Czym jest waga wielogłowicowa w przemyśle opakowaniowym?

Wagi wielogłowicowe to urządzenia do szybkiego, precyzyjnego i ilościowego ważenia, w których mikrokontroler zarządza kilkoma jednostkami ważącymi i wykorzystuje obliczenia kombinatoryczne do określenia oraz wydania optymalnej wagi produktu. W odróżnieniu od wag liniowych, które działają na zasadzie ilościowej i napełniają pojedynczy zbiornik do momentu osiągnięcia ustalonej wagi, wagi wielogłowicowe dzielą produkt luzem na mniejsze porcje, ważą je w różnych zbiornikach i wybierają zestaw zbiorników odpowiadający docelowej wadze danej partii produkcyjnej.

W zautomatyzowanych zakładach pakowania żywności w różnych gałęziach przemysłu waga wielogłowicowa pełni rolę głównego centrum dystrybucji materiałów oraz głównego modułu sterującego całym przepływem produktów. To coś więcej niż tylko waga – wagi wielogłowicowe kontrolują przepływ, prędkość i precyzję linii produkcyjnych. Maszyny pakujące w systemach pionowego formowania, napełniania i zamykania (VFFS) oraz w szybkich systemach konserwowania mogą pracować tylko tak szybko i dokładnie, jak pozwalają na to wagi wielogłowicowe.

Małe i średnie przedsiębiorstwa (MŚP) z branży opakowaniowej na całym świecie będą prawdopodobnie priorytetowo traktować celowe i strategiczne inwestycje, jednocześnie w pełni automatyzując produkcję w celu osiągnięcia wysokiej precyzji oraz przechodząc od operacji ręcznych do półautomatycznych. Najważniejszą korzyścią finansową wynikającą z zastosowania wagi wielogłowicowej jest możliwość zminimalizowania “naddatku”. Naddatek to nadmierna ilość produktu umieszczana w opakowaniu w celu spełnienia krajowych przepisów, zgodnie z którymi każde opakowanie musi mieć określoną, zdefiniowaną prawnie minimalną masę. W przypadku ręcznego ważenia pracownicy napełniają opakowanie o kilka gramów więcej, aby uniknąć kary za niedowagę. W skali milionów opakowań może to mieć katastrofalne skutki. Waga wielogłowicowa ogranicza ten zakres nadmiernego napełniania do ułamków grama. Dlatego jest tak opłacalna – pozwala bowiem bezpośrednio przekształcić zaoszczędzoną nadwyżkę w zysk i zapewnia wyjątkowo szybki zwrot zainwestowanego kapitału.

Podstawowe elementy systemu wag wielogłowicowych

Dla kierowników zakładów, w ramach oceny niezawodności urządzeń oraz ich zgodności z normami sanitarnymi, przydatna jest podstawowa wiedza na temat konstrukcji urządzenia, pozwalająca w pełni zrozumieć zasadę działania wagi wielogłowicowej. W wysokiej jakości wadze wielogłowicowej wiele różnych elementów składowych stanowi dobry przykład ścisłej integracji podzespołów fizycznych i elektronicznych.

• Na górę Stożek: Jako najwyższa sekcja maszyny, górny stożek pełni funkcję pierwszego punktu styku i odbiera materiał sypki z poprzedzającego go przenośnika pochyłego lub podnośnika kubełkowego typu Z. Górny stożek wykorzystuje ciągłe, kontrolowane drgania o regulowanej amplitudzie, aby wspomóc promieniowe rozrzucanie produktu sypkiego na wszystkie strony w zakresie 360 stopni w kierunku podajników liniowych.
• Liniowy Podajnik Patelnie: Te tace podające, rozmieszczone promieniowo wokół górnego stożka i leja zasypowego, zbierają rozłożony produkt. Każda taca posiada niezależny układ wibracyjny, którego parametry są regulowane w celu zapewnienia ciągłego, równomiernego przepływu produktu do poszczególnych jednostek podających. Konstrukcja każdej z tych tac jest dostosowana do konkretnych właściwości przepływowych obsługiwanego produktu.
• Wiadra na paszę (wiadra do przechowywania): Wiadra te znajdują się bezpośrednio pod liniowymi tacami podającymi i, pełniąc funkcję tymczasowych zbiorników magazynowych, służą do buforowania materiału. W momencie, gdy poziom w leju ważącym znajdującym się poniżej jednego z ustawień opada, wiadro podające otwiera swoje zasuwy, aby ponownie napełnić ten lej ważący. Taki system buforowania zapobiega konieczności oczekiwania przez górny stożek na zakończenie cyklu każdego wiadra, co ułatwia ciągłą pracę.
• Wiadra wagowe: W tej części procesu ważenia najważniejszym etapem jest pomiar masy. W ramach maszyn oraz we wszystkich częściach mających kontakt z żywnością stosowana jest stal nierdzewna klasy spożywczej 304 lub 316 o grubości od 1,5 mm do 2 mm. Unikalne właściwości tych materiałów gwarantują, że podczas wieloletniej, ciągłej eksploatacji przy wysokich częstotliwościach drgań nie dochodzi do powstawania mikropęknięć. Ponadto zastosowane materiały są bezpieczne i charakteryzują się najwyższą odpornością na korozję spowodowaną kontaktem z kwasami lub solami.
• Czujniki wagowe: Technologia czujników wagowych stanowi najważniejszy element czujnikowy tej maszyny. Każdy z koszyków wagowych wyposażony jest w jeden czujnik wagowy z tensometrem, który mierzy siłę nacisku wywieraną przez przedmiot i przekształca ją na wartość masy. Czujniki są w stanie wykrywać zmiany masy w ciągu 1 milisekundy i mogą mierzyć przedmioty z dokładnością od 0,1 g do 1,5 g, w zależności od objętości lub masy poszczególnych sztuk.
• Silniki krokowe: Każda zasuwa kubełkowa jest otwierana i zamykana przy pomocy silników krokowych, które zapewniają precyzyjną kontrolę kąta, prędkości i siły zamykania. W porównaniu z alternatywnym rozwiązaniem wykorzystującym siłowniki pneumatyczne silniki krokowe zapewniają lepszą kontrolę, ponieważ umożliwiają regulację położenia zasuwy kubełkowej w taki sposób, aby uniknąć zgniecenia produktu.

Zasada działania wagi wielogłowicowej krok po kroku

Aby naprawdę opanować sztukę pakowania, trzeba zrozumieć, jak w praktyce działa waga wielogłowicowa.

Krok 1: Podawanie i rozdzielanie materiału

Proces rozpoczyna się od podajnika typu Z znajdującego się na początku linii, który zrzuca surowce na górny stożek. Czujnik fotoelektryczny umieszczony nad górnym stożkiem określa grubość warstwy produktu. Jeśli warstwa jest zbyt cienka, czujnik wydaje polecenie podajnikowi, aby dozował więcej produktu, optymalizując w ten sposób prędkość podawania. Jeśli warstwa jest zbyt gruba, czujnik wydaje polecenie podajnikowi, aby się zatrzymał. Ta pętla sprzężenia zwrotnego zapobiega uszkodzeniom konstrukcji i zapewnia stały nacisk materiału. Za pomocą drgań górny stożek rozprowadza produkt na liniowe tace podajnika. Tace te, wykorzystując określone częstotliwości drgań, równomiernie rozprowadzają i rozdzielają produkt, tworząc równomierny przepływ. Drgania tac powodują zsuwanie się materiału z krawędzi, co pozwala na jego spadanie przez lejek lub bezpośrednie opadanie do strefy buforowej kubełków podających.

Krok 2: Niezależne ważenie w zasobnikach

Gdy zasobniki zasilające zawierają przygotowany materiał, ich dolne klapy otwierają się jednocześnie, uwalniając produkt do modułów lejek ważących umieszczonych bezpośrednio pod nimi. To właśnie tam następuje pomiar produktu. Każdy lejek ważący wyposażony jest w precyzyjne czujniki wagowe, które natychmiastowo mierzą masę materiału znajdującego się w lejekach. Czujniki przechodzą w ułamku sekundy proces zwany stabilizacją. Proces ten filtruje wszelkie otaczające szumy wibracji mechanicznych z hali produkcyjnej za pomocą mechanizmu zwanego cyfrowym filtrem dolnoprzepustowym. Następnie czujniki wysyłają wartość masy do głównej płytki centralnego mikrokontrolera (MCU). Przykład: system wykrywa, że lejek A zawiera 25 g, lejek B – 32 g, lejek C – 18 g itd. dla całej liczby lejków. Bardziej zaawansowane systemy posiadają funkcję automatycznego zatrzymania. Jeśli czujniki wykryją, że zbyt wiele lejek jest pustych, system zatrzyma cykl ważenia, aby umożliwić ustabilizowanie się przepływu i uniknąć powstania mieszanek niekompletnych.

Krok 3: Magia algorytmu kombinacyjnego

Prawdziwa magia zasady działania wagi wielogłowicowej wynika z możliwości algorytmów ważenia kombinacyjnego opartych na komputerze. Załóżmy, że na linii produkcyjnej docelowa waga opakowania wynosi 100 g. Centralny procesor (CPU) przesyła odczyty wagowe ze wszystkich zbiorników do kontrolera głowicy, a mikrokomputer nie próbuje napełnić pojedynczego zbiornika dokładnie do 100 g. Zamiast tego mikrokomputer natychmiast oblicza wszystkie możliwe kombinacje wagowe zbiorników.

W przypadku typowej wagi 14-głowicowej mikrokontroler w czasie krótszym niż jedna dziesiąta sekundy analizuje tysiące kombinacji mas. Mikrokontroler stara się zidentyfikować kombinację, która daje wynik 100 g lub masę jak najbliższą 100 g (np. 100,2 g), jednocześnie ściśle unikając i odrzucając wszelkie kombinacje, których masa jest niższa od wartości docelowej, zgodnie z przepisami dotyczącymi ochrony konsumentów. Gdy system oblicza, że lejek A (25 g) + lejek D (31 g) + lejek G (44 g) daje w sumie 100 g, mikrokontroler uzyskuje idealne rozwiązanie matematyczne. Mikrokontroler wysyła sygnał sterujący do silników krokowych lejków A, D i G, a zasuwy się otwierają. 100 g materiału jest czysto wysypywane przez środkowy zsyp do oczekującej puszki, większych pojemników, kompozytowej tuby papierowej lub gotowego woreczka, który jest przygotowany do dalszej obróbki na obrotowej maszynie pakującej.

Rodzaje wag wielogłowicowych do różnych materiałów

Ponieważ fabryki przetwarzają szeroki asortyment produktów, wagi kombinowane zapewniają ogromną wszechstronność.

Modele o dużej prędkości do granulek i suchych przekąsek

Modele te, zaprojektowane z myślą o precyzji i szybkości, doskonale sprawdzają się w środowiskach charakteryzujących się dużą wydajnością i wysoką dokładnością przy obsłudze granulatu. Obsługiwane produkty obejmują mieszanki orzechów, suchą karmę dla zwierząt domowych, ekstrudowane przekąski, płatki śniadaniowe, kawę i ryż. Powierzchnie styku tac liniowych i lejek są wykonane albo ze standardowej stali nierdzewnej z mikrowgłębieniami, albo ze standardowej gładkiej stali nierdzewnej, w zależności od współczynnika tarcia danego produktu. Powierzchnia z wgłębieniami zmniejsza pole styku, dzięki czemu oleiste lub wilgotne granulki nie sklejają się. Ogólna konstrukcja zapewnia szybki przepływ produktu i natychmiastową stabilizację czujników wagowych. Ten typ wagi głowicowej został zaprojektowany tak, aby dostosować się do prędkości szybkie maszyny do zgrzewania puszek lub maszyn pakujących typu VFFS, aby zapewnić pełne wykorzystanie urządzeń znajdujących się w dalszej części linii produkcyjnej oraz ich pracę z optymalną wydajnością.

Modele o niewielkim spadku przeznaczone do delikatnych przekąsek

Produkty pakowane, takie jak liofilizowane owoce, pieczone ciastka i chipsy ziemniaczane, mogą tracić swoją integralność i łatwo ulegać uszkodzeniom podczas pakowania. Typowe upadki grawitacyjne powodują, że produkt pęka przy zetknięciu z metalowymi ściankami leja pakującego, co prowadzi do niedopuszczalnych uszkodzeń i powstawania pyłu w strefie pakowania. Wielogłowicowe wagi z systemem niskiego spadku podają produkt w sposób zmniejszający jego energię kinetyczną. Zasadniczo konstrukcja techniczna zmienia wewnętrzną geometrię maszyny. Kąty nachylenia rynien wyładowczych są znacznie mniejsze, a odległość w pionie została skrócona do maksymalnej wysokości między górnym stożkiem, kubełkami podającymi a kubełkami ważącymi. W ten sposób konstrukcja maszyny ma na celu ułatwienie produktowi zsuwania się, a nie swobodnego spadania. Konstrukcja ta ma na celu ochronę produktu na różnych etapach, od podawania luzem aż po pakowanie.

Podajniki ślimakowe do produktów lepkich

Większość standardowych wagi wielogłowicowych wykorzystujących wibracje nie sprawdza się w przypadku produktów lepkich lub mokrych, świeżych produktów o konsystencji lepkiej albo mocno marynowanych. Do tej kategorii należą: mokre kawałki karmy dla zwierząt domowych, gotowe posiłki, świeże mięso pokrojone w kostkę oraz lepkie owoce konserwowe. Produkty te przyklejają się do misek ze stali nierdzewnej, a wibracje powodują jedynie ich ściśnięcie i przyklejenie do miski zamiast przesuwania do przodu. Aby rozwiązać ten problem związany z dynamiką płynów, w miejsce liniowego podawania wibracyjnego zastosowano systemy ślimakowe. W korytach podających zainstalowano napędzane silnikiem ślimaki. Ślimaki te aktywnie wypychają i wyjmują lepki produkt, zapewniając całkowite wypełnienie koryt podających oraz stałą ilość podawanego produktu, niezależnie od tego, jak mokry lub lepki jest dany produkt.

Jak wybrać: 10, 14 czy 24 głowice

Przy wyborze odpowiedniej konfiguracji wag kombinowanych ważne jest, aby parametry techniczne urządzenia były dostosowane do przewidywanej wydajności zakładu, dostępnego budżetu oraz konkretnych rodzajów materiałów, które będą przetwarzane.

Jeśli chodzi o zakłady produkcyjne małych i średnich przedsiębiorstw, najbardziej logiczną inwestycją kapitałową jest 14-głowicowa waga wielogłowicowa. Modele 14-głowicowe stanowią standard przemysłowy i zostały zaprojektowane z myślą o ważeniu z wysoką precyzją. Ważą one w jednym zakresie od 10 g do 3000 g, a rozrzut dokładności ważenia wynosi zaledwie od 0,1 g do 2 g. W zależności od masy jednostkowej produktu 14-głowicowe wagi wielogłowicowe mają pojemność leja 1,6 l lub 2,5 l i obsługują ciągłe napełnianie z prędkością od 60 do 120 opakowań na minutę. Waga 14-głowicowa jest wyposażona w aktywne serwomotory oraz inteligentny system sterowania MCU z 7-calowym panelem dotykowym. Waga wielogłowicowa 14-głowicowa została zaprojektowana z myślą o szybkiej zmianie linii produkcyjnych. System umożliwia produkcję wielu różnych produktów bez konieczności ręcznych zmian. Linie produkcyjne można przestawić z kawy o masie 50 g na ryż o masie 500 g w ciągu kilku sekund.

Podręcznik rozwiązywania typowych problemów dla inżynierów

Nawet zaawansowany sprzęt wyposażony w układy MCU boryka się z typowymi problemami. Rozwiązywanie problemów, konserwacja i procedury operacyjne mają kluczowe znaczenie dla usprawnienia działania i komfortu użytkowania.

• Nieprawidłowe ważenie: Nie wyjmuj jeszcze czujników wagowych. Skorzystaj z funkcji kalibracji zerowej dostępnej w oprogramowaniu na ekranie dotykowym mikrokontrolera, aby uruchomić proces kalibracji zerowej.
  • Sprawdź halę produkcyjną. Czujniki wagowe są bardzo czułe i mogą podlegać wpływowi ciśnienia powietrza. Upewnij się, że na kubełki wagowe nie działają silne prądy powietrza, np. z instalacji HVAC lub dużych wentylatorów przemysłowych.
  • Należy zwrócić uwagę na drgania mechaniczne. Należy upewnić się, że waga wielogłowicowa jest umieszczona na własnej konstrukcji nośnej, która nie jest połączona z następującą po niej maszyną pakującą ani zgrzewarką, tak aby była w jak największym stopniu wolna od silnych drgań.
• Pył na czujniku siły i błędy czujnika: W miejscach, gdzie ma się do czynienia z produktami farmaceutycznymi, materiałami sypkimi lub pylistymi, drobne cząsteczki pyłu będą się osadzać w niewielkich szczelinach wokół czujnika wagowego, co spowoduje zablokowanie czujników i wyświetlanie komunikatów o błędach.
  • Czyszczenie ma ogromne znaczenie. Jeśli urządzenie nie posiada wysokiego stopnia ochrony IP, przewyższającego wymagania dotyczące mycia strumieniem wody, personel sanitarny nie może stosować mycia wysokociśnieniowego w żadnej części urządzenia.
  • Inżynierowie muszą używać suchego sprężonego powietrza i szczotek antystatycznych do usuwania kurzu ze szczelin czujników.
• Zatory materiałowe w lejakach: Jeśli produkt konsekwentnie nie jest w całości wyrzucany po otwarciu zasuw kubełkowych, należy najpierw otworzyć panel MCU i sprawdzić parametry silnika krokowego. Należy upewnić się, że zaprogramowany kąt otwarcia oraz czas zatrzymania przy otwartych drzwiach są wystarczające dla objętości i natężenia przepływu produktu.
  • Jeśli konfiguracja mechaniczna jest prawidłowa, ale produkt (żelki lub mocno solone przekąski) przykleja się do stali, to standardowa stal nierdzewna typu 304 nie sprawdzi się w tej sytuacji. Rozwiązaniem technicznym jest zastąpienie standardowych lejek modelami pokrytych powłoką teflonową (PTFE) lub wyposażonymi w specjalne wzory z wgłębieniami, które zmniejszają tarcie powierzchniowe i przywieranie.

Podsumowanie i dalsze działania

Pierwszym krokiem do wyboru odpowiedniej wagi wielogłowicowej jest zrozumienie konkretnych wymagań dotyczących transportu materiałów oraz ograniczeń związanych z powierzchnią użytkową. Waga osiąga maksymalną wydajność tylko wtedy, gdy jest bezbłędnie zintegrowana z szerszym, wysokowydajnym ekosystemem.

O godz. Levapack, specjalizujemy się w projektowaniu precyzyjnych, zautomatyzowanych rozwiązań pakujących, dostosowanych specjalnie do potrzeb małych i średnich przedsiębiorstw na całym świecie. Zamiast oferować sztywne, gotowe maszyny z katalogu, dostarczamy rozwiązania, które są dokładnie dopasowane do Państwa potrzeb produkcyjnych:

• Systemy projektowane na zamówienie: Niezależnie od tego, czy potrzebujesz samodzielnego Szybka waga LPE-SFM014 lub w pełni zintegrowany zakład konserwowy oraz linia do pakowania w gotowe woreczki, dostosowujemy konstrukcję maszyny, jej prędkość oraz układ do potrzeb Państwa zakładu.
• Bezkompromisowy Precyzja & Trwałość: Nasze urządzenia są produkowane z wykorzystaniem zaawansowanej obróbki CNC, co pozwala osiągnąć precyzję na poziomie mikrometrów. Dzięki zastosowaniu najwyższej jakości stali nierdzewnej oraz najlepszych światowych komponentów (takich jak Siemens i Schneider) zapewniamy długotrwałą niezawodność mechaniczną.
• Kompleksowe wsparcie w całym cyklu życia: Oprócz dostarczanych przez nas maszyn zapewniamy nieocenione szkolenia dla operatorów, szczegółowe instrukcje obsługi oraz proaktywne zarządzanie częściami zamiennymi, aby wzmocnić potencjał Państwa pracowników i zmaksymalizować czas sprawności produkcyjnej.
• Najlepsza w branży ochrona: Zabezpieczamy Państwa inwestycję kapitałową dzięki przedłużonej, 16-miesięcznej kompleksowej gwarancji, wspieranej przez globalną sieć serwisową zapewniającą całodobową pomoc techniczną oraz zdalną diagnostykę.

Do skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów Jeśli chcesz omówić swoje konkretne potrzeby w zakresie ważenia wielogłowicowego i znaleźć idealny pakiet integracyjny dla Twojego zakładu, skontaktuj się z nami już dziś. Możesz również przesłać próbki materiałów do naszego zakładu w celu przeprowadzenia rygorystycznych, bezpłatnych testów maszyn, aby zweryfikować ich wydajność przed wdrożeniem.