Micro pesi di ingredienti composti

Micro pesate di ingredienti composti Il primo sistema di pesatura automatico controllato a distanza installato per la mescolatura della gomma ebbe luogo intorno al 1955, con l'attrezzatura di pesatura composta da leve di bilancia meccaniche collegate a comparatori aventi gruppi potenziometro montati sui perni del quadrante e semplici circuiti Wheatstone Bridge che attivano relè meccanici per il controllo dell'alimentazione del materiale. Quel primo sistema, e molti successivi, includevano l'automazione dell'alimentazione e della pesatura di nerofumo e oli, con il caricamento manuale delle scorte di polimeri su un nastro trasportatore montato su una bilancia meccanica/quadrante. Il controllo per la sequenza dei cicli di pesatura e di carica del miscelatore è stato realizzato tramite un cilindro azionato da un motore avente contatti raschianti regolabili per controllare i parametri variabili del sistema.

Inizialmente, non è stato fatto alcun tentativo di automatizzare i micro ingredienti. Questo articolo tratterà i problemi incontrati nei numerosi tentativi fatti nell'area dell'automazione dei microingredienti (che devono essere considerati esperienze di apprendimento) e si concluderà con una descrizione delle più recenti apparecchiature disponibili che forniscono la soluzione ottimale a questi problemi. Definizione dei termini Ogni volta che viene discussa la pesatura automatica, vengono utilizzati termini che possono creare confusione se non definiti.

* Precisione. Per questa presentazione, accuratezza indica la quantità effettiva di materiale introdotto nel processo. Poiché l'integrità dell'intero lotto dipende dalla quantità effettiva di ciascun ingrediente nel lotto, tutte le altre variabili in un sistema di pesatura devono essere regolate o controllate per garantire che la quantità effettiva sia il più vicino possibile alla quantità formulata in laboratorio.

* Risoluzione. Questo termine è utilizzato in riferimento all'elemento sensore/trasduttore di peso nel sistema e definisce il più piccolo incremento utilizzabile che un segnale di peso può generare per essere utilizzato per la visualizzazione e il controllo. * Ripetibilità.

Una cosa è essere in grado di fornire un sistema automatizzato che tenga sotto controllo il fattore di precisione per alcune volte, ma un sistema di successo è accettabile solo quando l'accuratezza è presente quasi sempre. La capacità di un sistema di raggiungere obiettivi di precisione in modo coerente è chiamata ripetibilità. * Pesatura netta.

Viene utilizzato nella pesatura di lotti quando uno o più materiali vengono alimentati in una tramoggia montata su un gruppo sensore/trasduttore di carico con azzeramento automatico del sistema tra le singole pesate di materiale. Questa tecnica è in contrasto con la perdita di peso o il peso per sottrazione che è descritto più dettagliatamente in seguito. Tentativi originali di automazione dei microingredienti Poiché diversi tipi di nerofumo erano alimentati da coclee e pesati automaticamente con successo in una tramoggia di pesatura comune collegata al retro di un miscelatore tramite un beccuccio verso il basso, i tentativi originali di pesatura dei microingredienti utilizzavano una versione più piccola di quello stesso concetto.

L'unica differenza era che il beccuccio verso il basso entrava nel lato del mixer a causa di vincoli di layout fisico. Diversi seri problemi sono emersi piuttosto rapidamente utilizzando questa tecnica di pesatura a rete, incluso il numero limitato di materiali che potevano essere movimentati, il fatto che alcuni dei materiali come zolfo e ossido di zinco si sono attaccati ai lati della tramoggia di pesatura e del beccuccio verso il basso, il limite di risoluzione di una parte: 1.000 con una precisione minima, gli effetti delle vibrazioni sull'attrezzatura di vendita meccanica, oltre alla spesa per avere uno di questi sistemi per miscelatore, portavano all'evidente conclusione che questo non era un modo praticabile per automatizzare micro pesatura degli ingredienti. Da questi primi tentativi di automazione, i problemi hanno cominciato a emergere nelle categorie di precisione, movimentazione dei materiali e costi.

Introduzione della tecnologia delle celle di carico Un importante miglioramento nell'aspetto strumentale del sistema è stato reso disponibile attraverso l'introduzione di celle di carico estensimetriche elettroniche invece di leve e quadranti meccanici. Ciò ha portato a capacità di risoluzione di una parte: 5.000, con la capacità di fornire smorzamento e filtraggio elettronici per un migliore controllo delle vibrazioni. Questa nuova tecnologia ha fornito alcuni "salti quantici" nell'area della precisione, una delle aree problematiche del focus target da risolvere.

La strumentazione delle celle di carico ha anche aperto nuove possibilità nell'area del controllo dell'input delle formule attraverso l'uso di dispositivi da analogico a digitale e da digitale ad analogico. Le rotelline digitali e le schede perforate sono diventate la modalità accettabile per il controllo delle formule e la registrazione dei dati è diventata una realtà. Tuttavia, le altre due aree problematiche dell'automazione dei microingredienti, vale a dire l'aspetto della movimentazione dei materiali e il costo totale del sistema, non sono state aiutate con questo aggiornamento della strumentazione.

Tentativi di risolvere i problemi di movimentazione dei materiali Con lo sviluppo di fogli di materiale a basso indice di fusione che potrebbero essere utilizzati per realizzare sacchetti, è nata l'idea che mettere i microingredienti in questo tipo di sacchetto e far cadere l'intero sacchetto nel miscelatore avrebbe eliminato molti i problemi di incollaggio originariamente sperimentati nel concetto comune di tramoggia di pesatura sono stati inizialmente provati. Ciò ha portato alla realizzazione che il riempimento di sacchi in una posizione centrale consentirebbe a un sistema di servire più linee di miscelazione, il che aiuterebbe a giustificare i costi per un sistema automatizzato. Ma questo ha lasciato la sfida sul modo migliore per riempire le borse.

È stata provata la preparazione di premiscela master batch con il lotto premiscelato trasportato su un'unica bilancia che sarebbe stata utilizzata per riempire il sacchetto attraverso un unico beccuccio di riempimento. In origine veniva utilizzato un operatore in piedi presso l'erogatore di riempimento che posizionava i sacchetti vuoti e sigillava i sacchetti pieni. Il passo successivo è stato il tentativo di sostituire l'operatore con un sistema automatico di movimentazione dei sacchi.

È stato utilizzato un tipo che utilizzava sacchi collegati tramite una linguetta ed estratti da una scatola secondo uno schema a ventaglio, e il tentativo successivo è stato l'uso di un sistema di forma/riempimento/sigillatura in cui lo stock di tubi veniva prelevato da un rotolo, un sacchetto formato e riempito con il pre-miscela e sigillato formando il fondo della busta successiva. Dal punto di vista della movimentazione delle borse, queste macchine hanno funzionato molto bene. Tuttavia, il vecchio problema della movimentazione dei materiali ha alzato di nuovo la sua brutta testa.

I lotti premiscelati non erano assolutamente omogenei in quanto uscivano dal premiscelatore e il trasporto dei lotti dal miscelatore alla stazione di riempimento provocava la segregazione e, di conseguenza, non c'era modo di garantire la correttezza delle proporzioni dei materiali che sono stati inseriti nei sacchi. L'uso di una bilancia netta sopra il beccuccio di riempimento di queste macchine automatiche per la movimentazione dei sacchi non ha eliminato il problema della movimentazione dei materiali dei materiali misti che si attaccavano alla tramoggia di pesatura e all'erogatore del sacco. Controllo della perdita di peso Più o meno contemporaneamente all'introduzione dei sacchi a basso punto di fusione e alla gestione automatica dei sacchi, è stato sviluppato un nuovo concetto di pesatura chiamato perdita di peso.

Anche se probabilmente hai familiarità con questo termine, in breve significa che una tramoggia di pesatura e un gruppo alimentatore sono montati su una piattaforma della bilancia, la tramoggia di pesatura viene riempita da un silo di alimentazione sopraelevato e dopo la tara (riazzeramento del carico totale ), l'alimentatore viene eseguito per pesare (o pesare per sottrazione) la quantità di batch richiesta. Il vantaggio principale di questo tipo di controllo del peso è che non c'è tramoggia di pesatura o superficie di contatto a cui i materiali possono attaccarsi dopo che sono stati pesati, con conseguente precisione di pesatura molto migliore del materiale da movimentare. Il problema di avere un beccuccio di riempimento con un sistema di movimentazione automatica dei sacchetti, tuttavia, non eliminava i problemi di segregazione e di miscela non omogenea già menzionati.

Tutto ciò che ha fatto questa soluzione è stato mettere una quantità più accurata di quantità sconosciute della miscela nel sacchetto. A questo punto nello sviluppo dell'alimentazione con perdita di peso, c'erano ancora alcuni svantaggi, uno dei quali era il rapporto molto elevato tra carico morto e carico vivo della tramoggia e dell'attrezzatura di alimentazione in relazione alla quantità effettiva di ingrediente da pesare. Ciò richiedeva lo sviluppo di un metodo per compensare questo carico morto attraverso un dispositivo meccanico, in modo da poter utilizzare una cella di carico di una capacità prossima al peso massimo richiesto per un determinato lotto.

A questo punto, tuttavia, la tecnologia e la strumentazione delle celle di carico erano aumentate al punto che erano disponibili capacità di risoluzione di 1:10.000, quindi la tendenza tecnologica era nella direzione di fornire una migliore precisione. Un altro svantaggio dell'utilizzo del controllo della perdita di peso era il fatto che ogni ingrediente necessitava del proprio contenitore di fornitura, alimentatore di riempimento e sistema di pesatura che ha portato il prezzo di un sistema a più ingredienti al punto in cui era difficile giustificare i costi. Sebbene il fattore di precisione in un sistema automatizzato stesse andando nella giusta direzione, le richieste di alcuni dei prodotti chimici da utilizzare nelle combinazioni alimentatore/bilancia disponibili erano tali che questi sistemi non erano ancora all'altezza di un livello in cui tutti i requisiti potevano essere soddisfatto.

A causa delle caratteristiche di manipolazione del materiale della maggior parte degli ingredienti da utilizzare, sono necessari alimentatori a coclea. Gli alimentatori di tipo convenzionale che utilizzano il controllo dell'azionamento a due velocità forniscono un rapporto di riduzione (velocità di avanzamento rapida a velocità di avanzamento lenta) di solo circa 50:1; e sebbene l'alimentatore funzionasse più lentamente alla velocità di gocciolamento, la portata volumetrica non cambia, risultando in una grande quantità di materiale di cui occuparsi alla conclusione della pesatura. Certo, questo fattore non è così critico nel controllo della perdita di peso come nella pesatura netta, ma è comunque un fattore significativo considerando l'inerzia di un sistema di pesatura durante l'alimentazione e l'interruzione del flusso di materiale al termine della pesatura.

La generazione "ora" di trasduttori e alimentatori Tutto ciò che è stato discusso finora era informazioni di base che portavano all'attrezzatura disponibile oggi, che ha la capacità di affrontare tutte le sfide tra cui precisione, movimentazione dei materiali e costi, che fino ad ora sono sfuggite a soluzioni complete . Per prima cosa consideriamo i trasduttori che vengono utilizzati. I tipi di cavi vibranti o estensimetri hanno ancora limitazioni nell'intervallo di risoluzione 1:10.000 e sebbene sia disponibile un trasduttore basato su giroscopio, che ha una capacità di risoluzione molto più elevata, è molto difficile da implementare in un'applicazione di pesatura dinamica.

Questo ci porta a un trasduttore ora disponibile chiamato tipo di ripristino della forza magnetica. Questo dispositivo parte da un punto di equilibrio nullo e quando viene applicato un carico, la corrente richiesta per riportare la bobina del trasduttore a quel punto zero può essere misurata in modo molto preciso risultando in un sensore di peso con risoluzione utilizzabile e capacità di visualizzazione di 1:120.000. Questo tipo di trasduttore è ora disponibile, integrato in una piattaforma della bilancia di dimensioni 600 x 750 mm (23.

6" x 29,5"), ad esempio, che è abbastanza grande per il montaggio di un gruppo tramoggia/alimentatore con conseguente perdita di peso con una capacità di 240 chilogrammi (529,2 libbre) che può essere letta con l'approssimazione di 2 grammi (.

004 libbre o. 064 once). Inoltre, grazie al design flessibile incluso in questa piattaforma della bilancia, è possibile precaricare questa bilancia con un massimo di 65 chilogrammi (143 libbre) per compensare il "carico morto" della tramoggia e del gruppo alimentatore senza erodere il carico in movimento capacità e leggibilità come accennato in precedenza.

Con questa nuova tecnologia, il segnale di peso da questa piattaforma della bilancia può essere prontamente convertito in un formato RS232 per interfacciarsi con qualsiasi dispositivo di tipo microprocessore o microcomputer. Tuttavia, per sfruttare questo nuovo livello di capacità del sensore/trasduttore di peso, è necessario utilizzare un nuovo design dell'alimentatore che abbia un rapporto di turn-down molto più elevato rispetto a quelli precedentemente disponibili. Poiché è ancora necessaria l'alimentazione del tipo a coclea (a causa delle caratteristiche di manipolazione degli ingredienti da manipolare), l'uso di un comando a due velocità con due coclee di diametro diverso è la risposta.

L'esecuzione di entrambe le coclee alla velocità di avanzamento elevata per la maggior parte del ciclo di alimentazione, e quindi l'esecuzione solo della coclea di piccolo diametro a una velocità molto più bassa per il ciclo di alimentazione a gocciolamento, comporta rapporti di riduzione che si avvicinano a 500:1, eliminando quanto descritto in precedenza problemi di velocità di avanzamento come punto di interruzione. Empiricamente è stato riscontrato che l'accuratezza di una pesatura, quando l'alimentatore di dimensioni e tipo appropriati è montato su una piattaforma della bilancia di dimensioni adeguate, non sarà superiore a più o meno 3 divisioni della risoluzione. Da questo input, puoi vedere che non è possibile aspettarsi precisioni fino a 10 kg.

(22,05 libbre) a più o meno 6 gms.

(.01 lb.).

Con la risoluzione dei problemi di movimentazione dei materiali, le capacità di precisione disponibili per soddisfare i requisiti di compounding odierni e sulla base dell'utilizzo di sacchi a basso punto di fusione come metodo migliore per garantire che la giusta quantità del materiale giusto entri nel composto, l'unica cosa rimasta è il modo migliore per riempire le borse. La figura 1 mostra il sistema ottimale che incorpora tutta la tecnologia attuale. Sebbene siano mostrate solo tre stazioni di perdita di peso, è possibile un numero illimitato di stazioni, poiché sono disposte in fila lungo entrambi i lati di un trasportatore di contenitori che può essere lungo quanto necessario.

Ciascuna piattaforma della bilancia è montata su un supporto portatile, in modo che possano essere posizionate secondo necessità e, se necessario, è possibile spostare in posizione unità di capacità diverse al variare delle formule. Inoltre, su ciascuna piattaforma della bilancia ci sono binari a V capovolti e sotto ogni gruppo tramoggia/alimentatore ci sono ruote scanalate a V, che consentono di posizionare qualsiasi tramoggia/alimentatore in qualsiasi stazione della bilancia. Con questa disposizione, è possibile utilizzare il numero minimo di bilance (è qui che si verificano i risparmi sui costi) e un gran numero di gruppi tramoggia/alimentatore può essere conservato in un luogo conveniente e posizionato secondo necessità.

Mantenere una tramoggia/alimentatore dedicato a un particolare materiale consente inoltre di risparmiare tempo nella pulizia ed elimina la possibilità di contaminazione se un'unità tramoggia/alimentatore viene utilizzata per più di un materiale. Sotto gli ugelli di scarico degli alimentatori che sono stati ruotati in posizione, è presente un gruppo convogliatore costituito da contenitori equidistanti in cui vengono collocati i sacchi vuoti. La spaziatura dei gruppi di alimentazione a perdita di peso coinciderà con le linee centrali di questi contenitori; il trasportatore sarà controllato in modo tale da essere automaticamente indicizzato un incremento alla volta.

Al termine del ciclo di indicizzazione, ciascuna bilancia pesa la quantità richiesta direttamente nel sacco, con le formule conservate in memoria nel microcomputer che gestisce l'intero sistema. Con il numero di piattaforme bilanciate pari al numero massimo di ingredienti mai inseriti in qualsiasi composto e le unità tramoggia/alimentatore portatili pari al numero totale di ingredienti mai utilizzati, lo spostamento di questi gruppi nella posizione corretta offre flessibilità illimitata e combinazioni di ingredienti. Con questo tipo di sistema di pesatura dei microingredienti, un operatore si trova all'estremità di questo gruppo di trasporto del contenitore per posizionare i sacchetti vuoti nei contenitori posizionati di fronte a lui, ed estrae anche i sacchetti pieni quando arrivano, sigilla a caldo e li posiziona su un pallet o in un contenitore di tipo tote per la consegna alle stazioni di miscelazione.

Sebbene non sia mostrato nel disegno di riferimento, il controllo della polvere è integrato nel sistema posizionando punti di "raccolta" della polvere nella posizione di scarico dell'alimentatore in ciascuna stazione della bilancia. Naturalmente con l'odierna tecnologia digitale, tutto ciò che accade sulla linea di riempimento dei sacchi può essere registrato e, come ulteriore sicurezza, è possibile fornire una robusta identificazione dell'interruttore di prossimità industriale in modo che il sistema non funzioni a meno che i materiali non siano richiesti nel formula sono infatti in posizione sulle piattaforme della bilancia. Come controllo finale che la corretta quantità di materiale sia stata introdotta in ogni lotto di miscelatore, i sacchi pieni possono essere posizionati su un trasportatore automatico di indicizzazione dei sacchi a lato della tramoggia di ingresso del miscelatore e una piattaforma di pesatura può essere posizionata allo scarico all'estremità di quel nastro trasportatore per catturare e controllare il peso del sacco appena prima che venga scaricato nella tramoggia del miscelatore.

Questo tipo di disposizione del trasportatore indicizzato elimina la necessità che un operatore si trovi al miscelatore nel momento esatto del ciclo del miscelatore e il controller del miscelatore può indicizzare il trasportatore del sacco in più punti del ciclo se necessario per composti sofisticati. Conclusione Oggi, la corretta applicazione delle attuali tecniche di manipolazione dei materiali, rilevamento del peso e manipolazione dei sacchi rende possibile soddisfare i severi requisiti della pesatura dei microingredienti per la mescola della gomma.