Máy cân đa đầu trong ngành đóng gói là gì?

Máy cân đa đầu là thiết bị cân định lượng tốc độ cao, đảm bảo chất lượng, trong đó một bộ vi điều khiển quản lý nhiều đơn vị cân và sử dụng toán học tổ hợp để xác định và cho ra trọng lượng tối ưu của sản phẩm. Khác với cân tuyến tính – vốn là loại cân định lượng và chỉ đổ đầy một thùng duy nhất cho đến khi đạt được trọng lượng cài đặt – máy cân đa đầu chia sản phẩm dạng khối thành các phần nhỏ hơn, cân chúng trong các phễu khác nhau, và lựa chọn một nhóm phễu để đáp ứng trọng lượng mục tiêu của một mẻ sản xuất.

Trong các nhà máy đóng gói thực phẩm tự động thuộc nhiều ngành công nghiệp khác nhau, máy cân đa đầu đóng vai trò là trung tâm phân phối chính cho nguyên liệu và là bộ xử lý điều khiển chính cho toàn bộ dòng chảy sản phẩm. Thiết bị này không chỉ đơn thuần là một chiếc máy cân; máy cân đa đầu còn kiểm soát dòng chảy, tốc độ và độ chính xác của các dây chuyền sản xuất. Máy đóng gói trong hệ thống Đóng gói Dọc (Vertical Form Fill and Seal) và các hệ thống đóng hộp tốc độ cao chỉ có thể hoạt động với tốc độ và độ chính xác tương đương với máy cân đa đầu.

Các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME) toàn cầu trong ngành công nghiệp đóng gói có khả năng sẽ ưu tiên các khoản đầu tư có chủ đích và chiến lược, đồng thời tiến hành tự động hóa hoàn toàn để đạt được quy trình sản xuất có độ chính xác cao, cũng như chuyển đổi từ các hoạt động thủ công sang các hoạt động bán tự động. Lợi thế tài chính đáng kể nhất của máy cân đa đầu là khả năng giảm thiểu “lượng thừa”. Lượng thừa là lượng sản phẩm dư thừa được cho vào gói để tuân thủ các quy định quốc gia, theo đó mỗi gói phải có trọng lượng tối thiểu nhất định được quy định bởi pháp luật. Trong trường hợp cân thủ công, nhân viên sẽ cho thêm vài gam vào gói để tránh bị phạt do cân thiếu. Trong quá trình sản xuất hàng triệu gói, điều này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Máy cân đa đầu sẽ giảm phạm vi cho thêm này xuống chỉ còn một phần nhỏ của gam. Đây là lý do tại sao nó lại tiết kiệm chi phí đến vậy, vì nó chuyển đổi lượng “giveaway” tiết kiệm được trực tiếp thành lợi nhuận, đồng thời mang lại thời gian thu hồi vốn đầu tư cực kỳ nhanh chóng.

Các thành phần chính của hệ thống cân đa đầu

Đối với các Giám đốc nhà máy, trong quá trình đánh giá độ tin cậy của thiết bị cũng như khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh của thiết bị, việc có kiến thức cơ bản về kỹ thuật kết cấu của thiết bị sẽ rất hữu ích để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy cân đa đầu. Trong một máy cân đa đầu chất lượng cao, các bộ phận riêng lẻ đa dạng có thể là một ví dụ điển hình về sự tích hợp chặt chẽ giữa các thành phần cơ khí và điện tử.

• Hàng đầu Hình nón: Là bộ phận nằm ở vị trí cao nhất của máy, nón trên đóng vai trò là điểm tiếp xúc đầu tiên và tiếp nhận vật liệu rời từ băng tải nghiêng phía trước hoặc thang máy gầu chữ Z. Nón trên sử dụng chế độ rung liên tục có kiểm soát, điều chỉnh biên độ rung, để hỗ trợ quá trình phân tán vật liệu rời theo hướng tâm 360 độ ra các bộ cấp liệu tuyến tính.
• Tuyến tính Máy cấp liệu Chảo: Các khay cấp liệu này, được bố trí theo hướng xuyên tâm xung quanh nón trên và phễu cấp liệu, có chức năng thu gom sản phẩm đã được rải đều. Mỗi khay đều có hệ thống rung độc lập, các thông số của hệ thống này được điều khiển để tạo ra dòng chảy liên tục và đồng đều của sản phẩm đến từng đơn vị cấp liệu. Thiết kế của từng khay được điều chỉnh để phù hợp với các đặc tính dòng chảy cụ thể của sản phẩm đang được xử lý.
• Xô đựng thức ăn (Xô chứa): Các xô này được đặt ngay dưới các khay cấp liệu tuyến tính và, với vai trò là các đơn vị lưu trữ tạm thời, có chức năng tập kết vật liệu. Ngay khi phễu cân bên dưới một trong các vị trí của nó hạ xuống, xô cấp liệu sẽ mở cửa để nạp đầy lại cho phễu cân đó. Hệ thống tập kết này giúp ngăn không cho phễu hình nón phía trên phải chờ từng xô hoàn thành một chu kỳ, từ đó tạo điều kiện cho hoạt động liên tục.
• Xô cân: Trong giai đoạn này của quy trình cân, việc quan trọng nhất là đo khối lượng. Thép không gỉ 304 hoặc 316 đạt tiêu chuẩn thực phẩm, có độ dày từ 1,5 mm đến 2 mm, được sử dụng cho khung máy cũng như tất cả các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. Đặc tính kỹ thuật độc đáo của các vật liệu này đảm bảo không xảy ra hiện tượng nứt vi mô ngay cả sau nhiều năm hoạt động liên tục với tần suất rung động cao. Ngoài ra, các vật liệu này an toàn và có khả năng chống ăn mòn cao nhất khi tiếp xúc với axit hoặc muối.
• Cảm biến lực: Công nghệ cảm biến lực (load cell) cung cấp các bộ phận cảm biến quan trọng nhất cho máy này. Mỗi thùng cân đều được trang bị 1 cảm biến lực dạng cầu đo biến dạng (strain gauge), có chức năng đo lực tác động xuống do vật phẩm tạo ra và chuyển đổi thành giá trị trọng lượng. Các cảm biến này có khả năng phát hiện sự thay đổi về trọng lượng trong vòng 1 mili giây và có thể đo trọng lượng vật phẩm với độ chính xác từ 0,1g đến 1,5g, tùy thuộc vào thể tích hoặc trọng lượng của từng vật phẩm.
• Động cơ bước: Mỗi cửa xô được mở và đóng với sự điều khiển chính xác về góc, tốc độ và lực đóng nhờ động cơ bước. So với phương án khác là sử dụng xi lanh khí nén, động cơ bước cho phép kiểm soát tốt hơn vì chúng có khả năng điều khiển và điều chỉnh vị trí của cửa xô để tránh làm nát sản phẩm.

Nguyên lý hoạt động của máy cân đa đầu – Hướng dẫn từng bước

Để thực sự thành thạo kỹ thuật đóng gói, người ta phải hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy cân đa đầu trong thực tế.

Bước 1: Nạp và phân phối nguyên liệu

Quy trình bắt đầu khi thang nâng Z ở phía thượng nguồn thả nguyên liệu thô xuống phễu trên cùng. Một cảm biến quang điện được đặt phía trên phễu trên cùng sẽ xác định độ dày của lớp nguyên liệu. Nếu lớp nguyên liệu quá mỏng, cảm biến sẽ ra lệnh cho thang nâng bổ sung thêm nguyên liệu, từ đó tối ưu hóa tốc độ cấp liệu. Nếu lớp nguyên liệu quá dày, cảm biến sẽ ra lệnh cho thang nâng dừng lại. Vòng lặp phản hồi này giúp ngăn ngừa hư hỏng cấu trúc và duy trì áp lực nguyên liệu ổn định. Với sự hỗ trợ của rung động, phễu hình nón phía trên phân phối sản phẩm đến các khay cấp liệu tuyến tính. Các khay này, thông qua việc sử dụng các tần số rung động cụ thể, phân phối và tách sản phẩm một cách đồng đều, tạo ra dòng chảy ổn định. Rung động của khay làm cho vật liệu bị cạo ra khỏi mép, cho phép vật liệu rơi qua phễu hoặc rơi trực tiếp vào khu vực tập kết của các gầu cấp liệu.

Bước 2: Cân độc lập trong các phễu

Khi các thùng cấp liệu chứa nguyên liệu đã được phân loại, các cửa đáy của chúng sẽ mở đồng thời, giải phóng sản phẩm vào các mô-đun phễu cân nằm ngay bên dưới. Đây chính là nơi tiến hành đo lường sản phẩm. Mỗi phễu cân đều được trang bị các cảm biến lực có độ chính xác cao, giúp đo lường ngay lập tức khối lượng nguyên liệu trong phễu. Các cảm biến trải qua một quá trình gọi là ổn định trong một phần giây. Quá trình này lọc bỏ mọi tiếng ồn rung động cơ học xung quanh từ sàn nhà máy thông qua một cơ chế gọi là bộ lọc thông thấp kỹ thuật số. Sau đó, các cảm biến gửi giá trị khối lượng đến bo mạch chính của MCU trung tâm. Ví dụ: hệ thống phát hiện rằng Phễu A có 25g, Phễu B có 32g, Phễu C có 18g, v.v., trên toàn bộ số lượng. Các hệ thống tiên tiến hơn có tính năng tự động dừng. Nếu các cảm biến phát hiện có quá nhiều phễu rỗng, hệ thống sẽ dừng chu trình cân để dòng nguyên liệu ổn định, nhằm tránh tình trạng trộn không đều.

Bước 3: Phép màu của thuật toán kết hợp

Sự kỳ diệu thực sự trong nguyên lý hoạt động của máy cân đa đầu đến từ sức mạnh của các thuật toán cân kết hợp dựa trên máy tính. Giả sử dây chuyền sản xuất có trọng lượng gói mục tiêu là 100g. CPU trung tâm gửi dữ liệu trọng lượng của tất cả các phễu đến bộ điều khiển chính, và vi máy tính không cố gắng đổ đầy một phễu duy nhất đến đúng 100g. Thay vào đó, vi máy tính ngay lập tức tính toán tất cả các kết hợp toán học khả thi của các phễu.

Đối với một máy cân 14 đầu điển hình, trong vòng chưa đầy một phần mười giây, bộ vi điều khiển sẽ đánh giá hàng nghìn tổ hợp trọng lượng. Bộ vi điều khiển tìm cách xác định tổ hợp cho ra kết quả 100g, hoặc trọng lượng gần nhất có thể vượt quá 100g (ví dụ: 100,2g), đồng thời nghiêm ngặt loại trừ bất kỳ tổ hợp nào có trọng lượng thấp hơn trọng lượng mục tiêu để tuân thủ các quy định về bảo vệ người tiêu dùng. Khi hệ thống tính toán rằng Phễu A (25g) + Phễu D (31g) + Phễu G (44g) bằng 100g, vi điều khiển đã có giải pháp toán học hoàn hảo. Vi điều khiển gửi tín hiệu điều khiển đến các động cơ bước của các phễu A, D và G, và các cửa xả mở ra. 100g nguyên liệu được xả ra một cách gọn gàng qua máng xả ở giữa vào hộp thiếc, thùng chứa lớn hơn, ống giấy composite hoặc túi làm sẵn đang chờ sẵn để đưa vào máy đóng gói quay.

Các loại máy cân đa đầu dành cho các loại nguyên liệu khác nhau

Do các nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau, nên cân kết hợp mang lại tính linh hoạt rất cao.

Các mẫu máy tốc độ cao dành cho hạt và đồ ăn vặt khô

Được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và tốc độ, các mẫu máy này thể hiện hiệu suất vượt trội trong các môi trường xử lý hạt với khối lượng lớn và yêu cầu độ chính xác cao. Các sản phẩm bao gồm hỗn hợp các loại hạt, thức ăn khô cho vật nuôi, đồ ăn vặt ép đùn, ngũ cốc, cà phê và gạo. Các bề mặt tiếp xúc của khay tuyến tính và phễu được làm từ bề mặt có lỗ nhỏ tiêu chuẩn hoặc thép không gỉ nhẵn tiêu chuẩn, tùy thuộc vào hệ số ma sát của sản phẩm. Bề mặt có lỗ nhỏ sẽ giảm diện tích tiếp xúc và do đó đảm bảo rằng các hạt có dầu hoặc ẩm ướt không bị dính. Thiết kế tổng thể đảm bảo dòng chảy sản phẩm nhanh chóng và sự ổn định tức thì của các cảm biến lực. Loại cân đầu này được thiết kế để phù hợp với tốc độ của máy hàn miệng lon tốc độ cao hoặc các máy đóng gói VFFS để đảm bảo rằng các thiết bị ở các công đoạn tiếp theo được tận dụng tối đa và vận hành với hiệu suất tối ưu.

Các mẫu sản phẩm giảm độ rơi cho đồ ăn nhẹ dễ vỡ

Các sản phẩm đóng gói như trái cây sấy khô đông lạnh, bánh quy nướng và khoai tây chiên có thể bị mất tính toàn vẹn và dễ vỡ trong quá trình đóng gói. Việc sản phẩm rơi tự do thường xuyên khiến sản phẩm bị vỡ khi chạm vào thành kim loại trong phễu đóng gói, dẫn đến tình trạng vỡ sản phẩm và bụi bẩn không thể chấp nhận được trong khu vực đóng gói. Máy cân đa đầu giảm lực rơi giúp đưa sản phẩm vào theo cách làm giảm năng lượng động học của sản phẩm. Về cơ bản, thiết kế kỹ thuật này thay đổi hình học bên trong của máy. Góc trượt của máng xả được thiết kế nông hơn nhiều, và khoảng cách theo phương thẳng đứng được thu hẹp tối đa giữa nón trên cùng, gầu nạp và gầu cân. Bằng cách này, thiết kế của máy giúp sản phẩm trượt xuống thay vì rơi tự do. Thiết kế này nhằm bảo vệ sản phẩm trong suốt các giai đoạn khác nhau, từ khâu nạp nguyên liệu đến khâu đóng gói.

Máy cấp liệu bằng trục vít dành cho thực phẩm dính

Hầu hết các máy cân đa đầu tiêu chuẩn hoạt động dựa trên rung động đều không hiệu quả khi xử lý các sản phẩm dính hoặc các sản phẩm tươi ướt có độ nhớt cao hoặc được ướp gia vị đậm đà. Các sản phẩm thuộc danh mục này bao gồm thức ăn ướt dạng miếng cho thú cưng, các món ăn sẵn, thịt tươi cắt hạt lựu và trái cây ngâm dính. Những sản phẩm này bám dính vào khay thép không gỉ, và rung động chỉ khiến chúng bị nén lại và dính chặt vào khay thay vì di chuyển về phía trước. Để giải quyết vấn đề động lực học chất lỏng này, các hệ thống trục vít được tích hợp để thay thế hệ thống cấp liệu rung tuyến tính. Thay vào đó, các trục vít cơ giới được lắp đặt trong máng cấp liệu. Các trục vít này chủ động đẩy và đưa sản phẩm dính ra ngoài, đảm bảo rằng các gầu cấp liệu được lấp đầy hoàn toàn và lượng sản phẩm được cung cấp là như nhau, bất kể sản phẩm ướt hay dính đến mức nào.

Cách lựa chọn: 10 đầu, 14 đầu hay 24 đầu

Khi lựa chọn cấu hình phù hợp cho hệ thống cân kết hợp, điều quan trọng là phải điều chỉnh các thông số kỹ thuật của máy sao cho phù hợp với sản lượng dự kiến của nhà máy, ngân sách hiện có và các loại nguyên liệu cụ thể cần xử lý.

Khi nói đến các cơ sở sản xuất của doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME), khoản đầu tư vốn hợp lý nhất chính là máy cân đa đầu 14 đầu. Các mẫu máy cân đa đầu 14 đầu là những mẫu tiêu chuẩn công nghiệp được thiết kế để cân với độ chính xác cao. Chúng cân trong một dải trọng lượng duy nhất từ 10g đến 3000g, với độ sai số về độ chính xác chỉ từ 0,1g đến 2g. Tùy thuộc vào trọng lượng từng sản phẩm, máy cân đa đầu 14 đầu có dung tích phễu là 1,6L hoặc 2,5L, và hỗ trợ nạp liên tục từ 60 đến 120 gói mỗi phút. Máy cân đa đầu 14 đầu được trang bị các bộ servo chủ động và hệ thống điều khiển MCU thông minh với màn hình cảm ứng 7 inch. Máy cân đa đầu 14 đầu được thiết kế để có thể thay đổi dây chuyền sản xuất một cách nhanh chóng. Hệ thống cho phép sản xuất nhiều loại sản phẩm mà không cần thay đổi thủ công. Dây chuyền sản xuất có thể được chuyển đổi từ đóng gói cà phê 50g sang gạo 500g chỉ trong vài giây.

Hướng dẫn khắc phục sự cố chung dành cho kỹ sư

Ngay cả những thiết bị cao cấp được trang bị hệ thống MCU cũng gặp phải những sự cố phổ biến. Việc khắc phục sự cố, bảo trì và các quy trình vận hành là chìa khóa để nâng cao chất lượng và trải nghiệm người dùng.

• Cân không chính xác: Chưa nên tháo các cảm biến cân ra. Hãy sử dụng tính năng hiệu chuẩn điểm 0 trên phần mềm từ màn hình cảm ứng của MCU để khởi động quá trình hiệu chuẩn điểm 0.
  • Kiểm tra khu vực nhà máy. Cảm biến lực rất nhạy cảm và có thể bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí. Hãy đảm bảo không có luồng gió mạnh từ các nguồn như hệ thống HVAC hoặc quạt công nghiệp lớn thổi trực tiếp vào các thùng cân.
  • Hãy xem xét vấn đề rung động cơ học. Đảm bảo rằng máy cân đa đầu được đặt trên một kết cấu đỡ riêng biệt, không kết nối với máy đóng gói hoặc máy hàn miệng túi ở các công đoạn tiếp theo, để thiết bị này có thể tránh được các rung động mạnh nhất có thể.
• Bụi trên cảm biến lực và các lỗi cảm biến: Tại những nơi xử lý dược phẩm, các vật liệu dạng bột hoặc bụi, các hạt bụi mịn sẽ bám vào những khe hở nhỏ xung quanh cảm biến lực và khiến các cảm biến bị kẹt, dẫn đến hiển thị thông báo lỗi.
  • Việc vệ sinh là vô cùng quan trọng. Nếu thiết bị không đạt tiêu chuẩn chống thấm nước IP cao hơn mức rửa trôi thông thường, đội vệ sinh sẽ không thể sử dụng máy phun áp lực cao để rửa bất kỳ bộ phận nào của thiết bị.
  • Các kỹ sư phải sử dụng khí nén khô và bàn chải chống tĩnh điện để loại bỏ bụi khỏi các khe hở của cảm biến.
• Tắc nghẽn vật liệu trong phễu: Nếu sản phẩm liên tục không được xả hết khi các cửa xả của phễu mở ra, trước tiên hãy truy cập vào bảng điều khiển MCU và kiểm tra các thông số của động cơ bước. Đảm bảo góc mở đã được lập trình và thời gian giữ cửa mở đủ để phù hợp với thể tích và tốc độ dòng chảy của sản phẩm.
  • Nếu thiết lập cơ khí đã đúng nhưng nguyên liệu (kẹo gấu dẻo hoặc các loại đồ ăn vặt có hàm lượng muối cao) vẫn bám dính vào thép, thì thép không gỉ tiêu chuẩn 304 của bạn sẽ không đáp ứng được yêu cầu. Giải pháp kỹ thuật là thay thế các phễu tiêu chuẩn bằng những loại được mạ Teflon (PTFE) hoặc có bề mặt được thiết kế đặc biệt với các lỗ lõm nhằm giảm ma sát bề mặt và độ dính.

Tóm tắt và các bước tiếp theo

Bước đầu tiên để tìm được một máy cân đa đầu phù hợp là nắm rõ các yêu cầu cụ thể về xử lý nguyên liệu và những hạn chế về diện tích sàn của bạn. Một máy cân chỉ đạt được hiệu suất tối đa khi nó được tích hợp hoàn hảo vào một hệ sinh thái rộng lớn hơn, có hiệu suất cao.

Tại Levapack, chúng tôi chuyên cung cấp các giải pháp đóng gói tự động, chính xác, được thiết kế riêng cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ trên toàn cầu. Thay vì cung cấp các máy móc có sẵn trên thị trường với thiết kế cứng nhắc, chúng tôi mang đến những giải pháp hoàn toàn phù hợp với nhu cầu sản xuất của quý khách:

• Hệ thống thiết kế theo yêu cầu: Cho dù bạn cần một thiết bị độc lập Máy cân tốc độ cao LPE-SFM014 hoặc một dây chuyền đóng hộp hoàn toàn tích hợp và dây chuyền đóng gói túi sẵn, chúng tôi sẽ thiết kế cấu trúc, tốc độ và bố trí máy móc sao cho phù hợp với nhà máy của quý khách.
• Không thỏa hiệp Độ chính xác & Độ bền: Thiết bị của chúng tôi được chế tạo bằng công nghệ gia công CNC tiên tiến để đạt được độ chính xác ở cấp độ vi mô. Bằng cách sử dụng thép không gỉ cao cấp và các linh kiện quốc tế hàng đầu (như Siemens và Schneider), chúng tôi đảm bảo độ tin cậy cơ học lâu dài.
• Hỗ trợ toàn diện trong suốt vòng đời: Bên cạnh các thiết bị máy móc mà quý khách hàng mua sắm, chúng tôi cung cấp các khóa đào tạo vận hành vô cùng hữu ích, tài liệu hướng dẫn chi tiết và dịch vụ quản lý phụ tùng chủ động nhằm nâng cao năng lực cho đội ngũ nhân viên của quý khách hàng và tối đa hóa thời gian hoạt động của dây chuyền sản xuất.
• Khả năng bảo vệ hàng đầu trong ngành: Chúng tôi đảm bảo khoản đầu tư vốn của quý khách bằng chế độ bảo hành toàn diện kéo dài 16 tháng, được hỗ trợ bởi mạng lưới dịch vụ toàn cầu với dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật 24/7 và chẩn đoán từ xa.

Để liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi Để tìm hiểu thêm về các nhu cầu cụ thể của quý vị liên quan đến hệ thống cân đa đầu và tìm ra gói giải pháp tích hợp hoàn hảo cho nhà máy của quý vị, hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay. Quý vị cũng có thể gửi mẫu nguyên liệu đến cơ sở của chúng tôi để thực hiện các thử nghiệm máy móc nghiêm ngặt và miễn phí, nhằm xác nhận hiệu suất trước khi đưa vào vận hành.