CN117597645A - 控制充填机中流量调节阀的系统和方法 - Google Patents

控制充填机中流量调节阀的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117597645A
CN117597645A CN202280047235.9A CN202280047235A CN117597645A CN 117597645 A CN117597645 A CN 117597645A CN 202280047235 A CN202280047235 A CN 202280047235A CN 117597645 A CN117597645 A CN 117597645A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow
control
regulating valve
filling machine
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280047235.9A
Other languages
English (en)
Inventor
费德里卡·维拉尼
尼古拉·加鲁蒂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tetra Laval Holdings and Finance SA
Original Assignee
Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tetra Laval Holdings and Finance SA filed Critical Tetra Laval Holdings and Finance SA
Publication of CN117597645A publication Critical patent/CN117597645A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00Control of flow
    • G05D7/06Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65BMACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/04Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
    • B65B3/10Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by application of pressure to material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65BMACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/26Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled
    • B65B3/30Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled by volumetric measurement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65BMACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B51/00Devices for, or methods of, sealing or securing package folds or closures; Devices for gathering or twisting wrappers, or necks of bags
    • B65B51/10Applying or generating heat or pressure or combinations thereof
    • B65B51/14Applying or generating heat or pressure or combinations thereof by reciprocating or oscillating members
    • B65B51/144Closing paperboard containers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65BMACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B57/00Automatic control, checking, warning, or safety devices
    • B65B57/10Automatic control, checking, warning, or safety devices responsive to absence, presence, abnormal feed, or misplacement of articles or materials to be packaged
    • B65B57/14Automatic control, checking, warning, or safety devices responsive to absence, presence, abnormal feed, or misplacement of articles or materials to be packaged and operating to control, or stop, the feed of articles or material to be packaged
    • B65B57/145Automatic control, checking, warning, or safety devices responsive to absence, presence, abnormal feed, or misplacement of articles or materials to be packaged and operating to control, or stop, the feed of articles or material to be packaged for fluent material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65BMACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B9/00Enclosing successive articles, or quantities of material, e.g. liquids or semiliquids, in flat, folded, or tubular webs of flexible sheet material; Subdividing filled flexible tubes to form packages
    • B65B9/10Enclosing successive articles, or quantities of material, in preformed tubular webs, or in webs formed into tubes around filling nozzles, e.g. extruded tubular webs
    • B65B9/20Enclosing successive articles, or quantities of material, in preformed tubular webs, or in webs formed into tubes around filling nozzles, e.g. extruded tubular webs the webs being formed into tubes in situ around the filling nozzles
    • B65B9/213Enclosing successive articles, or quantities of material, in preformed tubular webs, or in webs formed into tubes around filling nozzles, e.g. extruded tubular webs the webs being formed into tubes in situ around the filling nozzles the web having intermittent motion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65BMACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B55/00Preserving, protecting or purifying packages or package contents in association with packaging
    • B65B55/02Sterilising, e.g. of complete packages
    • B65B55/04Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging
    • B65B55/10Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging by liquids or gases
    • B65B55/103Sterilising flat or tubular webs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

一种控制充填机(1)的流量调节阀(6)的方法,用于控制可倾倒食品的流量,其包括:接收来自压力传感器(14)的入口压力测量值(PIN);接收来自流量计(16)的入口流量测量值(FIN);通过流量反馈控制模块(22)的组合贡献值(C1,C2)确定控制信号(Sc),以控制流量调节阀(6)的操作位置,在其输入端接收流量设定点(FSP)和入口流量测量值(FIN),并生成指示入口流量测量值和流量设定点之间差值的第一控制贡献值(C1);和流量前馈控制模块(20),在其输入端接收入口压力测量值(PIN)和流量设定点(FSP),并利用预先存储的流体动力学图生成作为流量设定点和入口压力测量值的函数的第二控制贡献值(C2),该流体动力学图可为流量调节阀在测试条件下的特征描述的结果。流量前馈控制模块根据充填机和/或相关可倾倒食品的不同操作条件,以动态适应的方式使用流体动力学图,从而适应于同样的不同运行条件和/或可倾倒食品。

Description

控制充填机中流量调节阀的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制充填机中流量调节阀的系统和方法,该充填机用于向复合包装中充填可倾倒食品。
背景技术
众所周知,许多液体或可倾倒的食品,如果汁、UHT(超高温处理)奶、酒、番茄酱等,都是以由多层复合包装材料制成的复合包装进行分装和销售的。
一个典型的示例是被称为Aseptic(注册商标)的用于可倾倒食品的平行六面体形包装,其是通过密封和折叠层压条状包装材料制成的。所述包装材料具有多层结构,其包括两侧都覆盖有热封塑料材料(例如聚乙烯)层的纸板和/或纸基层。在用于长期储存产品的无菌包装的情况下,包装材料还包括氧气阻隔材料层(例如铝箔),其叠加在一热封塑料材料层上,然后再覆盖另一热封塑料材料层,该另一热封塑料材料层形成包装的最终与食品接触的内表面。
这种复合包装通常是在全自动充填(或包装)设备中生产的,其中至少从多层复合包装材料的卷材(从卷轴上缠绕)开始形成复合包装,然后用可倾倒食品充填该复合包装。
典型的包装设备至少包括充填机,用于从多层复合包装材料中形成复合包装,并用可倾倒食品充填该复合包装。此外,包装设备还可包括下游处理设备,从充填机接收复合包装,并对复合包装进行额外处理;下游处理设备例如可包括一或多个缓冲单元,用于临时缓冲复合包装;施加单元,用于在复合包装上施加例如吸管;成组单元,例如集装单元,用于将多个复合包装成组化到存储单元(如托盘)中。
参考图1,举例说明了充填机1(有时也称为包装机),尤其是用于将液体或可倾倒食品充填到多层复合包装2中的辊式充填机。
多层复合包装材料可包括至少一个纤维材料层,例如纸或纸板层,以及至少两个热密封塑料材料(例如聚乙烯)层,其将纤维材料层夹在中间。这两个热密封塑料材料层中的一个限定了复合包装2的在同一复合包装2中最终接触可倾倒食品的内面。
多层复合包装材料还可包括一个气体和光阻隔材料层,如铝箔或乙烯-乙烯醇(EVOH)膜,尤其是布置在其中一个热密封塑料材料层和纤维材料层之间。优选地,多层复合包装材料还可包括另一热密封塑料材料层,夹在所述气体和光阻隔材料层与纤维材料层之间。
具体来说,多层复合包装材料是以卷材的形式提供的,特别是卷绕在包装材料卷筒3上,从卷筒3沿卷材进给方向A通过充填机1;通过提供纵向密封,在充填机1中由所述卷材形成管4。
液体食品通过管道5进入管4,且调节阀6用于调节液体食品通过管道5到达管4并填充包装2的流量。特别地,调节阀6将管道5与加工线7连接起来,所述加工线7(以任何已知的方式)配置为在液体食品包装之前对其进行加工(加工线7还与储罐或类似的储存装置7′连接)。
管4的下端8被进给到折叠装置9,在该装置中进行横向密封,管4根据折叠线(也称为弱化线)折叠,然后被切断,这样就形成了装有液体食品的复合包装2。
如图1所示,充填机1还可包括灭菌装置S,例如过氧化氢浴或LVEB(Low-VoltageElectron Beam低压电子束)站,用于确保在形成管4之前卷材不含不需要的微生物。
充填机1还包括控制单元10,该控制单元10(除了此处未说明的其他功能外,用于管理充填机1的操作)可操作地与调节阀6连接在一起,并被配置为向同一调节阀6提供控制信号Sc,以调节其位置,从而调节通过管道5并进入管4的液体的流量。
例如,控制单元10包括PLC(可编程逻辑控制器)或任何合适的处理和计算单元,被配置为执行设计用于为调节阀6生成上述控制信号Sc的计算机程序。
以本申请人名义于2021年6月18日提交的第21180243号欧洲专利申请公开了一种通过控制单元10控制调节阀6的有利而有效的方案。
特别地,根据该方案,充填机1还包括压力传感器14,用于确定从加工线7向同一充填机1中的管道5输送的液体食品的入口压力测量值PIN。确定的入口压力测量值PIN(通过有线或无线方式)提供给控制单元10。
特别是,压力传感器14相对于所述可倾倒食品流到管道5进入充填机1的流动方向,被安装在调节阀6的上游。
充填机1还包括流量计16和液位检测器18。
流量计16确定从加工线7送入充填机1的液体食品的入口产品流量测量值FIN;并且液位检测器18确定从管道5送入管4用于充填包装2的液体食品的产品液位测量值LM
确定的产品流量和液位测量值FIN、LM也将提供给控制单元10(同样以有线或无线方式)。
特别地,流量计16相对于所述可倾倒食品进入充填机1的流动方向也被布置在调节阀6的上游;且液位检测器18以任何适当的方式布置(例如,靠近管4),以检测同一管4内的液位(例如,以非接触方式、通过电磁式测量)。
入口压力、产品流量和产品液位测量值可称为充填控制参数,控制单元10据此控制调节阀6并产生相应的控制信号Sc
如上述专利申请No.21180243所述(下文还将详细介绍),控制单元10被配置为执行流量比例-积分-微分(PID)模块,在其输入端接收流量设定点和入口产品流量测量值FIN。流量PID模块的输出显示由流量计16测量的实际流量与由流量设定点所代表的期望流量之间的差值。
控制单元10还配置有流量前馈(FF)模块,在其输入端接收来自压力传感器14的入口压力测量值PIN和流量设定点。
流量前馈模块利用流体动力学图生成流量设定点和入口压力测量值PIN的函数的直接控制输出,流体动力学图是调节阀6在测试状态下的特征描述的结果。
流量比例-积分-微分(PID)模块和流量前馈模块的输出(均指示调节阀6的位置)在控制单元10中进行组合,以生成调节阀6的控制信号Sc,并根据组合的输出的函数对调节阀6进行调节。
使用入口压力测量值PIN作为流量前馈控制模块的输入尤其有利,因为这样也可以根据来自加工线7的实时压力测量来调节调节阀6,从而使同一调节阀6能够快速适应同一加工线7中的压力变化和波动。例如,当加工线7中的压力下降时,例如由于产品管线干扰造成的压力下降,调节阀6可以进行调节以补偿这种压力下降。
因此,与已知的控制方案(没有上述的压力传感器14)相比,可以实现对干扰的快速反应,并为充填机1提供稳定的运行,减少包装材料和产品的浪费。
控制单元10还可包括外部液位PID控制模块,在其输入端接收液位设定点和产品液位测量值LM,并产生一个输出,指示通过液位检测器18测量的实际产品液位与由液位设定点表示的期望液位之间的差值,该差值用于提供上述的流量设定点。
在这种情况下,控制单元10采用双PID控制回路,基于压力和液位测量值进行更精确的控制,以调节通过调节阀6的流量。
本申请人意识到,尽管上述控制方案具有优势,但仍可加以改进。
特别是,在流量前馈控制模块中存储和使用的预确定的流体动力学图是基于在试验台架上对流量调节阀6进行的特性分析(即同一阀门与充填机1分离),并以预定的液体(特别是水)作为流经的液体。因此,在流体动力学图所代表的流量调节阀6的模型中,只需考虑调节阀6上的压降和水的粘度特性。
本申请人已经意识到,当充填机1需要处理粘度较高的产品时,或者由于相应的容量/体积导致充填线上的压降较大时,可能需要对预确定的流体动力学图进行调整,即调节阀6最初可以设置在一个略微偏移的位置。因此,控制单元10对压力扰动的反应速度可能会变慢(在这种情况下,主要通过流量PID控制模块的作用,众所周知,该模块对相同扰动的补偿速度较慢)。
尽管已知的充填机运行状况令人满意,但本申请人还是意识到,需要一种控制相关的流量调节阀的改进的方案,以调节充填在成型包装中的液体食品的流量。
发明内容
因此,本发明的方案的目的是提供一种改进的流量调节阀控制系统和方法,至少可以部分满足上述需求。
因此,根据本发明的方案,提供了一种控制方法和系统,如所附权利要求中所限定的那样。
附图说明
本发明的非限制性实施方式将参照附图进行描述:
-图1是已知充填机的示意图,该充填机带有用于控制相应流量调节阀的控制单元;
-图2是根据一种可能的实施方式的充填机的控制单元的示意框图;
-图3-5显示了与图2的控制单元操作有关的数量示意图;
-图6是在图2的控制单元中执行的操作的流程图;
-图7A和7B是根据不同实施方式的充填机的控制单元的示意框图;以及
-图8是根据另一个不同实施方式的充填机的控制单元的示意框图。
具体实施方式
图2示出了控制单元10的原理框图(图2中与图1中类似的元件用相同的标号表示),该控制单元10用于控制充填机1中的流量调节阀6(该充填机1的例如布置和配置与前述图1中公开的相同)。
控制单元10用于接收上述充填控制参数,尤其是:来自压力传感器14的入口压力测量值PIN;以及来自流量计16的入口产品流量测量值FIN
控制单元10包括:
流量前馈(FF)控制模块20,在其输入端接收来自压力传感器14的入口压力测量值PIN以及流量设定点FSP;以及
流量反馈控制模块22,在其输入端接收来自流量计16的相同流量设定点FSP和入口产品流量测量值FIN(在该示例中与流量前馈控制模块20并联布置和运行)。
流量设定点FSP表示产品通过调节阀16进入管道5并流向管4的目标流量。流量设定点FSP可以根据启动流量百分比、额定流量百分比、机器速度流量百分比、液位设定点和/或(由液位检测器18测得的)产品液位中的一或多个函数来确定。
在一个可能的实施方案中,流量反馈控制模块22由比例-积分-微分(PID)模块实现,该模块基于流量计16测量的入口产品流量测量值FIN(代表实际流量)与流量设定点FSP(代表期望流量)之间的差值,按照比例、积分和微分控制动作(以任何已知的方式,在此不作详细讨论),在其输出端生成第一控制贡献值C1
如图2所示,入口产品流量测量值FIN和流量设定点FSP之间的上述差值在求和模块23中进行计算,其输出代表流量反馈控制模块22的输入。
流量前馈控制模块20使用预设置的流体动力学图在其输出端生成第二控制贡献值C2,该第二控制贡献值C2是流量设定点FSP和入口压力测量值PIN的函数,如前所述,该流体动力学图是流量调节阀6在测试状态下的特征描述结果。
第一和第二控制信号C1、C2在求和块24中组合(特别地,相加),在输出端产生充填机1的流量调节阀6的控制信号Sc,用于调节其位置(阀门的位置从关闭位置到全开位置),从而调节液体食品进入管道5、然后再进入管4以形成已充填的包装12的流量。
图3示出了与流量前馈控制模块20中实施的流体动力学图有关的示例图,以确定对流量调节阀6的受控位置的第二控制贡献值C2
在图3的示意图中,这些图形绘制了流量(y轴)与阀门位置(x轴)的关系,每个图形代表的是不同的压力值。特别是,在给定入口压力测量值PIN(以及相应的图形)和流量设定点FSP的情况下,流量调节阀6的位置(代表上文讨论的由前馈控制模块20提供的第二控制贡献值C2)可以在相同的相应图形中找到。
图4示出了在流量前馈控制模块20中实施的相同流体动力学图的不同表示方法,其中引入了组合变量Cd,该变量是流量和压力值的函数:
同样,给定入口压力测量值PIN和流量设定点FSP(以及由此产生的组合变量Cd的值Cd’),可以在图中确定工作点,即根据上述第二控制贡献值C2确定流量调节阀6的位置。
如前所述,流量前馈控制模块20中存储和执行的流体动力学图是预确定的,例如通过流量调节阀6的特征描述获得(或通过设计设定)。因此,相同的图谱并没有考虑到充填食品的不同特性,例如粘度,和/或充填机1的不同运行条件,例如高容量/产能、高压降或高速度。
在这方面,图5示出了在不同产品(用P1、P2、P3表示)和充填机的不同运行条件(如高速条件)下与流量调节阀6的实际模型有关的不同图。显然,在不同的产品和/或不同的操作条件下,存储在流量前馈控制模块20中的预确定图在系统建模时可能并不理想,因此由同一流量前馈控制模块20确定的流量调节阀6的位置可能会将系统带入一个不理想的初始工作点或偏移位置。
因此,由比例-积分-微分(PID)模块实现的流量反馈控制模块22必须用第一控制贡献值C1补偿偏移位置,从而导致控制系统的整体响应速度变慢。
为了解决这个问题,根据本方案的一个方面,流量前馈控制模块20被配置为根据充填机1(和相关液体食品)的不同运行特性,以动态自适应的方式使用流体动力学图,从而适应这些不同的特性。
下文将详细说明,根据一个可能的实施方式,流量前馈控制模块20被配置为根据充填机和相关产品的上述不同特性动态地适应预先存储的流体动力学图。
更详细地说,参照图6,根据本方案的一个方面,在适应时间间隔期间,例如当充填机1开始新的生产时(这可能意味着不同的液体食品和/或同一充填机1不同的运行参数和条件),控制单元10执行动态适应程序。
第一步,标记30,控制单元10可以等待充填操作的稳定。
如步骤31所示,然后在规定的时间内获取指示充填机运行的操作信号,特别是:入口产品流量和压力FIN、PIN(分别由流量计16和压力传感器14提供);流量调节阀6的(实际)位置(例如由相应驱动伺服电机的位置确定);由流量前馈控制模块20生成的第二控制贡献值C2
然后,如步骤32所示,控制单元10对接收到的数据进行处理,以适应充填机1和相关产品的(可能不同的)运行条件;根据一个可能的实施方案,确定一个动态适应的流体动力学图,在流量前馈控制模块20中实施,以适应充填机的行动。
特别是,确定一个理论压力值,该值对应于流量前馈模块20输入所需的入口压力,以便使流量调节阀6的(实际)位置与同一流量前馈控制模块20输出端生成的第二控制贡献值C2相匹配。
在一个可能的实施方案中,如步骤33所示,可以考虑通过一个矩阵来表示映射,该矩阵表示上述变量Cd与流量调节阀6位置之间的关系(见上图4),Cd是入口产品压力和流量的函数。
根据流量调节阀6的已确定的位置,例如通过相应的驱动伺服电机间接测量的位置,通过反向Cd阀位置矩阵计算出相应的Cd值。
第34步,根据计算出的Cd值,得到作为入口产品流量和压力的函数的理论压力值。
如步骤35所示,通过计算所测得的入口产品压力PIN与该理论压力之间的差值,可得出德尔塔压力(ΔP)值。
然后,在步骤36中,该ΔP值用于确定与流量前馈模块20中使用的流体动力学图相关的调整,以适应充填机1的不同运行条件。
更详细地说,如步骤36′所示,也如图7A中示意图所示,计算出的ΔP值可以加到测得的入口产品压力值PIN上,且总和可以用作流量前馈模块20的输入,以便在预先存储的流体动力学图上确定正确的工作点。这样做的效果是,根据ΔP值,实际“移动”标准的、预存储的流体动力学图(尤其是变量Cd值)的“ΔCd”量,从而获得最终的图,以适应充填机1的实际运行条件(如液体食品粘度和/或机器运行条件,如相应的速度)。
如步骤36"所示,控制单元10不需要将ΔP值添加到流量前馈模块20的输入中,而是可以根据上述ΔCd量的函数计算“偏移的”或动态调整的流体动力学图(换句话说,通过上述表达式(1)考虑入口产品压力PIN和ΔP值的总和,计算表示变量Cd与流量调节阀6的位置之间的关系的不同的、“偏移的”矩阵)。
如图7B所示,该“偏移的”或动态调整的流体动力学图随后用于流量前馈模块20,在这种情况下,在输入端接收“原始”入口产品压力测量值PIN(由压力传感器14提供)。
如步骤38所示,控制单元10在确定了上述经过调整的流体动力学图之后,可以通过压力斜坡(从固定的初始值开始,到达上述入口产品压力值PIN和ΔP值的总和)开始一个从标准的、预存储的流体动力学图到经过调整的流体动力学图的过渡期。
在过渡期结束时,在流量前馈控制模块20的输出端产生的第二控制贡献值C2将与基于特定充填机/产品系统的流量调节阀6所需的位置基本匹配。因此,可以补偿(较慢的)流量反馈控制模块22的贡献,而(较快的)流量前馈控制模块20则是确定流量调节阀6的位置控制信号的主要贡献(从而实现控制单元10对可能出现的压力干扰的预期响应能力)。
新的流体动力学图可以一直使用到下一次要求停止生产为止;当重新启动充填机1时,可以再次执行适应过程。
如图8所示,根据一个可能的实施方式,控制单元10可进一步包括液位反馈控制模块42,由各自的比例-积分-微分(PID)模块实现,该模块根据从液位检测器18接收到的产品液位测量值LM(代表实际产品液位)和液位设定点LSP(代表期望产品液位)之间的差值,按照比例、积分和微分控制动作(以任何已知的方式,在此不作详细讨论),在其输出端生成指示流量设定点FSP的控制贡献CSP
同样地如图8所示,产品液位测量值LM和液位设定点LSP之间的上述差值在求和模块43中进行计算,求和模块43的输出代表液位反馈控制模块42的输入。
在这种情况下,控制单元10根据压力和液位的测量值实施双PID控制回路,以便调节通过调节阀6的流量,并根据产品液位进行额外的控制操作(以使充填机1的运行更加稳定)。
控制贡献值CSP可以代表流量反馈控制模块22的输入端处提供的实际流量设定点FSP
在图8所示的实施方式中,控制贡献值CSP通过第一开关43a选择性地提供给求和块44,该块在输出端生成流量设定点FSP,并在输入端接收机器流量贡献值CM
具体而言,机器流量贡献值CM由乘法器块46生成,该乘法器块46的输入端接收:机器速度百分比;以及可选的额定流量百分比(通过第二开关43b)或启动流量百分比(通过斜坡产生器45和第三开关43c)。
按照已知的方式,机器流量贡献值CM代表充填机1启动时使用的流量设定点FSP的贡献值。
从前面的描述中可以清楚地看出所讨论的方案的优点。
无论如何,需要再次强调的是,通过控制单元10实现的改进的控制操作可以使充填机1的运行更加稳定,充填包装中的产品液位更加稳定,减少产品和相同包装的浪费。
所讨论的解决方案可以迅速适应充填机(和产品)的运行特性,例如在任何新生产开始时或任何其他合适的时间。
特别是,由于流体动力学图与充填系统相适应,前馈作用决定了流量调节阀6的位置的主要作用,PID作用负荷减少(从而实现了对压力干扰的快速响应)。
显然,在不脱离所附权利要求书中限定的保护范围的情况下,可以对本文所述内容进行更改。
特别强调的是,所讨论的方案可用于任何包装或充填机以及任何类型的可倾倒食品。

Claims (15)

1.一种控制充填机(1)的流量调节阀(6)的方法,所述充填机(1)被配置成由多层复合包装材料形成复合包装(2)并用可倾倒食品填充所述复合包装(2),其中所述调节阀(6)控制填充所述包装(2)的所述可倾倒食品的流量,所述方法包括:
-从压力传感器(14)接收所述可倾倒食品的入口压力测量值(PIN);
-从流量计(16)接收所述可倾倒食品的入口流量测量值(FIN);
-通过以下的组合贡献值(C1、C2)确定用于控制所述流量调节阀(6)的操作位置的控制信号(Sc):
流量反馈控制模块(22),在其输入端接收流量设定点(FSP)和所述入口流量测量值(FIN),并生成指示所述入口流量测量值(FIN)和所述流量设定点(FSP)之间的差值的第一控制贡献值(C1);
流量前馈控制模块(20),在其输入端接收所述入口压力测量值(PIN)和所述流量设定点(FSP),并利用存储的流体动力学图生成作为所述流量设定点(FSP)和入口压力测量值(PIN)的函数的第二控制贡献值(C2),
其中,所述流量前馈控制模块(20)被配置为根据所述充填机(1)和/或相关可倾倒食品的不同操作条件,以动态适应的方式使用存储的流体动力学图,从而适应于所述不同操作条件和/或可倾倒食品。
2.-根据权利要求1所述的方法,包括执行动态适应程序,以根据所述充填机(1)和/或可倾倒食品的所述不同操作条件,动态适应所述流量前馈控制模块(20)中的所述存储的流体动力学图。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述存储的流体动力学图表示所述第二控制贡献值(C2)与所述流量调节阀(6)的所述操作位置以及所述入口压力测量值(PIN)和流量设定点(FSP)之间的关系;并且其中所述动态适应程序包括:
确定所述流量调节阀(6)的位置;
确定与所述流量前馈模块(20)输入所需的压力相对应的理论压力值,以将确定的所述流量调节阀(6)的位置与在其输出端生成的所述第二控制贡献值(C2)相匹配;
通过计算测量的入口产品压力(PIN)和所述理论压力之间的差值,获得德尔塔压力值(ΔP);
使用所述德尔塔压力值(ΔP)来确定与在所述流量前馈模块(20)中使用的所述存储的流体动力学图相关的调整。
4.根据权利要求3所述的方法,包括在所述流量前馈模块(20)的输入端,将计算出的德尔塔压力值(ΔP)加到测得的入口产品压力(PIN)值上。
5.根据权利要求3或4所述的方法,包括移动所述存储的流体动力学图一移动量,所述移动量是所述德尔塔压力值(ΔP)的函数,从而确定用于在所述入口接收所述入口压力测量值(PIN)的所述流量前馈模块(20)的动态调整的流体动力学图。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述流体动力学图定义了变量(Cd)与所述流量调节阀(6)的位置之间的关系,所述变量(Cd)是产品压力和流量的函数。
7.根据前述权利要求6和权利要求2至5中任一项所述的方法,其中所述动态调整程序包括:
通过所述关系的倒数,根据所述位置计算所述变量(Cd)的相应值;
通过所述函数,根据所述变量(Cd)的计算值确定所述理论压力值。
8.根据前述权利要求2-7中任一项所述的方法,包括在所述充填机(1)开始新的生产时执行所述动态调整程序,这意味着不同的可倾倒食品和/或所述充填机(1)的不同操作条件。
9.-根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述流量设定点(FSP)指示通过所述调节阀(6)的产品的目标流量,优选确定为以下一项或多项的函数:启动流量百分比、额定流量百分比、机器速度流量百分比、液位设定点和由液位检测器(18)测得的产品液位。
10.根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述流量反馈控制模块(22)由比例-积分-微分(PID)模块实现。
11.-根据前述任一项权利要求所述的方法,其中所述第一控制信号(C1)和第二控制信号(C2)在求和块(24)中组合,所述求和块(24)在所述输出端为所述流量调节阀(6)生成所述控制信号(SC),用于调节其操作位置,从而调节通过其中的所述可倾倒食品的流量。
12.-根据前述任一项权利要求所述的方法,还包括:
接收来自液位探测器(18)的产品液位测量值(LM);
根据所述产品液位测量值(LM)和液位设定点(LSP)之间的差值,通过比例-积分-微分模块(42)确定控制贡献值(CSP);
其中所述流量设定点(FSP)是所述控制贡献值(CSP)的函数。
13.-一种用于控制充填机(1)的流量调节阀(6)的控制系统,所述充填机(1)被配置成由多层复合包装材料形成复合包装(2)并用可倾倒食品填充所述复合包装(2),其中所述调节阀(6)被配置成控制填充所述包装(2)的所述可倾倒食品的流量,所述控制系统包括:
压力传感器(14),其配置成确定所述可倾倒食品(306)的入口压力测量值(PIN);
流量计(16),其配置成确定所述可倾倒食品的入口流量测量值(FIN);
控制单元(10),其配置成确定控制信号(SC),以控制所述流量调节阀(6)的操作位置,
其中,所述控制单元(10)被配置为实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
14.根据权利要求13所述的系统,其中所述充填机(1)被配置为由所述多层复合包装材料卷材形成管(4),并且包括充填管道(5),其用所述可倾倒食品充填所述管(4),
其中,所述调节阀(6)被配置成将所述充填管道(5)连接到产品加工线(7),并且其中所述压力传感器(14)和所述流量计(16),相对于所述可倾倒食品从所述加工线(7)到所述充填管道(5)的流动方向,被安装在所述调节阀(6)的上游。
15.-一种充填机(1),其包括根据权利要求13或14所述的控制系统。
CN202280047235.9A 2021-09-22 2022-09-15 控制充填机中流量调节阀的系统和方法 Pending CN117597645A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21198294 2021-09-22
EP21198294.7 2021-09-22
PCT/EP2022/075603 WO2023046558A1 (en) 2021-09-22 2022-09-15 System and method for controlling a flow regulating valve in a filling machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117597645A true CN117597645A (zh) 2024-02-23

Family

ID=77910577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280047235.9A Pending CN117597645A (zh) 2021-09-22 2022-09-15 控制充填机中流量调节阀的系统和方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4155861A1 (zh)
CN (1) CN117597645A (zh)
WO (1) WO2023046558A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1307699B1 (it) * 1999-05-14 2001-11-14 Tetra Laval Holdings & Finance Macchina confezionatrice per la realizzazione in continuo diconfezioni sigillate contenenti un prodotto alimentare versabile
US8195312B2 (en) * 2009-08-27 2012-06-05 Hitachi Metals, Ltd Multi-mode control loop with improved performance for mass flow controller
JP5090559B2 (ja) * 2011-06-08 2012-12-05 株式会社堀場エステック マスフローコントローラ

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023046558A1 (en) 2023-03-30
EP4155861A1 (en) 2023-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8919081B2 (en) Packaging method for producing sealed packages of a food product pourable into a tube of packaging material
CN1328118C (zh) 用于在机器上对用来包装流动性食品的片材供应材料进行消毒的装置
EP3081497B1 (en) Packaging machine and method for producing packages from a packaging material
JP2007197062A (ja) 加圧充填機
JP2006264755A (ja) 流量計式液体充填装置
CN117597645A (zh) 控制充填机中流量调节阀的系统和方法
US11912448B2 (en) Method and a packaging apparatus for forming sealed partially-filled packages
CN117794816A (zh) 用于填充机器流量调节阀的基于虚拟压力的控制系统和方法
WO2005035368A1 (ja) 包装充填装置及び横シール装置
US10059578B2 (en) Method for controlling a filling system, and the filling system
JP4357045B2 (ja) 充填包装機の生産条件決定装置
US20220185519A1 (en) Packaging machine and method for producing sealed packages
JP2023553643A (ja) 食品包装システムにおける充填バルブ及び圧力の乱れを改善する方法及びシステム
EP4043351A2 (en) Packaging apparatus for forming sealed packages
US20230244253A1 (en) A method for adjusting an inlet pressure of a packaging machine
EP4067242A1 (en) Filling/packaging method and filling/packaging machine
EP4183693A1 (en) Buffer unit for a packaging apparatus, packaging apparatus and method for producing sealed packages
WO2007102765A1 (en) A system, a machine, a process and a method in the manufacture of packages
JP2009096492A (ja) 包材供給装置
JP2013014355A (ja) 液面レベル調整装置及び包装充填装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication