Автоматическое управление процессом загрузки веса

Автоматическое управление процессом загрузки масштаба взвешивания

1. Обзор
Некоторые товары, упакованные в мешки, бутылки, банки и т. Д. Сначала должны быть заполнены, а затем взвесить чекверист, чтобы гарантировать, что чистый вес товара внутри пакета соответствует весу, указанному на упаковке. Однако из -за изменений в механических характеристиках наполненной машины, изменения в свойствах материалов и других причин, вес товара, заполненных в каждый пакет, может варьироваться, что приводит к переполнению или недостатке. Чрезмерное переизбыток влияет на прибыль компании, в то время как недостаточная заполнение может привести к жалобам клиентов и нанести ущерб репутации компании.

Если товары находятся в жидкости, порошке или небольшой гранулированной форме в процессе заполнения упаковки, процесс заполнения также можно автоматически контролировать с помощью значений измерений в реальном времени масштаб взвешивания, чтобы гарантировать, что вес товара, отмеченного на упаковке, является точным и не слишком тяжелым.

2. Автоматическое управление загрузкой на проверке.
Когда загрузочный аппарат находится под автоматическим управлением на основе сигналов обратной связи, данные обнаружения от чеквеера сравниваются с заданным целевым значением веса товара. Затем на контроллер отправляется сигнал обратной связи, а количество загрузочной машины регулируется через привод, тем самым снижая ошибку веса товара и изменение количества загрузки товара, вызванного дрейфом на загрузке загрузки (как показано на рисунке 1). Поскольку для достижения погрузочной машины для погрузки требуется некоторое время, нагруженное нагрузочным аппаратом, для взвешивания дисплей должен задержать перед тем, как сделать расчет управления для следующей регулировки суммы загрузки нагрузочной машины.

Рисунок 1 Схематическая схема принципа автоматического управления для загрузки масштаба взвешивания

Рисунок 1 Схематическая схема принципа автоматического управления для загрузки на шкале взвешивания скачать исходное изображение

2.1 Основные типы управления нагрузкой
Существует два основных типа управления загрузкой, которые могут работать на проверке. Они есть:

Управление непрерывной загрузкой: эта непрерывная система управления может генерировать управляющий сигнал, выход которого пропорциональна разнице между весом каждого пакета и целевым весом, установленным пользователем. Это регулирующая система с чрезвычайно быстрым временем отклика.

Среднее управление нагрузкой: среднее управление загрузкой требует сначала настройки «продолжительности», которая может быть определена по количеству пакетов, проходящих через это время. Например, когда пропускная способность составляет 120 шт./Мин, если 20 пакетов проходят через 20 пакетов, то «продолжительность» составляет 10 секунд. Система управления вычисляет средний вес 20 пакетов в течение 10 секунд, сравнивает разницу между этим значением и целевым весом, установленным пользователем, и генерирует сигнал коррекции для регулировки объема заполнения наполнительных головок. Эта система в основном используется в заполнительных машинах с несколькими заполняющими головками.

2.2 Типы сигналов управления обратной связью для зарядной машины
Существует три типа сигналов управления обратной связью, отправленные на зарядную машину:

Аналоговая модуляция: аналоговые контрольные сигналы, такие как контрольные сигналы напряжения или цикла тока.

Частота импульса: контрольный сигнал представляет собой серию выходных импульсов, основанных на направлении и амплитуде отклонения веса.

Продолжительность импульса: контрольный сигнал представляет собой один импульс с изменяющейся продолжительностью в зависимости от направления и величины отклонения веса.

2,3 Система управления обратной связью с двойной проверкой для загрузки
Когда требуется высокая точность упаковки и необходимо учитывать изменение веса тары в товарной упаковке, может быть принята система управления обратной связью с двойной проверкой для нагрузки, как показано на рисунке 2. На этой системе вес пустой бутылки обнаруживается с помощью веса 1, а сигнал передается на взвешивание шкалы взвешивания 2 для получения весовой нагрузки. Данные обнаружения веса чистой нагрузки вводят в качестве сигнала обратной связи для загрузчика, тем самым достигая управления в реальном времени чистого веса нагрузки.

Рисунок 2 Схематическая схема принципа автоматического управления для двойной проверки и повторного разведения количества загрузки

Рисунок 2 Схематическая схема принципа автоматического управления для двойной проверки и повторной загрузки.

3 Стандартный процесс автоматического управления
Во время процесса автоматического управления обратной связью нагрузочной машины масштаб взвешивания и загрузочный аппарат постоянно передаются. Если обнаружено отклонение в массе товара, объем нагрузки нагрузочной машины корректируется до того, как оно окажет значительное негативное влияние на производство, чтобы гарантировать, что влияние отклонения может быть скорректировано. Ниже приведены несколько шагов в процессе, когда шкала взвешивания отправляет сигналы обратной связи на загрузочную машину и выполняет автоматическое управление [90]:

Шаг 1 - Отклонение происходит в загрузочной машине

Шаг 1 показывает, что шкала взвешивания обнаруживает отклонение в количестве нагрузки нагрузочной машины в направлении уменьшения (как показано на рисунке 3). Если эта тенденция продолжится, отклонение в количестве погрузки увеличится, а товары могут получить недостаточный вес (товары с недостаточным весом отмечены с крестом).

Шаг 2 - отправьте сигнал обратной связи на загрузочную машину

Шаг 2 показывает, что сигнал обратной связи из масштаба взвешивания отправляется на загрузочную машину, чтобы отрегулировать количество загрузки (как показано на рисунке 4). Тем не менее, существует время задержки, в течение которого шкала взвешивания больше не будет направлять загрузочную машину для внесения корректировок.

Рисунок 3 отклонение загрузочной машины

Рисунок 3 отклонение загрузки машины Загрузка исходного изображения

Рисунок 4. CheckWeigher отправляет сигнал обратной связи на загрузочную машину.

Рисунок 4 Сигнал обратной связи, отправленный из масштаба взвешивания на загрузочную машину. Загрузите исходное изображение

Шаг 3 - После времени задержки загрузочная машина изменяет объем загрузки.

Шаг 3 показывает, что время задержки равно времени, необходимому товару, чтобы достичь шкалы взвешивания после того, как загрузочная машина изменила количество загрузки (как показано на рисунке 5). Помимо времени задержки, погрузочная машина изменила сумму нагрузки, и вес товара возвращается к нормальному (нормальные товары отмечены с помощью отметки).

На рисунке 5 показано, что загрузочная машина изменяет громкость загрузки после времени задержки.

Рисунок 5 Загрузочная машина изменяет громкость загрузки после времени задержки. Скачать оригинальное изображение

Шаг 4 - исправление отклонений нагрузки

Шаг 4 показывает, что отклонение количества нагрузки нагрузочной машины в направлении восстановления корректируется с помощью управления обратной связью (как показано на рисунке 6).

Рисунок 6 Исправление отклонений нагрузки

Рисунок 6 Исправление отклонений загрузки загрузка исходного изображения

Когда скорость передачи производственной линии остается постоянной, если расстояние между заполнительной машиной и увеличением чека, между наполнительской машиной и контрольным временем будет расположено больше пакетов, и вышеупомянутое время задержки будет продолжено. Следовательно, в идеальной ситуации, чекверист должен быть установлен как можно ближе к наполнителю, чтобы ответить наиболее напрямую и быстро на изменения веса заполнения.

Цель управления обратной связью направлена ​​на то, чтобы показать, что объем зарядки зарядного устройства может быть скорректирован с течением времени. Если корректировка не может быть сделана за один раз, она может быть достигнута посредством последовательного приближения (как показано на рисунке 7).

Рисунок 7 Диаграмма тенденции управления обратной связью

Рисунок 7 Диаграмма управления обратной связью Скачать оригинальное изображение

4. Примеры применения управления обратной связью
4.1 Начинка для молока
Внутренний стандарт для упаковки жидкого молока 500G определенной группы составляет 508 г с упаковкой, а индекс управления производственными процессами составляет 510 г. Перед использованием масштаба взвешивания средний вес заполнения составил 515,231 г, с диапазоном колебаний 17,5 г. Первоначальный процесс не имел оборудования для взвешивания, а наполнительная машина была продуктом Tetra Pak. Объем заполнения был вручную отрегулирован с помощью ручной ручки и вытянуть проволоку для управления объемом заполнения механического устройства. Автоматический контрольный тест проводился с использованием весы CWM750 от Bizerba Germany. Во -первых, шкала взвешивания была протестирована, и полученные данные кривой распределения веса были близки к идеальному нормальному распределению со стандартным отклонением приблизительно 1 г. Во время автоматического контрольного теста целевой вес был установлен на уровне 510,3 г, значение верхнего предельного предела до 1 было установлено на уровне 512,6 г, а значение нижнего предельного ограничения TU1 было установлено на уровне 508G. После автоматического контрольного теста объема наполнения начинки на основе сигнала обратной связи из масштаба взвешивания была реализована автоматическая регулировка объема заполнения с помощью ступенчатого двигателя, управляя свинцовым винтом и регулировки рычага (как показано на рисунке 8). Результаты испытаний показали, что средний вес заполнения снизился до 510,299 г, а диапазон колебаний уменьшился до 8 г. В среднем, 4G молока было сэкономлено на сумку, что привело к значительным экономическим выгодам.

Рисунок 8 Схематическая схема системы управления обратной связью для наполнения жидкого молока

Рисунок 8 Схематическая схема системы управления обратной связью для жидкого молока Загрузить исходное изображение

1- Взвешивание шкала
2- весовой дисплей
3- сигнал с различным количеством импульсов на основе отклонений веса
4- Система управления PLC + HMI
5- шаговый мотор
6- Соединительная шачка
7- Рычаг регулировки громкости наполнения
8- Tetra Pak упаковочная машина

4.2 Заполнение зубной пасты
Thermo Fisher Scientific установил двухканальный контроль над производственной линией зубной пасты Procter & Gamble в Гуанчжоу для обнаружения и контроля веса зубной пасты (как показано на рисунке 9).

Диапазон взвешивания зубной пасты составляет от 10 до 250 г, максимальная длина и ширина составляют 220 мм и 40 мм соответственно. Пропускная способность составляет 120 штук в минуту, а точность составляет 0,1 г. Добавив устройство CheckWeigher в линию заполнения зубной пасты, можно контролировать не только верхние и более низкие пределы веса, но и опция управления обратной связью можно добавить для управления объемом заполнения зубной пасты, тем самым значительно уменьшая долю некачественных продуктов. Верхний диапазон настройки обратной связи находится между верхним пределом допустимого отклонения стандартного значения и верхним пределом отказа; Нижний диапазон пределов контроля обратной связи находится между нижним пределом допустимого отклонения стандартного значения и нижним пределом отторжения (как показано на рисунке 10). Основываясь на фактическом среднем значении веса последних данных очередей отбора проб, ширина импульса получения значения регулировки ошибок обратной связи.

Рисунок 9 Двухканальный чекверист на производственной линии заполнения зубной пасты

Рисунок 9 Двухканальный контроль на зубной пасте.

Рисунок 1-0 Диапазон регулировки управления обратной связью

Рисунок 10 Диапазон регулирования управления обратной связью скачать исходное изображение

Выход обратной связи верхнего и нижнего предела принимает ретрансляционный выход, который подключен к входу переключателя машины для заполнения для управления сервоприводом и изменением шага управления, тем самым регулируя объем заполнения зубной пасты. Например, когда значение отбора проб зубной пасты обнаруживается для дрейфа вниз, шкала взвешивания посылает сигнал регулировки на заполнительную машину, чтобы увеличить объем заполнения зубной пасты. Во время процесса наполнителя, регулирующей громкость заполнения зубной пасты, шкала взвешивания не посылает никаких регулировочных сигналов. После того, как зубная паста заполняется начинкой после того, как регулировка проходит через шкалу взвешивания, можно наблюдать, что тенденция к дрейфу вниз по стоимости отбора проб зубной пасты была скорректирована. Если значение отбора проб зубной пасты по -прежнему не соответствует требованиям качества, шкала взвешивания может снова отправить сигнал регулировки на заполнительную машину. Перед добавлением контроля обратной связи Procter & Gamble контролировали объем заполнения, переполняя каждую трубку зубной пасты, чтобы избежать недостаточного веса, вызванного ошибками системы заполнения. С температурой производства 120 трубок в минуту годовой выход составляет приблизительно 120 миллионов трубок, а каждая трубка весит 100 г. Если переполнение может быть уменьшено до 1G, может быть сохранено 120 тонн объема заполнения зубной пасты, что означает, что можно заполнить дополнительные 1,2 миллиона трубок зубной пасты. Рассчитанный по цене 2 юаней на трубку, годовое снижение потерь составляет 2,4 миллиона юаней. Рыночная цена высокоскоростной и высокой масштаба взвешивания составляет менее 400 000 юаней, а инвестиционная стоимость может быть восстановлена ​​в течение двух месяцев.

4.3 нарезка теста для бублика
Люди любят рогалики, созданные британской фабрикой бублика. Это экономичные и простые в употреблении закуски, которые подходят для быстрого развития людей. Фабрика стремится производить бублики, которые соответствуют стандартам клиентов, поэтому он предпочел бы, чтобы рогалики были немного избыточным весом, чем недостаточный вес, что может повлиять на удовлетворенность клиентов. Тем не менее, бублики с избыточным весом влияют на маржу прибыли завода, а бублики, которые слишком легкие или слишком тяжелые, имеют непривлекательную круговую форму. Следовательно, необходимо контролировать процесс нарезки теста, но задача сложна, потому что тесто имеет тенденцию расширяться по объему во время нарезки, уменьшая его плотность и, следовательно, вес нарезанного теста. Хотя Slicer может разрезать кусочки теста почти того же объема, кусочки теста, разрезанные в начале партии, все еще тяжелее, чем те, которые вырезали в конце партии.

Высокоскоростная компания Mettler-Toledo предоставляет решение для производителей чеков: под бункером есть режущая машина, которая хранит тесто, которое разрезает тесто на куски аналогичного размера и формы, а затем распределяет их до четырех производственных линий. Каждая производственная линия работает 75 бубликов в минуту, общая пропускная способность 300 шт./Мин. Многоканальная высокоскоростная серия XS Series CheckWeigher интегрирован в производственную линию, и оператор может контролировать и управлять четырьмя производственными линиями через пользовательский интерфейс сенсорного экрана на взвешивающем дисплее. Данные из высокоскоростной проверки могут общаться с режущей машиной в режиме реального времени и отрегулировать вес теста. Если CheckWeigher обнаружит сигнал избыточного веса теста, это уменьшит вес теста разрезания на режущей машине, и если он обнаружит сигнал с недостаточным весом, он увеличит вес разрезания теста. Информация об обратной связи от чеквеита отправляется на машину для резки теста, так что на машине разрезания теста не влияет ферментация и всегда поддерживает консистенцию веса разрезанного теста. Новая система может уменьшить переполнение, уменьшить некачественные продукты и повысить эффективность. Высокоскоростной многоканальный чекверист принимает полностью структуру из нержавеющей стали, соответствующую и превышающей строгие требования к чистке и гигиене американской сертификации. Это также соответствует строгому стандарту IP-69K для промывки высокого давления и высокотемпературной промывки.

4.4 Упаковка ломтиков говядины
Клиенты в северо -западном регионе Тихого океана в Соединенных Штатах используют механизм обработки говядины, чтобы нарезать говядину, а затем упаковочный аппарат помещает ломтики говядины на пенные пластиковые лотки. Затем подносы отправляются на внешнюю упаковочную машину для упаковки. Вес срезов говядины в каждом лотке варьируется от 1,00 фунтов до 1,05 фунтов. Если вес подноса будет квалифицирован, он будет помечен и помечен в штучку для отгрузки. Если вес подноса не будет квалифицирован, он не будет помечен, и этот немеченые лотки будут автоматически удалены. Персонал должен вручную открыть удаленную упаковку, отбросить пенные пластиковые лотки и вернуть кусочки говядины. Из -за проблем конфигурации оборудования расстояние между упаковочной машиной для срезов говядины и машиной для метки веса и ценовой метки довольно большое, приблизительно 100 лотков между ними. Трудно установить петлю обратной связи между двумя машинами на таком большом расстоянии, что приводит к скорости отторжения лотка более 20%!

Чтобы сократить время, необходимое для переработки, клиент установил вес срезов говядины в подносе на уровне более 1,05 фунтов, что увеличило количество переполнения подноса. В тех случаях, когда время упаковки было напряженным, клиент даже повысил верхний предел настройки веса до 1,10 фунта, чтобы обеспечить снижение количества пакетов, которые будут отброшены. В результате число переполненных товаров значительно увеличилось, что заставило клиента понести потери из -за отхода упаковки, чрезмерного потребления рабочей силы, переделки из избыточного веса и переполнения товаров. Они постоянно искали лучшие решения.

Клиент установил VBS CheckWeigher из Соединенных Штатов непосредственно за упаковочной машиной для говядины. По сравнению с исходным расстоянием 100 поддонов между упаковочной машиной с кусочком говядины и машиной метки по цене веса, расстояние после установки чеквеера составляло всего 7 поддонов. Предоставляя обратную связь о тенденции веса упаковки, вес срезов говядины на каждом поддоне может быть быстро отрегулирован. Это позволило клиенту быстро исключить те поддоны, которые были избыточным весом перед упаковкой, значительно уменьшив количество пакетов с несоответствиями веса.

После установки CheckWeigher менее 2% поддонов превысили диапазон веса. Объем переработки уменьшился на 95%! В результате клиент сэкономил 67 000 долларов в год! Это не включает затраты на рабочую силу для удаления товаров из упаковки. Кроме того, они отрегулировали диапазон веса срезов говядины в поддонах до 1,00 фунтов до 1,04 фунта, уменьшив переполнение на 28%. Средний вес каждого поддона составлял 1,014 фунта до 1,025 фунтов. Эта, казалось бы, незначительная разница в весах привела к годовому доходу в размере 102 000 долларов США. Этот клиент достиг общего годового дохода в размере почти 170 000 долларов США (за исключением затрат на рабочую силу), взыскав инвестиции в чекверист в течение нескольких недель.

5 Заключение
Автоматический контроль процесса загрузки шкалы взвешивания не только гарантирует, что чистый вес товара соответствует требованиям, но также сводит к минимуму перегрузку товара как можно большую часть, чтобы максимально увеличить выгоды предприятия. И различные меры, принятые в соответствии с фактическими условиями производственного сайта, могут позволить пользователям достичь этой цели.