Комбинированные весы используют несколько отдельных весовых бункеров в одной машине для взвешивания широкого спектра продуктов. Измерения из каждого бункера используются в сочетании, чтобы обеспечить правильную дозировку продукта в упаковочные машины, но с минимальным количеством отходов продукта. Весы бывают разных форм и размеров и часто настраиваются в соответствии с конкретным применением. Используя методы комбинированного взвешивания, можно достичь дозированных весов, которые ближе к желаемому целевому значению, чем при использовании традиционных методов взвешивания.

Конструкция

Конструкцию комбинированных систем взвешивания можно в целом разделить на три зоны: подача продукта, секция взвешивания и конечная секция для сбора компонентов комбинации.

Комбинированные весы имеют ряд весовых головок, которые статически взвешивают продукт; эти данные о весе подаются на компьютер, который вычисляет все возможные комбинации веса продукта, чтобы выдать наилучшую комбинацию (наиболее близкую к целевому весу) упаковочной машине. Чтобы объяснить, как работает этот процесс, рассмотрим следующий сценарий, в котором задача состоит в том, чтобы наполнить упаковку 1000 г порциями куриных окорочков.

До изобретения комбинированных весов взвешивание выполнялось вручную. Оператор помещал несколько куриных окорочков на статические весы, затем отображался вес, и, если куски весили меньше, но близко к 1000 г, небольшая куриная ножка удалялась и добавлялась большая часть. Процесс замены больших кусков на более мелкие повторялся до тех пор, пока не был достигнут желаемый вес, и этот продукт затем помещался в окончательную упаковку. Это явно трудоемкая и медленная процедура.

Простейшая форма комбинированного весового дозатора, которая могла бы использоваться для повышения эффективности этой задачи, использует ряд весовых головок. Оператор помещает одну единицу продукта на каждые статические весы, данные с этих весов затем поступают в компьютер, где находится наилучшая комбинация весов. Дисплей будет показывать, какой продукт/весы составили вес — этот продукт будет извлечен и помещен в конечную упаковку, а свежий продукт будет помещен на пустые весы. Комбинированные весы, использующие статические весы, доступны, но они очень трудоемки.

Для повышения производительности системы взвешивания вводятся другие элементы. Система автоматизации подачи продукта на станции взвешивания Обычно она имеет форму ленточного или вибрационного питателя; лента управляется для размещения части конечного целевого веса в накопительном бункере продукта, установленном над весовым бункером. В зависимости от компоновки машины система подачи настраивается либо в радиальной, либо в линейной конструкции. Система сбора продукта и подачи его в весовой бункер Этот бункер обычно называют накопительным бункером. Он должен быть сконструирован таким образом, чтобы действовать как буферный склад для хранения продукта из системы подачи, пока весовой бункер ниже стабилизируется.

Система взвешивания должна иметь статический продукт для обеспечения точных результатов взвешивания. Если бы накопительный бункер отсутствовал, необходимо было бы использовать больше весовых бункеров для достижения того же уровня производительности, также пришлось бы использовать другие методы, чтобы гарантировать, что продукт не упадет в весовой бункер ни во время стабилизации, ни непосредственно перед выгрузкой.

Весовой бункер

Конструкция весового бункера такова, что он должен прочно удерживать продукт. Весовой бункер поддерживается подходящим датчиком веса. Данные о весе подаются в электронную систему для объединения данных из других весовых бункеров на машине, чтобы определить, какие бункеры должны быть выгружены в последующий процесс.

Для повышения эффективности системы могут использоваться различные методы: они включают добавление дополнительных бункеров под весовыми бункерами для хранения ранее взвешенного продукта, вес этого продукта запоминается и используется в будущих комбинациях. Обычные конструкции показаны на рисунке.

На левой диаграмме показана обычная конфигурация бустерного бункера, она имеет двухотверстный весовой бункер, который может выгружать продукты напрямую или через бустерный бункер.

На центральной диаграмме показана линейная конфигурация, которая использует меньше места, но ограничивает количество комбинаций из-за того, что комбинации могут быть сделаны только из бустерного бункера или бустерного бункера и весового бункера одновременно.

На правой схеме показана конфигурация бункера с двойным наддувом. Это адаптация традиционного метода, но она может занять больше места, если бункеры установлены рядом.

Типичный многоголовочный весовой дозатор требует десять стабильных весовых головок в каждом цикле для работы с высоким уровнем точности, четыре из десяти головок обычно выбираются в комбинации. Когда статические весы используются в производственной зоне, в которой может присутствовать структурная вибрация, задержка между размещением продукта на весах и получением окончательного результата измерения может быть довольно длительной, особенно если требуется высокое разрешение.

При конструировании многоголовочного весового дозатора необходимо учитывать, что продукт должен подаваться в весовой бункер, стабилизироваться, выбираться в комбинации и выгружаться в течение очень короткого периода времени. Весовой дозатор обычно устанавливается на жесткой опорной раме с собственной частотой, достаточно высокой для предотвращения резонансов, возбуждаемых незначительными вибрациями, что ставит под угрозу точность измерения. Бункеры спроектированы так, чтобы надежно удерживать продукт и обеспечивать его выпуск при открытии затворов бункера. Это может быть проблемой при работе с липкими продуктами.

Подходящие покрытия или профили бункера могут помочь, но для самых липких продуктов используется механизм скребкового затвора, который механически облегчает удаление продукта. После того, как бункеры опустошились, продукт должен быть собран на разгрузочном желобе или сборной ленте — конструкция этой части может быть очень критичной, если взвешиваются высокие скорости и/или сложные продукты. На рисунке показан синхронизирующий бункер, используемый для уплотнения выгрузки продукта перед его поступлением в упаковочную машину.

Типичная производительность

Производительность комбинированных весов различается от модели к модели, а также от производителя к производителю. Производительность измерения имеет два основных параметра, которыми описывается данная машина: точность взвешивания, как бы она ни выражалась, и пропускная способность. Обычно существует компромисс между этими двумя параметрами. Типичные машины варьируются от небольших машин с 14 головками, имеющих емкость 50 г и минимальный шаг 0,01 г, до больших машин, которые будут обрабатывать несколько килограммов продукта за одну выгрузку. Скорости до 200 взвешиваний в минуту теперь становятся достижимыми в сочетании с весами и упаковщиками. Единственный практический способ оценить истинную производительность машины — провести испытания с реальным продуктом.

Факторы, влияющие на производительность. Вибрация

Вибрация, особенно на относительно низких частотах, передаваемая через опорную конструкцию, влияет на скорость взвешивания и/или точность. Электронные фильтры, необходимые для снижения воздействия вибрации, приведут к увеличению времени стабилизации продукта и уменьшению количества головок в комбинации, что приведет к снижению точности. Ранние конструкции систем защиты от вибрации пола увеличили скорость, с которой один бункер среднего размера мог стабилизировать ее с 60 до 80 взвешиваний в минуту. Однако можно использовать методы для сокращения времени стабилизации при наличии умеренных уровней вибрации.

Например, один производитель использует систему для контроля вибрации пола и внесения корректировок в выходные сигналы тензодатчиков; это обеспечивает более быструю фильтрацию и приводит к более высоким скоростям взвешивания при большем количестве головок в комбинации. Эта система использует четыре дополнительных тензодатчика, установленных по углам машины, которые действуют как датчики вибрации. Данные с этих тензодатчиков обрабатываются электронным способом, и генерируется сигнал, уникальный для каждой весовой головки. Этот сигнал смешивается в противофазе с выходным сигналом измерительного тензодатчика, таким образом, фактически устраняя влияние вибрации.

Двойная фазировка

Двойная фазировка — это метод, используемый для повышения производительности. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим машину с 14 головками, работающую со скоростью 120 взвешиваний в минуту (WPM). Физический предел для каждой головки составляет 60 WPM; используемый метод исключает четыре головки, которые только что выгрузились из следующего цикла взвешивания. Затем комбинация создается из четырех из 10 устойчивых головок; это оставляет шесть неиспользованных весов для следующей комбинации.

Бункеры, которые выгружали два цикла до этого, затем используются с шестью головками из предыдущего цикла, таким образом, машина будет иметь 10 устойчивых головок, доступных для комбинированного взвешивания. Если одна головка способна взвешивать со скоростью 100 WPM, максимальная скорость с двойной фазировкой составит 200 WPM. Необходимо соблюдать осторожность при выборе многоголовочного весового дозатора для высокоскоростных приложений; большинство весов показывают устойчивые головки и выбранные головки на дисплее оператора, из которого внимательное наблюдение покажет, является ли весовой дозатор двух- или даже трехфазным. Если машина с 14 головками имеет тройную фазировку, то 8 из 14 головок могут быть нестабильными, это приведет к уменьшению количества комбинаций, что в конечном итоге повлияет на точность.

Программное обеспечение приоритета подсчета

Хотя комбинационная весовая машина используется в основном для получения определенного веса комбинации, расчеты измерений могут быть сделаны и отображены в количестве штук. Однако общий вес упаковки также проверяется перед ее выгрузкой и может быть отклонен, если он выходит за установленные пределы веса. Комбинированный весовой дозатор может улучшить соотношение веса и дать лучшие результаты, чем взвешивание всей партии за один раз.

Улучшения достигаются за счет того, что общая выгрузка делится примерно на четыре части. Например: цель состоит в том, чтобы взвесить и отправить 10 печений, где вес штуки составляет 10 г ± 1 г. Вес для 10 печений в худшем случае может быть 10 x 11 г = 110 г или 10 x 9 г = 90 г. Это дает диапазон погрешности 20 г или два печенья. Комбинированный весовой дозатор настроен на подачу на каждую весовую головку, скажем, 25 % от целевого веса, в худшем практическом случае при плохой настройке это может быть 30 % от целевого веса. Это означает, что взвешивается максимум 3 печенья, а не 10.

Ошибки в этом измерении могут быть от 3 x 11 г = 33 г до 3 x 9 г = 27 г, что меньше одного продукта, это облегчает точное определение количества печений в каждом бункере и приводит к правильной комбинации выгрузок бункера для достижения конечной цели 10.

Родитель и ребенок

Программное обеспечение родительского и детского устройств определяет, что один бункер предназначен для одного продукта, например, для пакетика соуса или игрушки (родительская головка), а комбинация создается из других головок на машине (дочерняя головка(и)). Программное обеспечение написано таким образом, чтобы гарантировать, что продукт из родительской головки должен быть выгружен с весом комбинации. Обычно программное обеспечение имеет настройку, позволяющую либо включать родительский продукт в вес комбинации, либо добавлять его к весу комбинации.

Множественный сброс

Множественный сброс позволяет выбрать количество сбросов, чтобы обработать больший вес или объем, чем это было бы возможно при едином сбросе. Это отличается от сброса отдельных весов и их сложения. Например: предположим, что машина должна сбросить 1000 г, но производительность машины составляет 250 г на один сброс. Выгрузка, выполненная из четырех отдельных сбросов, каждый с целевым весом 250 г, обычно может включать систематические ошибки, такие как: Выгрузка 1 = 250,6 г Выгрузка 2 = 250,7 г Выгрузка 3 = 250,5 г Выгрузка 4 = 250,6 г, общий вес четырех сбросов составляет 1002,4 г

Выгрузка, выполненная с несколькими сбросами, корректирует целевой вес, используя фактическое измерение предыдущего сброса: Целевой сброс 1 = 250 г Достигнуто 250,6 г погрешность взвешивания +0,6 г Целевой сброс 2 = 250 г — 0,6 г исправленная ошибка достигнута 500,7 г вес первого и второго сброса, сложенных вместе. Целевой сброс 3 = 250 г – 0,7 г исправленная ошибка достигнута 750,5 г вес первого, второго и третьего сброса, сложенных вместе. Целевой сброс 4 = 250 г – 0,5 г исправленная ошибка достигла веса всех свалок 1000,6 г. Общий вес для четырех свалок составил 1000,6 г.

Калибровка/поверка

Калибровка многоголовочного весового дозатора довольно проста, поскольку она основана на стандартных или эталонных весах, которые поставляются с машиной и вручную или автоматически помещаются в каждый весовой бункер в системе взвешивания. Обычно машина будет проверяться каждый месяц, хотя с достижениями в области тензодатчиков и электронных технологий изменения в системе измерения видны лишь изредка. Перед использованием систем требуется, чтобы выходы тензодатчиков показывали ноль до начала производства — обычно это ручной процесс. Однако, когда машина работает, на бункерах могут скапливаться мелкие частицы продукта.

Система автоматической тары используется для автоматической регулировки нуля пустых бункеров сразу после их выгрузки. Обычно машина имеет настройку для управления частотой использования этой регулировки; частота будет зависеть от продукта и скорости производства. Система автоматической установки нуля также имеет другую функцию: гарантировать, что продукт не останется в бункерах слишком долго, это может стать проблемой при работе с продуктом, который быстро портится, например, замороженным продуктом. Это достигается путем принудительного включения бункера, который не использовался в течение определенного периода времени или нескольких циклов выгрузки, в расчет комбинации, а затем, сразу после выгрузки бункера, бункер автоматически настраивается на ноль. С этой функцией следует быть осторожным, так как она может снизить точность.

Весы брутто

Как и весы нетто, эти машины всегда являются устройствами с одним питателем, которые заполняют различные типы мешков заранее определенным весом продукта. В отличие от весов нетто, их применение заключается в заполнении продукта непосредственно в мешок до заданного веса без использования отдельного весового бункера. Обратите внимание, что аналогичные методы могут использоваться для заполнения других типов тары, такой как бутылки, жидкими продуктами, например, напитками на основе йогурта. В таких случаях значения веса и скорости заполнения, вероятно, будут значительно отличаться от приведенных ниже для весов для заполнения мешков.

Конструкция

Машины для розлива с открытым зевом брутто имеют устройство подачи и несущую конструкцию, соединенные болтами, чтобы сформировать единый блок. Питатель может быть разных типов: гравитационный, одношнековый или двухшнековый (наклонный или горизонтальный), ленточный или вибрационный в зависимости от характеристик материала. Питатель обычно представляет собой одно- или двухскоростной агрегат в зависимости от характеристик потока материала, пропускной способности и требуемой точности. Ниже питателя находится загрузочный желоб и зажим для мешка. Загрузочный желоб, зажим для мешка и мешок подвешены на одном или нескольких тензодатчиках.

Наполнители клапанных мешков могут быть как напорной камеры, так и импеллерного типа. Напорная камера, показанная на рисунке, использует сосуд, который содержит более одной навески материала — материал вдувается в мешок с помощью сжатого воздуха из насоса, который проталкивает материал через наполнительную головку в мешок. Отсечной клапан предотвращает дальнейшее попадание материала в мешок при достижении заданного веса.

Наполнительный тип использует турбинную крыльчатку, которая зачерпывает материал из бункера, который не находится под давлением. Обе конструкции проталкивают материал через наполнительную головку и носик мешка, к которому прикреплен клапанный мешок. И напорная камера, и импеллерный тип соединены с наполнительной головкой посредством гибкого соединения для механической изоляции носика узла взвешивания и мешка от механизма подачи. Наполнительная головка подвешена на одном или нескольких тензодатчиках.

Шнековые наполнители имеют винтовой шнек, помещенный в трубку и ориентированный как вертикальный винтовой питатель. Этот наполнитель находится внутри мешка и завинчивает материал в мешок. Мешок опускается по мере заполнения мешка, чтобы дно шнека находилось чуть ниже верхней части материала, заполняющего мешок. Мешок и зажим для мешка удерживаются на раме, которая подвешена к одному или нескольким тензодатчикам. Это более новые конструкции, которые имеют мало материала в полете и минимальное выделение пыли.

Типичная производительность

В зависимости от области применения машина обычно может заполнять до 6 мешков в минуту. Эти машины медленнее, чем весы для взвешивания нетто, поскольку необходимо снять предыдущий мешок и зажать новый мешок перед началом взвешивания. Класс, в котором одобрена данная машина, будет зависеть от характеристик материала. Максимальный и минимальный диапазон веса для данной машины составляет 5:1.

Калибровка/поверка

Первичная проверка легальной для торговли машины в Великобритании выполняется на месте уполномоченным органом или производителем, если он одобрен (сертифицирован) для проведения «самопроверки». Процедура заключается в первоначальной калибровке нулевого состояния (пустые весы), а затем в калибровке до значения, немного превышающего максимальную грузоподъемность весов, обычно 26 кг для машины грузоподъемностью 25 кг или 52 кг для машины грузоподъемностью 50 кг. Это делается для того, чтобы предотвратить перегрузку машины, если происходит небольшой цикл перевеса. MID не определяет, как проводятся проверочные испытания, поэтому обычно используются процедуры, подробно описанные в OIML R61. В определенных обстоятельствах сам прибор может использоваться в качестве контрольного прибора, но обычно используется отдельный контрольный прибор. Последующая калибровка или проверка могут быть выполнены утвержденным верификатором или инспектором. Затем на весы и контроллер прикрепляется наклейка повторной калибровки, и результаты документируются для целей прослеживаемости.