De gegevens van de hogesnelheidscontrole kunnen in realtime communiceren met de snijmachine en het gewicht van het gesneden deeg aanpassen. Als de checkweiger een overgewicht signaal van het deeg detecteert, zal het het gewicht van het gesneden deeg door de snijmachine verminderen en als het een ondergewichtsignaal detecteert, zal het het gewicht van het gesneden deeg vergroten. De feedbackinformatie van de checkweiger wordt naar de deegsnijmachine gestuurd, zodat de deegsnijmachine niet wordt beïnvloed door fermentatie en altijd de consistentie van het gewicht van het gesneden deeg behoudt. Het nieuwe systeem kan overvullen verminderen, de ondermaatse producten verminderen en de efficiëntie verbeteren. De high-speed multi-channel checkweiger neemt een volledig roestvrijstalen structuur aan, die voldoen aan de strikte reinigings- en hygiëne-eisen van de Amerikaanse certificering. Het voldoet ook aan de strikte IP-69K-standaard voor het spoelen van hoge druk en hoge temperatuur.

4.4 Verpakking van runderplakbakken
Klanten in de Pacific Northwest -regio van de Verenigde Staten gebruiken machines voor het verwerking van rundvlees om het rundvlees te snijden, en vervolgens plaatst de verpakkingsmachine de plakjes rundvlees op plastic plastic trays. De laden worden vervolgens naar de buitenste verpakkingsmachine gestuurd voor verpakking. Het gewicht van de runderplakken in elke lade varieert van 1,00 lbs tot 1,05 lbs. Als het dienbladgewicht gekwalificeerd is, wordt het geëtiketteerd en in dozen voor verzending. Als het dienbladgewicht niet gekwalificeerd is, wordt het niet gelabeld en wordt deze niet -gelabelde lade automatisch verwijderd. Het personeel moet de verwijderde verpakking handmatig openen, de schuimplastic trays weggooien en de plakjes rundvlees retourneren. Vanwege de problemen van apparatuurconfiguratie is de afstand tussen de verpakkingsmachine van de rundvleesschijfje en het gewicht en de prijsetiketmachine vrij groot, ongeveer 100 bakken daartussenin. Het is moeilijk om een ​​feedbacklus tussen de twee machines op zo'n grote afstand vast te stellen, wat resulteert in een ladeafwijzingspercentage van meer dan 20%!

Om de tijd die nodig is voor herwerk te verminderen, stelde de klant het gewicht van de plakjes rundvlees in de lade met meer dan 1,05 lbs, wat de overvolle hoeveelheid van de lade verhoogde. In gevallen waarin de verpakkingstijd krap was, zou de klant zelfs de bovengrens van de gewichtsinstelling verhogen tot 1,10 lbs om te zorgen voor een vermindering van het aantal te weggooien pakketten. Als gevolg hiervan nam het aantal overgevulde goederen aanzienlijk toe, waardoor de klant verliezen lijdt als gevolg van verspilling van verpakking, overmatig arbeidsverbruik, herwerk van overgewicht pakketten en overvullen van goederen. Ze zijn constant op zoek naar betere oplossingen.

De klant installeerde een VBS -checkweiger vanuit de Verenigde Staten direct achter de verpakkingsmachine van de rundvlees. Vergeleken met de originele afstand van 100 pallets tussen de verpakkingsmachine van de rundvleesschema en de label-machine voor gewichtsprijzen, was de afstand na het installeren van de checkweiger slechts 7 pallets. Door feedback te geven over de trend van de verpakkingsgewicht, kan het gewicht van de runderplakken op elke pallet snel worden aangepast. Hierdoor kon de klant onmiddellijk die pallets die overgewicht waren vóór verpakkingen, onmiddellijk elimineren, waardoor het aantal pakketten met niet -conformiteiten van gewicht aanzienlijk werd verminderd.

Na het installeren van de checkweiger overschreed minder dan 2% van de pallets het gewichtsbereik. Het herwerkvolume daalde met 95%! Als gevolg hiervan heeft de klant jaarlijks $ 67.000 bespaard! Dit omvat niet de arbeidskosten voor het verwijderen van de goederen uit de verpakking. Bovendien hebben ze het gewichtsbereik van de runderplakken in de pallets aangepast tot 1,00 lbs tot 1,04 lbs, waardoor het overvol werd met 28%. Het gemiddelde gewicht van elke pallet was 1,014 lbs tot 1,025 lbs. Dit schijnbaar kleine gewichtsverschil leidde tot een jaarlijkse omzet van $ 102.000. Deze klant behaalde een totale jaarlijkse omzet van bijna $ 170.000 (exclusief arbeidskosten), waardoor de investering in de checkweiger binnen enkele weken werd teruggevorderd.

5 Conclusie
De automatische controle van het laadproces van de weegschaal zorgt er niet alleen voor dat het netto gewicht van de goederen aan de vereisten voldoet, maar ook de overbelasting van de goederen zoveel mogelijk minimaliseert om de voordelen van de onderneming te maximaliseren. En verschillende maatregelen genomen volgens de werkelijke omstandigheden van de productiesite kunnen gebruikers in staat stellen dit doel te bereiken.