2025-04-28
계량 스케일의 로딩 프로세스의 자동 제어
1. 개요
가방, 병, 캔 등으로 포장 된 일부 제품은 먼저 채워진 다음 Checkweigher에 무게를 측정하여 패키지 내부의 상품의 순 무게가 패키지에 표시된 무게와 일치하는지 확인해야합니다. 그러나 충전 기계의 기계적 특성의 변화로 인해 재료의 특성의 변화 및 기타 이유가 각 패키지에 채워진 상품의 무게가 다를 수 있으므로 과도하게 채워지거나 언더 채취가 발생할 수 있습니다. 과도한 과불은 회사의 이익에 영향을 미치며, 언더 채취는 고객 불만으로 이어지고 회사의 명성을 손상시킬 수 있습니다.
포장의 충전 과정에서 상품이 액체, 분말 또는 작은 세분화 형태 인 경우, 포장에 표시된 상품의 무게가 정확하고 과도하게 무겁지 않도록 계량 스케일의 실시간 측정 값을 통해 충전 공정을 자동으로 제어 할 수 있습니다.
2. 체크 예보에 로딩의 자동 제어
로딩 머신이 피드백 신호를 기반으로 자동 제어하에있을 때, 체크 예보의 감지 데이터는 상품의 사전 설정된 목표 중량 값과 비교됩니다. 그런 다음 피드백 신호가 컨트롤러로 전송되고 로딩 머신의 하중량이 액추에이터를 통해 조정되어 상품의 중량 오차와 로딩 머신의 하중 금액의 드리프트로 인한 상품의 하중량의 변화가 줄어 듭니다 (그림 1). 로딩 머신에 의해 적재 된 상품이 체크 예가에 도달하는 데 약간의 시간이 걸리므로, 로딩 머신의 다음 로딩 양 조정에 대한 제어 계산을하기 전에 계량 디스플레이가 지연되어야합니다.
그림 1 계량 규모의 로딩을위한 자동 제어 원리의 개략도
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2.1 기본 유형의 로딩 제어
Checkweigher에서 작동 할 수있는 두 가지 기본 유형의 로딩 컨트롤이 있습니다. 그들은 다음과 같습니다.
연속 하중 제어 :이 연속 제어 시스템은 출력이 각 패키지의 가중치와 사용자가 설정 한 대상 가중치의 차이에 비례하는 제어 신호를 생성 할 수 있습니다. 응답 시간이 매우 빠른 조절 시스템입니다.
평균 로딩 제어 : 평균 로딩 제어는 먼저 "지속 시간"을 설정해야하며, 이는 해당 시간 내에 통과하는 패키지 수에 의해 결정될 수 있습니다. 예를 들어, 처리량이 120 pcs/min 인 경우 20 개의 패키지가 통과하기로 결정되면 "지속 시간"은 10 초입니다. 제어 시스템은 10 초 지속 시간 내에 20 개의 패키지의 평균 중량을 계산하고,이 값과 사용자가 설정 한 목표 중량의 차이를 비교하고, 충전 헤드의 충전량을 조정하기 위해 보정 신호를 생성합니다. 이 시스템은 주로 여러 충전 헤드가있는 충전 기계에 사용됩니다.
2.2 충전 기계의 피드백 제어 신호 유형
충전 기계에 전송 된 세 가지 유형의 피드백 제어 신호가 있습니다.
아날로그 변조 : 전압 또는 전류 루프 제어 신호와 같은 아날로그 제어 신호.
펄스 주파수 : 제어 신호는 중량 편차의 방향과 진폭에 기초한 일련의 출력 펄스입니다.
펄스 지속 시간 : 제어 신호는 중량 편차의 방향 및 크기에 따라 다양한 지속 시간을 갖는 단일 펄스입니다.
2.3 로딩을위한 계량 스케일 피드백 제어 시스템을 두 배 확인하십시오
높은 포장 정확도가 필요하고 상품 포장의 용기 가중치 변동을 고려해야 할 때, 로딩을위한 더블-체크 계량 스케일 피드백 제어 시스템은 그림 2와 같이 채택 될 수 있습니다.이 시스템에서는 비중의 체중이 측정 스케일 1에 의해 감지되며 신호는 계량 스케일 2의 무게를 감지하여 순 하중의 무게를 표시합니다. 순 하중 무게의 검출 데이터는 로더에 대한 피드백 신호로서 입력되어 순 하중 중량의 실시간 제어를 달성합니다.
그림 2 로딩 수량의 이중 점검 및 재 중상을위한 자동 제어 원리의 개략도
그림 2 이중 확인 및 재 중상로드 수량 다운로드 원본 이미지를위한 자동 제어 원리의 개략도
3 표준 자동 제어 프로세스
로딩 머신의 피드백 자동 제어 프로세스 동안, 계량 스케일과 로딩 머신은 지속적으로 통신합니다. 상품의 중량의 편차가 감지되면, 적재 기계의 로딩 부피는 생산에 중대한 부정적인 영향을 미치기 전에 편차의 영향을 보장 할 수 있도록 조정됩니다. 다음은 계량 척도가 피드백 신호를 로딩 머신에 보내고 자동 제어를 수행하는 과정의 여러 단계입니다 [90].
1 단계 - 로딩 머신에서 편차가 발생합니다
1 단계는 계량 스케일이 로딩 기계의 하중량에서의 편차가 감소 방향으로 감지 함을 보여줍니다 (그림 3에 표시된 바와 같이). 이 추세가 계속되면 적재량의 편차가 증가하고 상품은 저체중 일 수 있습니다 (저체중 상품에는 십자가가 표시됨).
2 단계 - 하중 시스템에 피드백 신호 보내기
2 단계는 계량 스케일의 피드백 신호가 로딩기로 전송되어 로딩 수량을 조정 함을 보여줍니다 (그림 4와 같이). 그러나 계량 스케일이 더 이상 로딩 머신을 안내하여 조정하지 않는 지연 시간이 있습니다.
그림 3 로딩 머신의 편차
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그림 4 Checkwigher는 피드백 신호를 로딩 머신에 보냅니다.
그림 4 중량 규모에서 로딩 머신으로 전송 된 피드백 신호 다운로드 원본 이미지
3 단계 - 지연 시간이 지나면 로딩 머신이 로딩 볼륨을 변경합니다.
3 단계는 지연 시간이 하중 기계가 하중 양을 변경 한 후 상품이 계량 스케일에 도달하는 데 걸리는 시간과 같음을 보여줍니다 (그림 5와 같이). 지연 시간 외에도 로딩 머신은 적재량을 변경했으며 상품의 무게가 정상으로 반환됩니다 (정상 제품에는 체크 마크가 표시됨).
그림 5는 로딩 머신이 지연 시간 후 로딩 볼륨을 변경 함을 보여줍니다.
그림 5 로딩 머신은 지연 시간 후 로딩 볼륨을 변경합니다. 원본 이미지를 다운로드하십시오
4 단계 - 로딩 편차 수정
4 단계는 감소 방향으로 로딩 기계의 하중량의 편차가 피드백 제어에 의해 보정됨을 보여준다 (도 6에 도시 된 바와 같이).
그림 6 하중 편차 수정
그림 6로드 편차 수정 원본 이미지 다운로드
생산 라인의 운송 속도가 일정하게 유지되면 충전 기계와 체크 예가 사이의 거리가 증가하면 충전 기계와 체크 예로 사이에 더 많은 패키지가 위치하며, 앞서 언급 한 지연 시간이 연장됩니다. 따라서 이상적인 상황에서 Checkweigher는 충전기에 최대한 가깝게 설치하여 충전 중량의 변화에 가장 직접적이고 빠르게 반응해야합니다.
피드백 제어는 충전기의 충전량이 시간이 지남에 따라 조정될 수 있음을 보여줍니다. 한 번에 조정을 할 수없는 경우 연속 근사치를 통해 달성 할 수 있습니다 (그림 7과 같이).
그림 7 피드백 제어 트렌드 차트
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4. 피드백 제어의 응용 사례
4.1 우유 충전
특정 그룹 회사의 500g 액체 우유 포장의 국내 표준은 포장이있는 508G이며 생산 공정 제어 지수는 510G입니다. 계량 스케일을 사용하기 전에 평균 충전 중량은 515.231g이며 변동 범위는 17.5g입니다. 원래 공정에는 계량 장비가 없었으며 충전 기계는 Tetra Pak 제품이었습니다. 충전량은 수동 손잡이와 당기 와이어로 수동으로 조정하여 기계 장치의 충전 볼륨을 제어했습니다. Bizerba 독일의 CWM750 계량 스케일을 사용하여 자동 제어 테스트를 수행했습니다. 먼저, 계량 스케일을 테스트하고, 획득 된 중량 분포 곡선 데이터는 표준 편차가 약 1g의 이상적인 정규 분포에 가깝습니다. 자동 제어 테스트 동안, 목표 중량은 510.3g로 설정되었고, 상한 한계 값은 1을 512.6g으로 설정하고, 하한 한계 값 TU1은 508g로 설정되었다. 계량 스케일로부터의 피드백 신호를 기반으로 충전 기계의 충전 볼륨의 자동 제어 테스트가 구현 된 후, 충전 볼륨의 자동 조정은 스테핑 모터에 의해 리드 나사를 구동하고 레버를 조정함으로써 달성되었다 (도 8에 도시 된 바와 같이). 테스트 결과는 평균 충전 중량이 510.299g으로 감소했으며 변동 범위는 8G로 감소한 것으로 나타났습니다. 평균적으로, 4g의 우유가 백당서 저장되어 상당한 경제적 이점을 얻었습니다.
그림 8 액체 우유 충전에 대한 피드백 제어 시스템의 개략도
그림 8 액체 우유 충전 용 피드백 제어 시스템의 개략도 원본 이미지 다운로드
1- 계량 규모
2- 무게 디스플레이
3- 중량 편차에 따라 다른 펄스 카운트가있는 신호
4- 제어 시스템 PLC + HMI
5- 스테퍼 모터
6- 커넥팅로드
7- 충전 볼륨 조정 레버
8- Tetra Pak 포장 기계
4.2 치약 충전
Thermo Fisher Scientific은 광저우에있는 Procter & Gamble의 치약 충전 생산 라인에 이중 채널 체크 예를 설치하여 치약의 무게를 감지하고 제어했습니다 (그림 9에 표시).
치약의 계량 범위는 10g ~ 250g이며 최대 길이와 너비는 각각 220mm 및 40mm입니다. 처리량은 분당 120 조각이며 정확도는 0.1g입니다. 치약 충전 라인에 체크 예보 장치를 추가함으로써, 상한 및 하위 제한을 제어 할 수있을뿐만 아니라 피드백 제어 옵션을 추가하여 치약의 충전량을 제어하여 표준 제품의 비율을 크게 줄일 수 있습니다. 피드백 설정의 상한 범위는 표준 값의 허용 편차의 상한과 거부의 상한 사이에 있습니다. 피드백 제어의 하한 범위는 표준 값의 허용 편차의 하한과 거부 하한 한계 사이에 있습니다 (그림 10과 같이). 최신 샘플링 큐 데이터의 실제 평균 가중치 값을 기반으로 피드백 오류 조정 값의 펄스 폭이 얻어집니다.
그림 9 치약 충전 생산 라인의 듀얼 채널 체크 예
그림 9 치약에 듀얼 채널 checkweigher 제작 라인 다운로드 원본 이미지
그림 1-0 피드백 제어 조정 범위
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상단 및 하단 및 하한 피드백 출력은 릴레이 펄스 출력을 채택하며,이 펄스 출력은 서보 모터를 제어하고 제어 피치를 변경하여 치약 충전 볼륨을 조정합니다. 예를 들어, 치약 중량 샘플링 값이 아래쪽으로 드리프트되도록 감지되면 계량 스케일은 충전 기계에 조정 신호를 보냅니다. 충전 기계가 치약 충전 볼륨을 조정하는 과정에서 계량 스케일은 조정 신호를 보내지 않습니다. 조정 후 충전 기계로 채워진 치약이 계량 스케일을 통과하면 치약 중량 샘플링 값의 하향 드리프트 추세가 수정 된 것을 관찰 할 수 있습니다. 치약 중량 샘플링 값이 여전히 품질 요구 사항을 충족하지 못하면 계량 스케일은 조정 신호를 충전 기계에 다시 보낼 수 있습니다. 피드백 제어가 추가되기 전에 Procter & Gamble은 시스템 오류로 인한 저체중을 피하기 위해 2G로 치약의 각 튜브를 과도하게 채워 충전량을 제어했습니다. 분당 120 개의 튜브의 생산 속도로 연간 출력은 약 1 억 2 천만 튜브이며 각 튜브의 무게는 100g입니다. 과불을 1G로 줄일 수 있다면 매년 120 톤의 치약 충전량을 저장할 수 있으므로 120 만 튜브의 치약 튜브를 채울 수 있습니다. 튜브 당 2 위안의 비용으로 계산 된 연간 손실 감소는 240 만 위안입니다. 고속 및 고정밀 계량 규모의 시장 가격은 40 만 위안 미만이며 투자 비용은 2 개월 이내에 회수 할 수 있습니다.
4.3 베이글 반죽 슬라이스
사람들은 영국 베이글 공장에서 생산 한 베이글을 좋아합니다. 이들은 사람들의 빠르게 변화하는 라이프 스타일에 맞는 경제적이고 먹기 쉬운 간식입니다. 공장은 고객 표준을 충족시키는 베이글을 생산하기를 간절히 원하므로 베이글의 저체중보다 약간 과체중이되어 고객 만족에 영향을 줄 수 있습니다. 그러나 과체중 베이글은 공장의 이익 마진에 영향을 미치며 너무 가볍거나 너무 무거운 베이글은 매력적이지 않은 원형 모양을 가지고 있습니다. 따라서 반죽 슬라이싱 공정을 제어 할 필요가 있지만, 슬라이싱하는 동안 반죽이 부피가 팽창하여 밀도를 줄이고 얇게 썬 반죽의 무게를 줄이기 때문에 도전은 복잡합니다. 슬라이서는 거의 같은 볼륨의 반죽 조각을 절단 할 수 있지만, 배치 시작시 반죽 조각은 배치 끝에서 자르는 것보다 여전히 무겁습니다.
Mettler-Toledo의 고속 회사는 Checkweighers에게 제조업체에 대한 솔루션을 제공합니다. 반죽을 저장하는 호퍼 아래에 반죽을 유사한 크기와 모양의 조각으로 자른 다음 4 개의 생산 라인으로 분배하는 절단 기계가 있습니다. 각 생산 라인은 분당 75 개의 베이글을 실행하며 총 처리량은 300 pcs/min입니다. 멀티 채널 고속 XS 시리즈 Checkwigher는 프로덕션 라인에 통합되며 운영자는 계량 디스플레이의 터치 스크린 사용자 인터페이스를 통해 4 개의 프로덕션 라인을 모니터링하고 제어 할 수 있습니다. 고속 Checkweigher의 데이터는 절단기와 실시간으로 통신하고 절단 반죽의 무게를 조정할 수 있습니다. Checkwigher가 반죽의 과체중 신호를 감지하면 절단 기계에 의한 절단 반죽의 무게를 줄이고 저체중 신호를 감지하면 절단 반죽의 무게가 증가합니다. Checkwigher의 피드백 정보는 반죽 절단 기계로 전송되므로 반죽 절단 기계가 발효에 의해 영향을받지 않으며 항상 절단 반죽의 무게의 일관성을 유지합니다. 새로운 시스템은 과불을 줄이고, 표준 이하의 제품을 줄이며, 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 고속 멀티 채널 Checkweigher는 미국 인증의 엄격한 청소 및 위생 요구 사항을 충족하고 초과하는 완전 스테인레스 스틸 구조를 채택합니다. 또한 고압 및 고온 플러싱에 대한 엄격한 IP-69K 표준을 준수합니다.
4.4 쇠고기 슬라이스 트레이 포장
미국의 태평양 북서부 지역의 고객은 쇠고기 가공 기계를 사용하여 쇠고기를 얇게 썬 다음 포장 기계는 쇠고기 조각을 폼 플라스틱 트레이에 배치합니다. 그런 다음 트레이는 포장을 위해 외부 포장 기계로 보내집니다. 각 트레이의 쇠고기 조각의 무게는 1.00 파운드에서 1.05 파운드입니다. 트레이 무게가 자격이되면 선적을 위해 라벨이 붙고 박스형으로 표시됩니다. 트레이 중량이 자격이없는 경우 라벨이 표시되지 않으며이 표지되지 않은 트레이는 자동으로 제거됩니다. 직원은 제거 된 포장재를 수동으로 열고 폼 플라스틱 트레이를 버리고 쇠고기 조각을 반환해야합니다. 장비 구성 문제로 인해 쇠고기 슬라이스 포장 기계와 무게 및 가격 라벨 기계 사이의 거리는 그 사이에 약 100 대의 트레이입니다. 이러한 큰 거리에서 두 기계 사이에 피드백 루프를 설정하는 것은 어렵 기 때문에 20%이상의 트레이 제거율이 발생합니다!
재 작업에 필요한 시간을 줄이기 위해 고객은 트레이에서 쇠고기 슬라이스의 무게를 1.05 파운드 이상으로 설정하여 트레이의 과불량이 증가했습니다. 포장 시간이 단단한 경우 고객은 무게 설정의 상한을 1.10 파운드로 올려 버릴 패키지 수를 줄이기도합니다. 결과적으로, 과도하게 채워진 상품의 수는 크게 증가하여 포장 낭비, 과도한 노동 소비, 과체중 패키지 재 작업 및 상품의 과잉으로 인해 고객이 손실을 겪게됩니다. 그들은 끊임없이 더 나은 솔루션을 찾고 있습니다.
고객은 쇠고기 슬라이스 포장 기계 바로 뒤에 미국에서 VBS Checkweigher를 설치했습니다. 쇠고기 슬라이스 포장 기계와 중량 가격 라벨 기계 사이의 100 팔레트의 원래 거리와 비교하여, 체크웨이를 설치 한 후 거리는 7 개의 팔레트에 불과했습니다. 포장 무게 추세에 대한 피드백을 제공함으로써 각 팔레트의 쇠고기 슬라이스의 무게를 신속하게 조정할 수 있습니다. 이를 통해 고객은 포장하기 전에 과체중 인 팔레트를 즉시 제거 할 수 있었으며, 무게가 부적합한 패키지 수를 크게 줄였습니다.
Checkwigher를 설치 한 후 팔레트의 2% 미만이 중량 범위를 초과했습니다. 재 작업량은 95%감소했습니다! 결과적으로 고객은 매년 67,000 달러를 절약했습니다! 여기에는 포장에서 상품을 제거하기위한 인건비가 포함되지 않습니다. 또한 팔레트의 쇠고기 슬라이스의 중량 범위를 1.00 파운드에서 1.04 파운드로 조정하여 과불이 28%감소했습니다. 각 팔레트의 평균 중량은 1.014 lbs ~ 1.025 lbs입니다. 이 사소한 무게 차이로 인해 연간 매출은 $ 102,000입니다. 이 고객은 총 연간 총 매출을 거의 $ 170,000 (인건비 제외)로 몇 주 안에 Checkwigher에 대한 투자를 회복했습니다.
5 결론
계량 스케일의 로딩 프로세스의 자동 제어는 상품의 순 중량이 요구 사항을 충족하도록 보장 할뿐만 아니라 기업의 이점을 극대화하기 위해 가능한 한 상품의 과부하를 최소화합니다. 생산 현장의 실제 조건에 따라 취한 다양한 조치를 통해 사용자는이 목표를 달성 할 수 있습니다.
