Принцип технології зважування для повністю автоматизованого розливу рідин

У багатьох галузях процеси фасування та розливу автоматизовані. Існує безліч різних методів для забезпечення того, щоб наприкінці процесу точну кількість продукту знаходилося в упаковці: штучні товари сортуються, сипучі матеріали дозуються, а рідини розливаються у пляшки.

Завдання для всіх цих процесів однакове: упаковка повинна містити вказану кількість продукту. Якщо обсяг розливу продукту в пляшках надто низький, це є порушенням директиви ЄС щодо розфасовки 76/211/EEC та німецького закону розфасованих продуктів (§22 FPackV). Вони визначають відсоток відхилення партії продукту від зазначеного мінімального рівня. Така «провина» може призвести до штрафних санкцій, які включають закриття виробництва.

Таким чином, в процесі виробництва, виробники часто перевищують мінімальну кількість продукту в упаковці. Однак таке перевищення може бути дорогим. Китайський виробник молока заповнює близько 100 000 пляшок кокосового молока на день. Використовуючи нову, точну технологію зважування, компанія зменшила переповнення у кожній пляшці на кілька грамів, завдяки чому зекономила кілька мільйонів євро на рік. Тому виробники комплексних ліній розливу повинні пропонувати системи, які вимірюють кількість розливу з високою точністю та зводять переповнення до абсолютного мінімуму.

Чотири методи вимірювання кількості продукції

Різні способи вимірювання кількості розливу продукту розроблено спеціально для рідин. Не всі методи підходять для всіх рідин, а також є значні відмінності в точності. Однак усі виробничі процеси мають деякі спільні риси: рідини ніколи не течуть через труби розливної машини при рівномірному тиску. Щільність може коливатися через бульбашки повітря в рідині та зміни температури або рецепту. Отже, точну кількість розливу не може бути визначено просто за часом. Ці методи відрізняються вартістю, точністю, швидкістю та санітарними нормами. Не всі методи підходять для всіх рідин, оскільки розлив напоїв потребують особливих санітарних умов, дорога косметика вимагає особливої точності, тоді як моторне масло має різну характеристику потоку, наприклад, для мінеральної води.

Існує чотири поширені методи вимірювання кількості розливу:

1. Гравіметричний вимір із використанням тензодатчика

2. Вимірювання за допомогою датчика рівня

3. Вимірювання обсягу

4. Вимір масової витрати

Перший метод: Гравіметричний розлив із використанням тензодатчика

У методі гравіметричного вимірювання або заповнення за вагою цифровий або аналоговий тензодатчик ваги вимірює вагу порожньої пляшки та вмісту продукту. Для цього в тензодатчиках використовуються тензорезистори, які точно визначають зміну ваги під час процесу розливу. Докладніше про те, як працює тензодатчик, пояснюється в нашій статті «Як працює тензометричний датчик?». Перевага цифрових тензодатчиків ваги полягає у простоті підключення до ПЛК за допомогою цифрових входів/виходів. За допомогою підсилювача PAD також легко і швидко можна оцифрувати аналогові тензодатчики ваги.

Щоб заповнити пляшку, розливна машина спочатку позиціонує її на платформі. У той же час, машина для розливу зважує порожню пляшку. Поки машина наповнює пляшку, тензодатчик вимірює зміну загальної ваги. Як тільки зумовлена загальна вага буде досягнуто, процес розливу автоматично зупиняється, після чого пляшка подається на укупорочную станцію. У роторній машині для розливу від 20 до 80 розливних головок процес розливу займає близько 5-8 секунд для типової 1-літрової пляшки. Наповнення за вагою це не тільки високоточний процес, він також пропонує інші величезні переваги.

Цифровий тензодатчик ваги встановлений у ротаційну розливальну машину

Переваги розливу по вазі

– Тензодатчики зважують кожну пляшку до початку розливу. Зламані пляшки легше за допустиму мінімальну вагу, тому ці пляшки можна легко виявити і негайно видалити.

– Якщо пляшка перевищує допустиму вагу, це може вказувати на наявність засобу для чищення та залишків дезінфікуючого засобу. Машина для розливу відразу видаляє ці пляшки, щоб запобігти ризику для здоров’я.

– Якщо загальна вага пляшки не збільшується так швидко, як це передбачено під час розливу, це вказує на витік, і місце з якого витікає рідина. Машина зупиняє процес розливу, щоб запобігти забрудненню продуктом. Оскільки очищення складне і потребує багато часу, тензодатчик підтримує високу безперебійність роботи системи.

Простота у програмуванні та калібруванні тензодатчиків

Заповнення по вазі – це процес з високоточними результатами: вміст, вказаний на упаковці, може бути заповнений до грама. Крім того, тензодатчики ваги дуже легко калібруються за допомогою калібрувальних вантажів – як кухонні ваги. Калібрування гарантує, що 1000 грамів, що відображаються, фактично містяться в пляшці. Крім виробників кінцевого продукту, компанії, що займаються виготовленням розливних, дозуючих машин, також користуються перевагами цифрової технології зважування, оскільки програмування алгоритму розливу в системі управління розливною машиною є реальною проблемою. Отримання правильного співвідношення швидкості потоку в процесі заповнення є надзвичайно складним та вимагають знань фільтрів, технологій управління, часу встановлення системи автоматичного регулювання та часу відгуку. Цифровий тензодатчик ваги HBM значно полегшує цей процес налаштування, оскільки він включає вбудований алгоритм розливу, який відображає багаторічний досвід розливу за вагою. Алгоритм можна легко адаптувати за допомогою безкоштовного програмного забезпечення PanelX. Тензодатчики можуть працювати повністю як автономні одиниці, зв’язок із системою керування розливної машини здійснюється за допомогою цифрових входів/виходів, польових шин або безперервно в системі керування з відфільтрованими виміряними значеннями, якщо компанія хоче використати свої власні алгоритми заповнення.

Наповнення за вагою особливо підходить для харчової промисловості, оскільки датчик не входить у контакт із продуктом. Всі вагові тензодатчики HBM мають максимально можливий ступінь захисту IP68/69K і, отже, можуть витримувати безперервне занурення у воду та миття під тиском. Такі тензодатчики ваги як PW27, сертифіковані для EHEDG, для особливо строгих вимог до санітарно-гігієнічних норм. Наприклад, бактерії з білка або цукру не можуть розмножуватися на електрополірованих, закруглених контактних поверхнях цих тензодатчиків. Тому вони підходять для новітньої тенденції упаковки: асептичного холодного розливу без пастеризації і без додавання консервантів.

Другий метод: вимірювання за допомогою датчика рівня

Метод вимірювання за допомогою датчика рівня сфокусовано на рівні рідини у пляшці. Тут датчик рівня вводиться в отвір пляшки, і пляшка заповнюється до тих пір, поки рідина досягне датчика. Тому для цього процесу придатні лише електропровідні продукти – тобто рідини з мінімальним вмістом солі. Наприклад, рослинні та мінеральні олії містять дуже мало солі. Метод вимірювання за допомогою датчика рівня являє собою найменш точну методику вимірювання, з найбільшим результатом розкиду значень визначення кількості наповнювача, оскільки об’єм контейнера різко коливається, особливо у випадку скляних пляшок. Отже, датчики рівня використовуються майже виключно для дешевих продуктів, що проводять. Іншим серйозним недоліком є те, що датчик входить у контакт із продуктом. Тому він переносить частину продукту з однієї пляшки до іншої і в результаті не підходить для асептичного розливу.

Вимірювання рівня розливу за допомогою датчика рівня ідеально підходить для ізобаричного розливу, коли ідентичні умови тиску – наприклад, тиск у три бари необхідне для розливу пива – повинні підтримуватися як у трубі, так і в пляшці. Газоподібні рідини вимагають такого середовища, оскільки інакше вони втратить вуглекислий газ. Крім того, цей метод дозволяє досягти візуально ідентичного рівня розливу, наприклад, коли розливають ящики з напоями – важливий критерій для клієнтів, особливо для пива або мінеральної води.

Третій метод: вимірювання обсягу

Вимір обсягу визначає кількість рідини, що протікає через клапан для розливу. Тут обсяг рідини у пляшці вимірюється магніто-індуктивним методом. Магнітне поле розщеплює іони рідини, що протікає, створюючи напругу на вимірювальних електродах. Ця напруга може бути виміряна, дозволяючи розраховувати об’ємну витрату. Ця процедура підходить тільки для провідних рідин. Крім того, розливна машина повинна бути індивідуально відкалібрована для кожної рідини, оскільки кожен продукт містить різну кількість іонів.

Четвертий метод: вимірювання масової витрати

Вимір масової витрати використовує принцип сили Коріоліса. Тут рідина тече в пляшку через дві труби, що вібрують, а сила Коріоліса, що діє на пару трубок, генеруючи фазовий зсув в цій вібрації. Це дозволяє розраховувати масу рідини, що протікає через труби. Цей метод також підходить для рідин, що не проводять. Тим не менш, це дуже дорого метод, тому що при виробництві датчиків потрібно багато часу для їх калібрування.

Порівняння різних способів розливу

Зрештою обраний метод залежить від цінності та властивостей продукту, що заповнюється. Більше того, різні методи значно різняться за точністю та швидкістю розливу. Точність: Гравіметричне наповнення з використанням ваговимірювальних технологій набагато точніше, ніж усі інші методи вимірювання та розливу. Метод вимірювання з використанням датчика рівня має стандартне відхилення від двох до п’яти відсотків від ваги розливу в скляних пляшках, а метод вимірювання об’єму – від 0,5 до 1 відсотка. 0,2% – це найкращий показник, який може бути досягнутий за допомогою методу масової витрати. Наповнення з використанням ваговимірювальних технологій дозволяє досягти стандартного відхилення, приблизно 0,1 від ваги, який повинен бути досягнутий. Швидкість розливу: Різні методи виміру досягають різних швидкостей розливу. При заповненні датчиком рівня пляшка може бути заповнена за дві – чотири секунди. При використанні ваговимірювальних технологій або вимірюванні масової витрати для заповнення пляшки потрібно близько п’яти секунд. Вимір швидкості потоку має найбільші коливання швидкості розливу, час змінюється в межах від двох до п’яти секунд.

Численні властивості продукту роблять наповнення з використанням тензодатчика ідеальним методом розливу.

Наповнення за вагою – це процедура, яка підходить практично для будь-якої рідини, незалежно від провідності, вмісту твердих речовин та швидкості потоку. При наповненні за вагою може бути досягнуто виключно точної кількості вмісту. Таким чином, переповнення дорогого продукту може бути зведено до мінімуму, що дозволить значно заощадити кошти, таких продуктів як косметика та олії. Для продуктів з властивостями, які ускладнюють розлив, наприклад, з високою в’язкістю або високим вмістом твердої речовини, гравіметричний вимір за допомогою тензодатчика забезпечує набагато більшу достовірність результатів, ніж інші методи виміру.

Єдиний реальний вибір для виробників, які бажають відповісти на попит розливу продукції, що росте, з дотриманням асептичних вимог наповнювачі, – це вимірювання масової витрати і зважування з використанням ваговимірювальних технологій. При прямому порівнянні принцип гравіметричного виміру дає вирішальні переваги: завдяки своїм великим санітарно-гігієнічним нормам, це найпростіший спосіб досягти асептичного холодного розливу без пастеризації. Більше того, заповнення за вагою набагато дешевше та точніше, ніж вимірювання масової витрати. Тому для виробників машин для розливу вагове обладнання є ідеальним методом розробки конкурентоспроможного обладнання.