JP2023531668A - 包装機の入口圧力を調整する方法 - Google Patents

Abstract

包装機（１００）の調整弁（２０６）を制御する方法（４００）であって、包装機（１００）は、カートンベースの包装材料（１０２）のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機である。包装機（１００）は、調整弁（２０６）を介して加工ライン（２０２）に接続され、加工ライン（２０２）は、調整弁（２０６）を介して液体食品（２１６）を包装機（１００）に供給する。方法（４００）は、流量計（１０６）を用いて、包装機（１００）内の液体食品の製品流量を測定すること（Ｓ４０２）、圧力センサ（２０４）を用いて、包装機（１００）内の液体食品の入口圧力測定値（３０６）を測定すること（Ｓ４０４）を含み、調節弁（２０６）を調節するために、包装機（１００）の入口圧力測定値を利用し、調節弁は、流量フィードフォワードモジュール（３０８）の出力信号を流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール（３１０）の出力信号と組み合わせて受信するように構成され、流量フィードフォワードモジュール（３０８）は入力信号として入口圧力測定値（３０６）及び流量設定値を有し、流量ＰＩＤモジュール（３１０）は入力信号として製品流量及び流量設定値を有する。

Description

本発明は、包装技術に関する。具体的には、包装機の調整弁の制御に関する。

最近では、牛乳等の様々な種類の食品にロール供給式包装機を使用することが一般的に知られている。ロール供給式包装機は、食品が加工ラインから包装機に供給できるように、加工ラインに接続されている。充填機とも呼ばれるロール供給式包装機は、いくつかの利点がある。１つは、パッケージの連続生産により、ブランク供給式包装システムと比較して高速化を実現できることである。別の利点は、チューブ状の包装材料に連続的に充填し、チューブ下端部でパッケージを形成することにより、不要な微生物がパッケージ内に侵入するリスクを低減できることである。

最近のロール供給式包装機は、１時間当たりの生産パッケージの点で効率的であり、生産されるパッケージが設定された品質要件を満たすことを保証するために、包装機は様々なシステムを備えているが、改善の余地が残っている。例えば、パッケージは高速で生産されるため、包装機の一部に逸脱が生じた場合、その逸脱を検出し対処しなければ、設定された品質要件を満たさない大量のパッケージが生産される可能性がある。その結果、包装材料、食品、生産時間などのロスが増加する可能性がある。このように、経済的コストと環境的コストの両面から、より効率的な包装機を提供するために、食品製造業者からは、逸脱への対応力を向上させた包装機が求められている。

このため、最近の包装機と比較してより安定した生産を行うことが可能で、包装材料の廃棄、製品の廃棄及び生産の停止時間を低減することができる包装機が求められている。公知の制御システムの一例は、非特許文献１に開示されている。また、特許文献１～３は、本出願に関連する。

特開昭５９－１０９９１８号公報 米国特許出願公開第２０１２／１９２９６９号明細書 米国特許出願公開第２０１７／３４４０３２号明細書

Bill Bolton: "Instrumentation and Control Systems - chapter 13 -Controllers", 1 January 2014 (2014-01-01), XP055737048, ISBN: 978-0-7506-6432-5

本発明の目的は、従来技術の上記した１つ以上の制限を少なくとも部分的に克服することである。

第１の態様によれば、包装機の調整弁を制御する方法であって、包装機は、カートンをベースの包装材料のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機であり、包装機は、調整弁を介して加工ラインに接続され、加工ラインは、調整弁を介して包装機へ液体食品を供給するように構成され、前記方法は、
流量計を使用して、包装機内の液体食品の製品流量を測定すること、
圧力センサを使用して、包装機内の液体食品の入口圧力測定値を測定すること、及び
調整弁を介して包装機への入口圧力を調整し、調整弁は、流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュールからの出力信号と流量フィードフォワードモジュールからの出力信号とを組み合わせて受信するように構成され、流量フィードフォワードモジュールは入力信号として入口圧力測定値及び流量設定値を有し、流量ＰＩＤモジュールは入力信号として製品流量と流量設定値を有する、
ことを備える。

「入口圧力」という用語は、液体食品の入口圧力を意味し、入口圧力は、調整弁の前の液体食品の圧力である。したがって、入口圧力は、流量フィードフォワードモジュール及び流量ＰＩＤモジュールからの出力信号を調整するために使用される圧力であってもよい。

「製品流量」という用語は、流量計によって決定される液体食品の流量を意味する。したがって、製品流量は、液体食品が加工ラインから包装機へ供給される液体食品の流量である。製品流量は、流量フィードフォワードモジュールへの入力信号であってもよい。製品流量は、流量ＰＩＤモジュールへの入力信号であってもよい。

「入口圧力測定値」という用語は、圧力センサによって測定される液体食品の入口圧力の、サンプルとも呼ばれる測定値を意味する。したがって、入口圧力測定値は、液体食品が調整弁の前に加工ラインから包装機へ供給される、液体食品の入口圧力である。入口圧力測定値は、流量フィードフォワードモジュールへの入力信号であってもよい。

「流量フィードフォワードモジュール」という用語は、当該技術分野において既知の任意のフィードフォワード制御システムを意味する。本開示における流量フィードフォワードモジュールは、入力信号として入口圧力測定値及び流量設定値を有していてもよい。流量フィードフォワードモジュールは、他の入力信号も有してもよく、これらの例に限定されない。

「流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール」という用語は、任意のＰＩＤコントローラを意味し、ＰＩＤコントローラは、当該技術分野において既知の制御ループ機構である。本開示における流量ＰＩＤモジュールは、入力信号として製品流量及び流量設定値を有していてもよい。流量ＰＩＤモジュールは、他の入力信号も有してもよく、これらの例に限定されない。

「流量設定値」という用語は、機械速度パーセンテージ（ｍａｃｈｉｎｅ ｓｐｅｅｄ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）を含む入力信号を意味し、機械速度パーセンテージは、時間単位あたりに充填できるパッケージ数の値である。機械速度パーセンテージは、パッケージのサイズ及び／又はパッケージに充填される製品に依存する。一方、流量設定値は、開始流量パーセンテージ（ｓｔａｒｔ ｆｌｏｗ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）及び／又は公称流量パーセンテージ（ｎｏｍｉｎａｌ ｆｌｏｗ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）等の他の入力値を含んでもよい。開始流量パーセンテージは、機械の速度を上昇させるために、開始イベントの開始時に使用することができる。公称流量パーセンテージは、包装機が公称速度で稼働されている場合に使用される値である。

流量フィードフォワードモジュールを流量ＰＩＤモジュールと組み合わせて配置することによる利点は、調整弁の正しいリアルタイム動作点を迅速に特定できることである。調整弁の応答が速いため、充填パラメータの安定性、すなわち製品レベル及び製品流量の安定性を達成できる。その結果、ロバスト性が高く安定した包装機を実現することができる。言い換えれば、調整弁の応答性を向上させることで、ロール供給式包装機内で形成される包装チューブの製品レベルの変動が少なくなり、生産されるパッケージの品質問題が少なくなる。

開示された方法で得られる更なる利点は、包装材料の廃棄物及び製品の廃棄物が低減されることである。このように、開示された方法によって、流量フィードフォワードモジュール及び流量ＰＩＤモジュールからの出力信号を介して調整弁を調整するために、包装機に供給される液体食品の入口圧力を利用することが可能である。

調整弁を調整することによって、加工ラインから包装機に供給される液体食品の製品流量、製品圧力、及び製品レベルを制御することが可能である。本開示によって、入口圧力が未知である従来の包装機と比較して、液体食品の入口圧力が制御される。例えば、従来の包装機及び制御システムは、製品の入口圧力を感知できず、流量フィードフォワード入力として固定の入口圧力値を想定する場合がある。

さらなる利点は、開示された方法で入口圧力を測定することにより、入口製品ラインで発生する圧力障害への反応速度を向上させることができることである。

さらなる利点は、圧力センサが、既に存在する包装機や加工ラインの接続部内に組み込まれるように構成されることである。したがって、圧力センサを、包装機及び加工ラインを含む従来のラインに組み込むことが可能である。

さらに、パッケージの重量精度を向上させることができるという利点もある。言い換えれば、包装チューブのレベルを高精度で制御することは、製造されるパッケージの品質問題を低減するだけでなく、パッケージ重量精度を向上させることができるという結果をもたらす。包装機の横方向シールシステムの上に一貫した量の製品を配置することの結果は、横方向シールシステムの助けを借りて、場合によってはフラップの成形と組み合わせて、一貫したパッケージを製造できるようになる。

全体として、本開示を用いることで、より制御性の高い、安定した包装機を実現することができる。

この方法は、包装機によって形成された包装材料の縦チューブに保持された液体食品の製品レベル（ｐｒｏｄｕｃｔ ｌｅｖｅｌ）を、レベル検出器を用いて測定し、製品レベルを使用して調節弁を調節することを含んでもよい。

包装チューブ内のレベルの制御を改善するために、レベル検出器を使用して直接測定してもよい。これは、センサとレベル間の距離を決定するために使用される光ベースのセンサであってもよく、設定された基準を有することによってレベルが決定されてもよい。

調整弁を調整するステップは、さらに、流量設定値を測定するように構成されたレベルＰＩＤモジュールを用いて制御されてもよく、レベルＰＩＤモジュールは、入力信号として製品レベル及びレベル設定値を有する。

「レベルＰＩＤモジュール」という用語は、任意のＰＩＤコントローラを意味し、ＰＩＤコントローラは、当該技術分野で既知の制御ループ機構である。本開示におけるレベルＰＩＤモジュールは、入力信号として製品レベル及びレベル設定値を有していてもよい。レベルＰＩＤモジュールは、他の入力信号をも有してもよく、これらの例に限定されない。

「レベル設定値」という用語は、手動で設定される入力信号、又は外部機器により自動的に決定される入力信号を意味する。

流量ＰＩＤモジュールは、さらに、製品レベルを入力信号として有してもよい。

流量設定値を決定するように構成されたレベルＰＩＤモジュールを含む方法において、流量設定値は、レベルＰＩＤモジュールからの出力を、上述した１つ以上の入力信号と組み合わせて入力信号として有することができる。

流量ＰＩＤモジュールは、入力信号として機械速度パーセンテージをさらに有してもよい。

圧力センサは、金属膜を備えてもよい。

調整弁を調整するステップは、さらに、加工ラインからのリアルタイムの圧力測定値に基づいてもよい。

このようにリアルタイムで圧力測定することの利点は、調整弁が加工ラインの変化に迅速に対応できることである。例えば、加工ラインに圧力低下が発生した場合、これを検知し、データ通信ネットワークを介して調整弁に転送し、この圧力損失を補償するように調整弁を調整することができる。さらに、加工ラインからの複数の異なるリアルタイムの圧力測定値を入力として持つことで、調整弁の信頼性の高い制御を実現することができる。

つまり、包装機の充填制御システムの重要な態様は、主にトランジション（スタート/ストップイベント）と製品ラインの外乱に関係しており、現在のところリアルタイムで測定することができない。従来の包装機の欠点は、圧力センサがないため、外乱に対する反応が遅いことである。したがって、加工ラインで圧力測定値を測定することによる利点は、包装機と加工ラインの間でリアルタイムの圧力情報を交換できることである。包装機と加工ラインとの間で情報を交換することによって、安定した包装機を提供することができる。したがって、包装材料の廃棄物や製品の廃棄物をさらに削減することができる。

第２の態様によれば、包装機の入口圧力を調整するように構成された充填制御システムが提供される。包装機は、カートンベースの包装材料のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機であり、包装機は、調整弁を介して加工ラインに接続されるように構成されており、加工ラインは、調整弁を介して包装機に液体食品を供給するように構成されている。充填制御システムは、
調整弁を制御するように構成され、入口圧力測定値及び流量設定値を入力信号として有する、流量フィードフォワードモジュールと、
流量フィードフォワードモジュールと共に調整弁を制御するように構成され、製品流量と流量設定値を入力信号として有する流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュールと、
を備え、
前記流量フィードフォワードモジュールは、前記流量ＰＩＤモジュールと並列に配置されている。

開示された制御システムによる利点は、入口製品圧力の外乱に対する制御システムの反応性がより速く達成されることであろう。

充填制御システムは、流量フィードフォワードモジュール及び流量ＰＩＤモジュールに供給するように構成され、製品レベル及びレベル設定値を入力信号として有するレベルＰＩＤモジュールを更に備えてもよい。

充填制御システムは、さらに、加工ラインからリアルタイムの圧力測定値を受信するように構成されてもよい。

第３の態様によれば、包装機の紙チューブ内の製品圧力及び流量を制御するように構成された充填ラインが提供される。包装機は、カートンベースの包装材料のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機であり、包装機は、調整弁を介して加工ラインに接続されるように構成され、加工ラインは、調整弁を介して包装機に液体食品を供給するように構成され、充填ラインはさらに、
前記液体食品の製品流量を測定するように構成された流量計と、
前記包装機の液体食品の入口圧力測定値を測定するように構成された圧力センサと、
調整弁を制御するように構成され、入口圧力測定値及び流量設定値を入力信号として有する、流量フィードフォワードモジュールと、
流量フィードフォワードモジュールと共に調整弁を制御するように構成され、製品流量と流量設定値を入力信号として有する流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュールと、
を備え、
前記流量フィードフォワードモジュールは、前記流量ＰＩＤモジュールと並列に配置されている。

充填ラインは、包装機の液体食品の製品流量を測定するように構成されたレベル検出器をさらに備えてもよく、レベル検出器は、充填ライン方向において流量計の後に配置される。

充填ラインは、流量フィードフォワードモジュール及び流量ＰＩＤモジュールに供給するように構成され、製品レベル及びレベル設定値を入力信号として有するレベルＰＩＤモジュールをさらに備えてもよい。

本発明のさらに他の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかになるであろう。

第２及び第３の態様の効果及び特徴は、第１の態様に関連して上述したものにほぼ類似している。第１の態様に関連して言及された実施形態は、第２及び第３の態様とほぼ互換性がある。さらに、本発明の概念は、明示的に別段の記載がない限り、特徴のすべての可能な組み合わせに関するものであることに留意されたい。本発明の更なる適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の範囲内の様々な変更及び修正は、この詳細な説明から当業者には明らかになるので、詳細な説明及び具体例は、本発明の好ましい実施形態を示しながら、例示のためにのみ与えられていることを理解されたい。

したがって、本発明は、そのような装置及び方法が変化し得るので、記載された装置の特定の構成部分又は記載された方法のステップに限定されないことが理解される。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図していないことを理解されたい。本明細書及び添付の請求項で使用されるように、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、文脈が明確に指示しない限り、要素の１つ以上が存在することを意味することを意図していることに留意されたい。したがって、例えば、「ユニット」又は「ユニット」への言及は、複数のデバイスなどを含むことができる。さらに、「構成する」、「含む」、「含む」、及び同様の語句は、他の要素又はステップを除外するものではない。

以下、本発明の実施形態について、添付の概略図面を参照しながら例示的に説明する。

ロール供給式包装機の全体説明図である。 加工ラインに接続されたロール供給式包装機を示す図である。 ロール供給式包装機の充填制御システムを示す図である。 包装機の入口圧力の調整方法を示すフローチャートである。

図１を参照すると、充填機とも呼ばれる包装機１００が、一般的な例として図示されている。包装機１００は、液体食品をカートンベースのパッケージに包装するために使用されるロール供給式包装機である。１９４０年代にこのタイプの包装機がＴｅｔｒａ Ｐａｋによって導入され、現在では、牛乳や他の液体食品を安全かつコスト効率の高い方法で包装するためのよく知られたアプローチである。また、ポテトチップスのような非液体食品にも、この一般的な方法を用いることができる。

現在、包装材料は、コンバーティング工場とも呼ばれる包装材料生産センターで印刷・準備され、包装機１００が配置されるサイト、例えば、酪農場に出荷されることが多い。通常、包装材料は、リールに装填されてら輸送される。現場に到着した後、図１に示すように、リールは包装機に設置される。

生産中、包装材料のウェブ１０２は、リールからウェブ供給方向Ａで包装機を通して供給される。液体食品を提供する前に、長手方向のシールを形成することによってウェブ１０２から紙チューブを形成する。食品は、パイプ１０４を介してチューブ内に供給され、パイプ１０４を通る流れを調節するために調節弁２０６を使用する。チューブの下端１０８は、横方向の封止を行うことができる折り畳み装置１１０に供給され、チューブは、弱化線とも呼ばれる折り畳み線に従って折り畳まれ、パッケージ１１２を形成するように切断される。折り畳み装置１１０は１つの単一の装置として図示されているが、複数の異なる装置から構成されてもよい。

図２を参照すると、充填ライン２００が一例として図示されている。充填ライン２００は、包装機１００の紙チューブ内の圧力及び流量を調節するように構成される。充填ライン２００は、互いに通信するように構成された充填制御システム３０２と食品取扱システム３０４とを備える。充填制御システム３０２は、図３において詳細に説明される。

食品取扱システム３０４は、加工ライン２０２と包装機１００を備え、加工ライン２０２は、調整弁２０６を介して包装機１００に接続される。加工ライン２０２と充填機１００は、調整弁２０６を介して液体食品が供給されるように接続される。加工ライン２０２は、当該技術分野で知られている任意の加工ライン２０２であってよい。

食品処理システム３０４は、加工ライン２０２から包装機１００に供給される液体食品の入口圧力測定値を測定するための圧力センサ２０４をさらに含む。入口圧力測定値は、充填制御システム３０２に送信されてもよい。

包装機１００は、加工ライン２０２から包装機１００に供給される液体食品の製品流量を決定するための流量計１０６を備える。決定された製品流量は、充填制御システム３０２に送信されてもよい。包装機１００は、加工ライン２０２から包装機１００に供給される液体食品の製品レベル（ｐｒｏｄｕｃｔ ｌｅｖｅｌ）を決定するためのレベル検出器２０８をさらに備える。決定された製品レベルは、充填制御システム３０２に送信されてもよい。

入口圧力測定値、製品流量及び製品レベルは、充填パラメータと呼ばれることがある。

当業者にとって、充填ライン２００は、１つ以上の圧力センサ２０４、及び／又は１つ以上の流量計１０６、及び／又は１つ以上のレベル検出器２０８を備えてもよいことが考えられる。また、包装機１００は、流量計１０６及び／又はレベル検出器２０８を欠いていてもよい。

包装機１００は、ウェブ１０２が不要な微生物から解放されることを保証するための滅菌装置２１０、例えば過酸化水素バス又はＬＶＥＢ（低電圧電子ビーム）ステーションをさらに備える。包装機１００は、長手方向に沿ってパッケージを密封するための長手方向密封ステーション２１２と、パッケージを横方向に密封するための２つの密封ジョーを含む横方向密封ステーション２１４をさらに含む。

図３において、充填ライン２００の充填制御システム３０２及び食品取扱システム３０４の一部のフローチャート３００が一例として示されている。食品取扱システム３０４の全ての特徴が図３に示されているわけではないことに留意されたい。加工ライン２０２における圧力変動時に、より安定した包装機１００を提供することが充填制御システム３０２の目的である。

図３に示されるように、食品取扱システム３０４は、図２に関連して説明したように、調整弁２０６、流量計１０６及びレベル検出器２０８を備える。食品取扱システム３０４は、充填制御システム３０２に情報を送信するように構成される。充填制御システム３０２は、食品取扱システム３０４からの受信情報に基づいて包装機１００の入口圧力を調整するように構成される。充填制御システム３０２は、包装機１００の入口圧力を調整できるようにするため、調整弁２０６を調整するように構成される。このように、食品取扱システム３０４と充填制御システム３０２は、互いに通信するように構成される。包装機１００及び／又は加工ライン２０２の入口圧力を制御することにより、加工ライン２０２で発生する圧力外乱に対するより迅速な応答が達成される。

充填制御システム３０２は、流量フィードフォワードモジュール３０８及び流量比例-積分-微分（ＰＩＤ）モジュール３１０を含んでもよい。充填制御システム３０２は、充填制御システム３０２内の１つ又は複数の信号を合計するための複数の和接合部（ｓｕｍｍｉｎｇ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）３１４ａ－ｅをさらに含んでもよい。充填制御システム３０２は、充填制御システム３０２内を移動する信号を制御するための複数のスイッチ３１６ａ－ｃをさらに含んでもよい。

流量フィードフォワードモジュール３０８は、調整弁２０６を制御するように構成される。流量ＰＩＤモジュール３１０は、調整弁２０６を制御するように構成される。流量フィードフォワードモジュール３０８は、流量フィードフォワードモジュール３０８と流量ＰＩＤモジュール３１０の両方が調整弁２０６を制御するように構成されるように、流量ＰＩＤモジュール３１０と並列に配置される。流量フィードフォワードモジュール３０８及び流量ＰＩＤモジュール３１０が調整弁２０６を制御することにより、液体食品の入口圧力を制御することができる。流量フィードフォワードモジュール３０８が流量ＰＩＤモジュール３１０と並列に配置されている本配置の目的は、包装機１００と加工ライン２０２との間のリアルタイムの圧力情報交換と同様に、入口圧力外乱に対する充填制御システム３０２のより速い反応性を提供することである。

充填制御システム３０２は、調整弁２０６を制御するためのレベルＰＩＤモジュール３１２をさらに含んでもよい。レベルＰＩＤモジュール３１２及び流量ＰＩＤモジュール３１０は、充填制御システムにおける二重ＰＩＤフィードバック制御ループを形成してもよく、レベルＰＩＤモジュール３１２からの出力信号は、流量フィードフォワードモジュール３０８及び流量ＰＩＤモジュール３１０への入力信号であってもよい。このように、流量フィードフォワードモジュール３０８は、ダブルＰＩＤフィードバック制御ループと並列に配置されてもよい。レベルＰＩＤモジュール３１２を導入することによって、包装機１００と加工ライン２０２との間のリアルタイムの圧力情報交換と同様に、入口圧力外乱に対する充填制御システム３０２のより速い反応性を提供するために、充填制御システム３０２内で調整されて制御される別のパラメータを提供することができる。

図３に示されるように、液体食品は、食品取扱システム３０４において供給されてもよく、食品取扱システム３０４は、流量計１０６からの製品流量及び／又はレベル検出器３１２からの製品レベルを充填制御システム３０２に送信するよう構成されてもよい。食品取扱システム３０４は、さらに、圧力センサ２０４（図３には図示せず）から入口圧力測定値３０６を送信するように構成されてもよい。

入口圧力測定値３０６は、圧力センサ２０４から流量フィードフォワードモジュール３０８に送信されてもよく、入口圧力測定値３０６は、流量フィードフォワードモジュール３０８への入力信号であってよい。流量フィードフォワードモジュール３０８への更なる入力信号は、流量設定値であってよく、流量設定値は、機械速度パーセンテージに基づくことができる。機械速度パーセンテージは、流量フィードフォワードモジュール３０８に入る前に、第２の和接合部３１４ｂ及び第３の和接合部３１４ｃを通過してもよい。一実施例によれば、流量設定値は、開始流量パーセンテージ及び／又は公称流量パーセンテージにさらに基づいてもよい。流量設定値が開始流量パーセンテージにさらに基づいてもよい場合、第１のスイッチ３１６ａは、開始流量パーセンテージが第２の和接合部３１４ｂに伝達されるように設定されてもよい。代替的に、又は組み合わせて、流量設定値が公称流量パーセンテージにさらに基づく場合、第２のスイッチ３１６ｂは、公称流量パーセンテージが第２の和接合部３１４ｂに送信されるように設定されてもよい。第２の和接合部３１４ｂは、機械速度パーセンテージを開始流量パーセンテージ及び／又は公称流量パーセンテージと結合するように構成されてもよい。当業者にとって、第１のスイッチ３１６ａ及び第２のスイッチ３１６ｂは、開始流量パーセンテージ及び公称流量パーセンテージの両方が第２の和接合部３１４ｂにおいて機械速度パーセンテージと結合されるように設定されてもよいことが考えられる。

製品流量は、流量計１０６から第４の和接合部３１４ｄに送信されてもよく、製品流量は流量設定値と組み合わされてもよい。流量設定値は、上述したのと同様に構成されてもよい。したがって、流量設定値は、流量フィードフォワードモジュール３０８への入力信号として配置された同じ流量設定値であってよい。流量設定値と組み合わされた製品流量は、流量ＰＩＤモジュール３１０に送信されてもよく、製品流量及び流量設定値は、流量ＰＩＤモジュール３１０への入力信号であってもよい。

上述したように、流量フィードフォワードモジュール３０８は、流量ＰＩＤモジュール３１０と並列に配置されてもよい。流量フィードフォワードモジュール３０８の出力信号と流量ＰＩＤモジュール３１０の出力信号は、第５の和接合部３１４ｅで結合されてもよい。第５の和接合部３１４ｅの出力信号は、調整弁２０６を制御するように構成された制御信号であってもよい。

したがって、調整弁２０６は、入口圧力測定値３０６、製品流量及び流量設定値に基づいて制御されてもよい。

本開示による利点は、システム内の他の充填パラメータに依存せず、制御システムが通常は固定値に設定された入口圧力を有している従来の包装機と比較して、紙チューブ内の液体食品の圧力を知り、制御できるということである。

流量計と圧力センサの両方からの測定された値に基づいて調整弁２０６を制御することによる利点は、調整弁２０６のより速い反応を達成することである。このように、流量フィードフォワードモジュール３０８と流量ＰＩＤモジュール３１０の配置により、従来の包装機及び制御システムに比べて高いフィードバックで調整弁２０６を制御することができる。したがって、流量フィードフォワードモジュール３０８は、従来の包装機及び制御システムと比較して、より迅速な方法で充填パラメータを調整するように構成されてもよい。

一例によれば、製品レベルは、レベル検出器２０８から第１の和接合部３１４ａに伝送され、ここで製品レベルはレベル設定値と組み合わされてもよい。レベル設定値と組み合わされた製品レベルは、レベルＰＩＤモジュール３１２に送信されてもよく、したがって、製品レベル及びレベル設定値は、レベルＰＩＤモジュール３１２への入力信号であってもよい。第３のスイッチ３１６ｃが設定されると、レベルＰＩＤモジュール３１２の出力信号は、第３の和接合部３１４ｃに送信されてもよい。第３の和接合部３１４ｃにおいて、レベルＰＩＤモジュール３１２の出力信号は、機械速度パーセンテージ、開始流量パーセンテージ及び／又は公称流量パーセンテージと結合されてもよい。第３の和接合部３１４ｃの出力信号は、流量設定値であってもよい。したがって、流量設定値は、さらに、レベルＰＩＤモジュール３１２からの出力信号に基づいてもよい。さらに、第３の和接合部３１４ｃの出力信号は、第４の和接合部３１４ｄに送信され、製品流量と結合されてもよい。

上述したように、流量フィードフォワードモジュール３０８は、二重ＰＩＤフィードバック制御ループと並列に配置されてもよい。流量フィードフォワードモジュール３０８の出力信号及び二重ＰＩＤフィードバック制御ループの出力信号は、第５の和接合部３１４ｅにおいて結合されてもよい。第５の和接合部３１４ｅの出力信号は、調整弁２０６を制御するように構成された制御信号であってもよい。

充填制御システムにレベルＰＩＤモジュール３１２を有することによる利点は、より多くの充填パラメータにより、調整弁２０６の調整がさらに正確になり得ることである。

レベルＰＩＤモジュール３１２を導入することによる更なる利点は、スイッチ３１６a－ｃと組み合わせて、システム内の信号を最適化することができ、より正確かつ効率的な方法で調整弁２０６を調整することができることである。

さらに、別の利点として、様々な構成で異なる段階を通じて安定性を達成するため、充填パラメータがシステムを調整するために使用される。

図４において、包装機１００の入口圧力測定によって調整弁を調整する方法４００を示すフローチャートが示され、包装機１００は、カートンをベースとする包装材料１０２のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機であってもよい。包装機１００は、調整弁２０６を介して加工ライン２０２に接続されるように構成され、加工ライン２０２は、調整弁２０６を介して包装機１００に液体食品２１６を供給するように構成される。

第１ステップＳ４０２において、流量計１０６を用いて、包装機１００内の液体食品の製品流量を測定する。第２ステップＳ４０４において、包装機１００内の液体食品の入口圧力測定値３０６は、圧力センサ２０４を使用することによって測定する。好ましくは、圧力センサ２０４は、金属膜を備える。第３ステップＳ４０６において、流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール３１０と並列に流量フィードフォワードモジュール３０８を使用することにより、調整弁２０６を調整する。流量フィードフォワードモジュール３０８は、入力信号として入口圧力測定値３０６と流量設定値を有する。流量ＰＩＤモジュール３１０は、入力信号として製品流量と流量設定値を有する。

オプションとして、方法４００は、包装機１００によって形成された包装材料１０２の垂直管３０８に保持された液体食品２１６の、レベル検出器２０８を用いた製品レベルを測定する第４ステップＳ４０８をさらに備えてもよい。そのような場合、第３ステップS４０６は、調整弁２０６を調整するために製品レベルを使用することをさらに含んでもよい。

オプションとして、調整弁を調整する第３ステップＳ４０６は、流量設定値を測定するように構成されたレベルＰＩＤモジュール３１２を用いてさらに制御されてもよく、レベルＰＩＤモジュールは、入力信号として製品レベル及びレベル設定値を有する。

オプションとして、流量ＰＩＤモジュール３１０は、入力信号として、製品流量及び／又は機械速度パーセンテージをさらに有していてもよい。

オプションとして、調整弁２０６を調整する第３のステップＳ４０６は、さらに、加工ライン２０２からのリアルタイムの圧力測定値に基づいてもよい。

以下、調整弁の制御方法について説明する。
包装機１００の調整弁２０６を制御する方法４００であって、包装機１００は、カートンベースの包装材料１０２のロールを受け取るように構成されたロール供給型包装機である。包装機１００は、調整弁２０６を介して加工ライン２０２に接続されるように構成されており、加工ライン２０２は、調整弁２０６を介して液体食品２１６を包装機１００に供給するように構成されている。方法４００は、流量計１０６を用いて、包装機１００内の液体食品の製品流量を測定するＳ４０２と、圧力センサ２０４を用いて、包装機１００内の液体食品の入口圧力測定値３０６を測定するＳ４０４と、を備え、調節弁２０６を調節するために包装機１００への入口圧力測定値を利用し、前記調節弁は、流量フィードフォワードモジュール３０８の出力信号を流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール３１０の出力信号と組み合わせて受け取るように構成され、流量フィードフォワードモジュール（３０８）は入力信号として入口圧力測定値３０６及び流量設定値を有し、流量ＰＩＤモジュール３１０は入力信号として製品流量及び流量設定値を有している。

概要の第１の態様の文脈で説明した特徴及び利点は、上述した方法にも適用可能である。

以上の説明から、本発明の様々な実施形態が説明され、示されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に定義された主題の範囲内で他の方法で具体化することも可能である。

既に説明したように、１つ以上の実施形態は、充填制御システム３０２及び食品取扱システム３０４を含む充填ライン２００に関連していてもよい。食品取扱システム３０４は、加工ライン２０２と充填機１００を含んでもよい。食品取扱システム３０４は、調整弁２０６を含んでもよい。調整弁２０６は、加工ライン２０２と充填機１００を接続してもよい。充填ライン２００は、上述したような１つ以上の実施形態による方法を実行するように構成されてもよい。

充填ライン２００は、包装機１００、例えばカートンベースの包装材料１０２のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機の紙チューブ内の製品圧力及び／又は流量を制御するように構成されてもよい。包装機１００は、調整弁２０６を介して加工ライン２０２に接続されるように構成され、加工ライン２０２は、調整弁２０６を介して液体食品２１６を包装機１００に供給するように構成される。

食品処理システム３０４は、加工ライン２０２から包装機１００に供給される液体食品の入口圧力測定値を測定するための圧力センサ２０４を含んでもよい。入口圧力測定値は、充填制御システム３０２に送信されてもよい。圧力センサ２０４は、液体食品２１６の流れ方向において、調整弁２０６の上流に配置されてもよい。

好ましくは、食品処理システム３０４は、加工ライン２０２から包装機１００に供給される液体食品の製品流量を測定するための流量計１０６を含んでもよい。測定された製品流量は、充填制御システム３０２に送信されてもよい。流量計１０６は、液体食品２１６の流れ方向において、調整弁２０６の上流に配置されてもよい。

好ましくは、食品処理システム３０４は、加工ライン２０２から包装機１００に供給される液体食品の製品レベルを測定するためのレベル検出器２０８を含んでもよい。測定された製品レベルは、充填制御システム３０２に送信されてもよい。レベル検出器２０８は、液体食品製品２１６の流れ方向において調整弁２０６の下流に配置されてもよい。

充填制御システム３０２は、流量フィードフォワードモジュール３０８、流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール３１０及び／又はレベルＰＩＤモジュール３１２を含んでもよい。

流量フィードフォワードモジュール３０８は、圧力センサ２０４からの入口圧力測定値３０６と流量設定値を入力として受信してもよい。流量フィードフォワードモジュール３０８は、流量設定値及び入口圧力測定値３０６の関数として計算された調整弁２０６を調整するための制御信号を出力としてもよい。

流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール３１０は、入力として、流量設定値及び製品流量を受信してもよい。流量ＰＩＤモジュール３１０の出力は、例えば流量計１０６の手段によって測定された実流量と、所望の流量、すなわち流量設定値との間の差を示してもよい。

レベルＰＩＤモジュール３１２は、レベル設定値及び製品レベルを入力として構成されてもよい。レベルＰＩＤモジュール３１２の出力は、例えばレベル検出器２０８によって測定された実際の製品レベルと、所望のレベル、すなわちレベル設定値との間の差を示すものであってよい。

流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール３１０及び流量フィードフォワードモジュール３０８の出力は、組み合わされてもよい。調整弁２０６は、組み合わされた出力の関数として調整されてもよい。

流量設定値は、調整弁２０６を通る製品の目標流量を示すものであってもよい。流量設定値は、開始流量パーセンテージ、公称流量パーセンテージ、機械速度パーセンテージ、レベル設定値及び／又は製品レベルのうちの１つ以上の関数として計算されてもよい。

調整弁２０６を調整するステップは、調整弁を通過する液体製品の流量を調整することを含んでもよい。調整弁２０６を調整するステップは、調整弁を通過する液体製品の流量を調整するために、調整弁２０６を物理的に開閉することを含んでもよい。すなわち、充填制御システム３０２及び調整弁２０６によって、充填機１００を通過する液体製品の流量を制御することが可能である。好ましくは、このようにして、液体製品の圧力及び／又は流量を制御することが可能である。

Claims (14)

1. 包装機（１００）の調整弁（２０６）を制御する方法（４００）であって、前記包装機（１００）は、カートンベースの包装材料（１０２）のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機であり、前記包装機（１００）は、前記調整弁（２０６）を介して加工ライン（２０２）に接続され、前記加工ライン（２０２）は、前記調整弁（２０６）を介して液体食品（２１６）を前記包装機（１００）に供給し、
   前記方法（４００）は、
   流量計（１０６）を用いて、包装機（１００）内の前記液体食品の製品流量を測定し（Ｓ４０２）、
   圧力センサ（２０４）を用いて、包装機（１００）内の前記液体食品の入口圧力測定値（３０６）を測定し（Ｓ４０４）、
   前記調節弁（２０６）を調節し、前記調節弁は、流量フィードフォワードモジュール（３０８）の出力信号と流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール（３１０）の出力信号を組み合わせて受信するように構成され、前記流量フィードフォワードモジュール（３０８）は入力信号として前記入口圧力測定値（３０６）及び流量設定値を有し、前記流量ＰＩＤモジュール（３１０）は入力信号として前記製品流量及び前記流量設定値を有している、方法（４００）。
2. 前記調整弁（２０６）を調整するステップ（S４０６）は、前記調整弁（２０６）を通る前記液体食品（２１６）の流量を調整することを含む、請求項１に記載の方法（４００）。
3. 前記流量ＰＩＤモジュール（３１０）は、前記製品流量と前記流量設定値との差を入力として有する、請求項１又は請求項２に記載の方法（４００）。
4. レベル検出器（２０８）を用いて、包装機（１００）によって形成された包装材料（１０２）の垂直チューブ（３０８）内に保持された前記液体食品（２１６）の製品レベルを測定し、
   前記測定された製品レベルの関数として流量設定値を算出する、
   ことをさらに含む請求項１～３のいずれか一項に記載の方法（４００）。
5. 製品レベル及びレベル設定値を入力信号として有する、好ましくは前記製品レベルと前記レベル設定値の差を入力として有する、レベルＰＩＤモジュール（３１２）の出力の関数として、前記流量設定値を算出することを含む、前記請求項１～４のいずれか一項に記載の方法（４００）。
6. 前記流量設定値が、製品レベル、レベル設定値、機械速度パーセンテージ、公称流量パーセンテージ及び／又は開始流量パーセンテージのうちの１つ以上の関数として算出される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法（４００）。
7. 前記圧力センサ（２０４）が金属膜からなる、請求項１～６のいずれか一項項に記載の方法（４００）。
8. 前記調整弁（２０６）を調整するステップ（Ｓ４０６）は、前記加工ライン（２０２）からのリアルタイムの圧力測定値に基づいている、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法（４００）。
9. 包装機（１００）の調整弁（２０６）を調整するように構成された充填制御システム（３０２）であって、前記包装機（１００）は、カートンベースの包装材料（１０２）のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機であり、前記包装機（１００）は、前記調整弁（２０６）を介して加工ライン（２０２）に接続され、前記加工ライン（２０２）は、前記調整弁（２０６）を介して液体食品を前記包装機（１００）に供給し、前記充填制御システム（３０２）は、
   前記調整弁（２０６）を制御するように構成され、入口圧力測定値（３０６）及び流量設定値を入力信号として有する流量フィードフォワードモジュール（３０８）と、
   前記流量フィードフォワードモジュール（３０８）と共に前記調整弁（２０６）を制御するように構成され、製品流量及び前記流量設定値を入力信号として有する流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール（３１０）と、
   を備え、
   前記流量フィードフォワードモジュール（３０８）は、前記流量ＰＩＤモジュール（３１０）と並列に配置されている、充填制御システム（３０２）。
10. 前記充填制御システム（３０２）は、前記流量フィードフォワードモジュール（３０８）及び前記流量ＰＩＤモジュール（３１０）に供給するように構成され、製品レベル及びレベル設定値を入力信号として有するＰＩＤモジュール（３１２）をさらに備える、請求項９に記載の充填制御システム（３０２）。
11. 前記充填制御システム（３０２）は、前記加工ライン（２０２）からリアルタイムの圧力測定値を受信するように構成される、請求項９又は１０に記載の充填制御システム（３０２）。
12. 包装機（１００）の紙チューブ内の製品圧力及び／又は流量を制御する充填ライン（２００）であって、前記包装機（１００）がカートンベースの包装材料（１０２）のロールを受け取るように構成されたロール供給式包装機であり、前記包装機（１００）が調整弁（２０６）を介して加工ライン（２０２）に接続され、前記加工ライン（２０２）が前記調整弁（２０６）を介して前記包装機（１００）に液体食品（２１６）を供給し、前記充填ライン（２００）は、
    前記液体食品の製品流量を測定する流量計（１０６）と、
    前記包装機（１００）の前記液体食品の入口圧力測定値（３０６）を測定するように圧力センサ（２０４）と、
    前記調整弁（２０６）を制御するように構成され、前記入口圧力測定値（３０６）及び流量設定値を入力信号として有する流量フィードフォワードモジュール（３０８）と、
    前記流量フィードフォワードモジュール（３０８）と共に前記調整弁（２０６）を制御するように構成され、前記製品流量及び前記流量設定値を入力信号として有する流量比例積分微分（ＰＩＤ）モジュール（３１０）と、を備え、
    前記流量フィードフォワードモジュール（３０８）は、前記流量ＰＩＤモジュール（３１０）と並列に配置されている、充填ライン（２００）。
13. 前記包装機（１００）の前記液体食品の製品レベルを測定するレベル検出器（２０８）をさらに備え、前記レベル検出器（２０８）が、充填ライン方向において前記流量計（１０６）の後に配置されている、
    請求項１２に記載の充填ライン（２００）。
14. 前記流量フィードフォワードモジュール（３０８）及び前記流量ＰＩＤモジュール（３１０）に供給するように構成され、製品レベル及びレベル設定値を入力として有するレベルＰＩＤモジュール（３１２）を更に備える、
    請求項１２又は１３に記載の充填ライン（２００）。

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