WO2000023373A1 - Procede de controle du remplissage de recipients avec un produit coulant et installation de remplissage mettant en oeuvre ce procede - Google Patents

Procede de controle du remplissage de recipients avec un produit coulant et installation de remplissage mettant en oeuvre ce procede Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the field of filling containers with a product flowing in a filling installation comprising a product reservoir and a filling unit allowing the simultaneous filling of several containers.
  • the problem which is at the basis of the technique of filling containers is to deliver, in each container, a predetermined quantity (by volume, by weight, ...) of flowable product, in the shortest time (in other words with the highest filling speed, or with the highest flow rate), regardless of the effective volume of the container and / or its geometric and dimensional characteristics and / or the rheological characteristics of the packaged product.
  • a first difficulty is due to the need to quickly ensure fine adjustment of the flow rate supplied by each filling nozzle: manual intervention is certainly possible in a filling installation under normal conditions, but must be avoided in particular installations (installations filling in a sterile environment in which any manual intervention requires stopping the installation, then implementing a complete decontamination cycle before restarting it).
  • an incident may occur in the supply of one or more containers (container absent or improperly positioned under the spout).
  • the corresponding nozzle delivers the product which is then lost (wastage of product), or the nozzle is inhibited and the flow rate of the other nozzles is modified.
  • the invention provides a method for controlling the filling of containers with a flowable product in a filling installation comprising a product reservoir and a filling unit allowing the simultaneous filling of several containers, which process, being arranged in accordance with the invention, is characterized in that:
  • the invention provides an installation for filling containers with a flowable product comprising a product reservoir and a filling unit equipped with a multiplicity of filling spouts allowing the simultaneous filling of several containers, which installation being arranged in accordance with the invention, is characterized in that it comprises: - a proportional valve, inserted in the supply duct between the filling unit and the product tank, means for measuring the total actual flow rate of the product actually circulating in the filling unit,
  • calculation means for determining the overall theoretical flow rate n.q of the product to be supplied to the filling unit
  • comparator means receiving and comparing the information of total actual flow measured by the measurement means and theoretical flow calculated by the calculation means, said comparator means having a control output connected to a control of the flow control valve product supplied to the filling unit.
  • any proportional valve will be called proportional valve.
  • the means for measuring the total real flow rate of the product comprise a flow meter for measuring relatively high flow rates which is arranged in series with the main proportional valve and, for measuring relatively low flow rates, a circuit in bypass on the main proportional valve which includes ur. flow meter for measuring low flow rates and a secondary proportional valve, control means selectively activating the main valve and the secondary valve according to the flow to be measured.
  • the means for measuring the actual flow rate of the product comprise a multiplicity of individual flowmeters associated respectively with the filling spouts and summing means determining the sum ⁇ qi of the individual flow rates qi detected.
  • the means specific to the invention find a preferred application in an installation in which the filling unit is arranged in the form of a rotating carousel with the filling spouts distributed peripherally, the filling of the containers taking place over a predetermined angular sector of the circular path followed by the spouts, and more particularly still it finds application in such an installation arranged for filling the containers in a sterile environment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the arrangement of a first embodiment of an installation according to one invention
  • Figure 2 is a diagram of an alternative embodiment of part of the installation of Figure 1
  • - Figure 3 is a diagram of one arrangement of another embodiment of an installation according to one invention.
  • the flowable product (generally a liquid) is supplied to a reservoir 1 in which a device known per se (not shown) ensures the maintenance of the product at a constant level.
  • a sampling conduit 2 brings the flowing product to a filling unit 3 which in practice is an in-line filling unit of the rotating carousel type or of a "similar type.
  • the filling unit 3 is equipped with a multiplicity of filling spouts 4 to which are associated support means (by the neck and / or by the bottom) of containers 5.
  • the general arrangement of such an installation does not is not within the scope of the present invention: it can be of any type, suitable for the function and performance sought.
  • a valve 6 with proportional closure under the action of a member 7 of proportional control there is in the pipe 2 a valve 6 with proportional closure under the action of a member 7 of proportional control.
  • This command can be of any type (pneumatic, hydraulic, mechanical, etc.), but it is here preferably of the electrical type because of the means used in the context of the invention and which is discussed below.
  • the principle used to control the operation of the filling unit 3 using the proportional valve 6 consists of measuring and comparing, on the one hand, the actual instantaneous flow rate of the product delivered to the filling unit 3 and, on the other hand, the instantaneous theoretical flow rate to be supplied to the filling unit 3 and to determine, from this comparison, a control signal from the valve which regulates the actual instantaneous total flow rate delivered to the filling unit 3 to make it coincide with the instantaneous theoretical flow rate.
  • a flow meter 8 which supplies an electrical signal S r representative of the instantaneous total actual flow rate of the product flowing in the duct 2 and delivered to the filling unit 3.
  • a device 10 makes it possible to display the value of the theoretical flow rate g to be delivered to each container.
  • a multiplier device 11 receiving the electrical signals representative of the quantities n and g, develops the product nxq which constitutes the signal S th representative of the instantaneous theoretical flow rate to be supplied to the filling unit 3.
  • the two signals S r and S th are then compared in a comparator device 12 which delivers on its output a control signal S_ - S thr intended for the control member 7 to actuate the valve under conditions suitable for the instantaneous total actual flow to coincide with the instantaneous theoretical flow.
  • the electronic means which are currently currently commercially available have the capacity for processing information and the speed required to perform the abovementioned functions so as to obtain the desired regulation in real time. Since the flowmeters may have operating ranges that do not allow them to cover both large flow measurements and small flow measurements, it is possible to envisage, in order to extend the operating range of the installation of FIG. 1, use the following assembly illustrated in figure 2.
  • the flow meter 8 suitable for measuring large flows. Bypass on the proportional valve 6 are connected in series a flow meter 14 suitable for measuring small flows and a secondary proportional valve 15.
  • a processor 13, associated with the comparator 12, ensures the selective opening and closing of the valves 6 and 15 as a function of the importance of the detected flow rate and selects the suitable signal from the two signals S rl supplied by the flow meter 14 and S r2 supplied by the flow meter S r2 , so as to be able to ensure the desired regulation of the valve in service 6 or 15.
  • each filling spout 4 is equipped with an individual flow meter 17.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)
  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)

Abstract

Procédé et installation pour contrôler le remplissage de récipients (5) avec un produit coulant dans une installation de remplissage comportant un réservoir (1) de produit et une unité de remplissage (3) permettant le remplissage simultanément de plusieurs récipients (5): on mesure le débit réel total de produit délivré par l'unité de remplissage (3) à l'ensemble des récipients (5); on détecte le nombre n de récipients (5) en cours de remplissage dans l'unité de remplissage (3); on affiche un débit théorique q de remplissage individuel des récipients (5); on compare le débit réel total mesuré et le débit théorique n.q; et on effectue, s'il y a lieu, une correction du débit réel total pour l'amener en coincidence avec le débit théorique. Le fonctionnement de l'installation de remplissage est ainsi adapté au nombre exact de récipients effectivement remplis simultanément, sans variations sensibles des débits individuels réels de remplissage.

Description

Procédé de contrôle du remplissage de récipients avec un produit coulant et installation de remplissage mettant en oeuyre ce procédé.
La présente invention se rapporte au domaine du remplissage de récipients avec un produit coulant dans une installation de remplissage comportant un réservoir de produit et une unité de remplissage permettant le remplissage simultané de plusieurs récipients.
Le problème qui est à la base de la technique du remplissage de récipients est de délivrer, dans chaque récipient, une quantité prédéterminée (en volume, en poids, ... ) de produit coulant, dans le temps le plus bref ( autrement dit avec la vitesse de remplissage la plus élevée, ou encore avec le débit le plus élevé), et cela quel que soit le volume effectif du récipient et/ou ses caractéristiques géométriques et dimensionnelles et/ou les caractéristiques rhéologiques du produit conditionné.
Ces nécessités entraînent plusieurs difficultés, en particulier dans les installations de remplissage en continu de récipients en mouvement les uns à la suite des autres (installations de remplissage en ligne).
Une première difficulté tient à la nécessité d'assurer de façon rapide un réglage fin du débit fourni par chaque bec de remplissage : une intervention manuelle est certes possible dans une installation de remplisage sous conditions normale, mais doit être écartée dans des installations particulières (installations de remplissage en milieu stérile dans lesquelles toute intervention manuelle nécessite l'arrêt de l'installation, puis la mise en oeuvre d'un cycle complet de décontamination avant sa remise en route) .
Une autre difficulté tient à l'importance des pertes de charge qui varient en fonction du nombre des becs de remplissage effectivement en fonctionnement ( les becs étant en principe alimentés par gravité à partir d'un réservoir à niveau constant ) . Ces pertes de charge varient en particu- lier lors de la phase de démarrage et de la phase d'arrêt de l'installation au fur et à mesure que des becs de remplissage entrent en service, respectivement sont mis hors service, ce qui entraîne des variations concommitantes des débits dans les becs qui sont en service.
En outre, en cours de fonctionnement en continu de l'installation, il peut survenir un incident dans l'alimentation d'un ou plusieurs récipients (récipient absent ou mal positionné sous le bec). Selon l'aménagement technologique de l'installation, soit le bec correspondant délivre le produit qui est alors perdu (gaspillage en produit), soit le bec est inhibé et le débit des autres becs s'en trouve modifié.
Il existe donc actuellement une demande pour un contrôle positif instantané, à distance (c'est-à-dire sans intervention manuelle au sein de l'installation), du débit effectif individuel de tous les becs de remplissage de l'installation, ce contrôle devant pouvoir être effectué d'une façon simple, aussi peu onéreuse que possible, et ne nécessitant pas un entretien excessif.
A ces fins, selon un premier de ses aspects, 1 ' invention propose un procédé pour contrôler le remplissage de récipients avec un produit coulant dans une installation de remplissage comportant un réservoir de produit et une unité de remplissage permettant le remplissage simultané de plusieurs récipients, lequel procédé, étant agencé conformément à l'invention, se caractérise en ce que :
- on mesure le débit réel total de produit délivré par l'unité de remplissage à l'ensemble des récipients, - on détecte le nombre n de récipients en cours de remplissage dans l'unité de remplissage,
- on affiche un débit théorique g de remplissage individuel des récipients,
- on compare le débit réel total mesuré et le débit théori- que n.q, et
- on effectue, s'il y a lieu, une correction du débit réel total pour l'amener en coïncidence avec le débit théorique, ce grâce à quoi il est possible d'adapter le fonctionnement de l'installation de remplissage au nombre exact de réci- pients effectivement remplis simultanément, sans variations sensibles des débits individuels réels de remplissage.
La mise en oeuvre du procédé de l'invention permet de satisfaire aux buts recherchés dans la mesure où la gestion des débits est entièrement automatique et n'exige aucune intervention manuelle au sein de 1 ' installation : ce procédé peut donc trouver application d'une façon particulièrement intéressante dans les installations de remplissage en milieu stérile.
En outre, la régulation peut s'effectuer de façon très rapide et la mise en oeuvre, à cette fin, de moyens électroniques fonctionnant en temps réel ne pose aujourd'hui aucun problème particulier pour l'homme de métier. Il en résulte que l'exploitation du procédé de l'invention au sein d'une installation de remplissage en ligne, même fonction- nant à une cadence élevée, est parfaitement envisageable pour gérer le remplissage individuel des récipients avec un débit optimum aussi bien pendant les phases transitionnelles (démarrage, arrêt) de l'installation qu'en cours de fonctionnement continu pour tenir compte notamment des défauts d'alimentation en récipients (récipient absent ou mal positionné sous le bec).
Selon un second de ses aspects, l'invention propose une installation de remplissage de récipients avec un produit coulant comportant un réservoir de produit et une unité de remplissage équipée d'une multiplicité de becs de remplissage permettant le remplissage simultané de plusieurs récipients, laquelle installation étant agencée conformément à l'invention, se caractérise en ce qu'elle comprend : - une vanne réglable de façon proportionnelle, insérée dans le conduit d'alimentation entre l'unité de remplissage et le réservoir de produit, - des moyens de mesure du débit réel total du produit circulant effectivement dans l'unité de remplissage,
- des moyens capteurs propres à déterminer le nombre n de récipients en cours de remplissage dans l'unité de remplissage,
- des moyens d'affichage du débit théorique g de remplissage individuel des récipients,
- des moyens de calcul pour déterminer le débit théorique global n.q du produit à fournir à l'unité de remplissage, et
- des moyens comparateurs recevant et comparant les informations de débit réel total mesuré par les moyens de mesure et de débit théorique calculé par les moyens de calcul, lesdits moyens comparateurs ayant une sortie de commande raccordée à une commande de la vanne de réglage du débit de produit fourni à l'unité de remplissage.
Dans la suite de la description, toute vanne réglable de façon proportionnelle sera appelée vanne proportionnelle. Dans un mode de réalisation possible, les moyens de mesure du débit réel total du produit comprennent un débitmètre pour la mesure des débits relativement élevés qui est disposé en série avec la vanne proportionnelle principale et, pour la mesure de débits relativement faibles, un circuit en dérivation sur la vanne proportionnelle principale qui comprend ur. débitmètre pour la mesure de faibles débits et une vanne proportionnelle secondaire, des moyens de commande mettant en service sélectivement la vanne principale et la vanne secondaire selon le débit à mesurer. Dans encore un autre mode de réalisation possible, les moyens de mesure du débit réel du produit comprennent une multiplicité de débitmètres individuels associés respectivement aux becs de remplissage et des moyens sommateurs déterminant la somme ∑qi des débits individuels qi détectés.
Les moyens propres à 1 ' invention trouvent une application préférée dans une installation dans laquelle l'unité de remplissage est agencée sous forme d'un carrousel tournant avec les becs de remplissage répartis périphérique- ment, le remplissage des récipients s 'effectuant sur un secteur angulaire prédéterminé de la trajectoire circulaire suivie par les becs, et plus particulièrement encore elle trouve application dans une telle installation agencée pour un remplissage des récipients en milieu stérile.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description, on se réfère au dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 est un schéma illustrant l'agencement d'un premier mode de réalisation d'une installation conforme à 1 ' invention ; la figure 2 est un schéma d ' une variante de réalisation d'une partie de l'installation de la figure 1 ; et - la figure 3 est un schéma de 1 ' agencement d ' un autre mode de réalisation d'une installation conforme à 1 ' invention.
En se référant tout d'abord à la figure 1, le produit coulant (en général un liquide) est amené à un réservoir 1 dans lequel un dispositif connu en soi (non montré) assure le maintien du produit à un niveau constant.
Un conduit de prélèvement 2 amène le produit coulant à une unité de remplissage 3 qui en pratique est une unité de remplissage en ligne du type caroussel tournant ou d'un "type analogue.
L'unité de remplissage 3 est équipée d'une multiplicité de becs de remplissage 4 auxquels sont associés des moyens de support (par le col et/ou par le fond) de récipients 5. L'agencement général d'une telle installation n'entre pas dans le cadre de la présente invention : il peut être quelconque, de tout type approprié à la fonction et aux performances recherchées.
Conformément à l'invention, on dispose dans la conduit 2 une vanne 6 à obturation proportionnelle sous l'action d'un organe 7 de commande proportionnelle. Cette commande peut être de tout type (pneumatique, hydraulique, mécaniques,...), mais elle est ici de préférence de type électrique en raison des moyens mis en oeuvre dans le cadre de l'invention et dont il est question plus loin. Le principe mis en oeuvre pour contrôler le fonctionnement de l'unité de remplissage 3 à l'aide de la vanne proportionnelle 6 consiste à mesurer et à comparer, d'une part, le débit réel instantané du produit délivré à l'unité de remplissage 3 et, d'autre part, le débit théorique instantané devant être fourni à l'unité de remplissage 3 et à déterminer, à partir de cette comparaison, un signal de commande de la vanne qui régule le débit réel total instantané délivré à l'unité de remplissage 3 pour le faire coïncider avec le débit théorique instantané. A cette fin, on dispose également dans le conduit 2 un débitmètre 8 qui fournit un signal électrique Sr représentatif du débit réel total instantané du produit s 'écoulant dans la conduite 2 et délivré à l'unité de remplissage 3. Dans l'unité de remplissage 3 sont prévus des moyens
9 détectant le nombre n de récipients en cours de remplissage.
Un dispositif 10 permet d'afficher la valeur du débit théorique g devant être délivré à chaque récipient. Un dispositif multiplicateur 11, recevant les signaux électriques représentatifs des grandeurs n et g, élabore le produit n x q qui constitue le signal Sth représentatif du débit théorique instantané devant être fourni à l'unité de remplissage 3. Les deux signaux Sr et Sth sont alors comparés dans un dispositif comparateur 12 qui délivre sur sa sortie un signal de commande S_ - Sthr destiné à l'organe de commande 7 pour actionner la vanne dans des conditions propres à ce que le débit réel total instantané coïncide avec le débit théorique instantané. Les moyens électroniques qui sont actuellement couramment disponibles dans le commerce (microprocesseurs) présentent la capacité de traitement de 1 ' information et la rapidité propres à assurer les fonctions précitées de façon à obtenir la régulation souhaitée en temps réel. Les débitmètres pouvant présenter des plages de fonctionnement ne leur permettant pas de couvrir à la fois des mesures de grands débits et des mesures de petits débits, on peut envisager, pour étendre le domaine de fonctionnement de l'installation de la figure 1, d'avoir recours au montage suivant illustré à la figure 2.
Dans la conduite 2 et en série avec la vanne proportionnelle principale 6 est disposé le débitmètre 8 approprié à la mesure de gros débits. En dérivation sur la vanne proportionnelle 6 sont connectés en série un débitmè- tre 14 propre à la mesure de petits débits et une vanne proportionnelle secondaire 15. Un processeur 13, associé au comparateur 12, assure l'ouverture et la fermeture sélective des vannes 6 et 15 en fonction de l'importance du débit détecté et sélectionne le signal convenable parmi les deux signaux Srl fourni par le débitmètre 14 et Sr2 fourni par le débitmètre Sr2, de manière à être en mesure d'assurer la régulation souhaitée de la vanne en service 6 ou 15.
Dans un autre mode de réalisation illustré à la figure 3, chaque bec de remplissage 4 est équipé d'un débitmètre individuel 17. Les informations qi mesurées par ces débitmètres sont sommées dans un dispositif sommateur 18 qui délivre un signal Sr = ∑qi qui représente le débit réel total instantané délivré par l'unité de remplissage 3. Pour le reste, l'installation est agencée comme indiqué plus haut en regard de la figure 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour contrôler le remplissage de récipients ( 5 ) avec un produit coulant dans une installation de remplissage comportant un réservoir ( 1 ) de produit et une unité de remplissage (3) permettant le remplissage simultanément de plusieurs récipients ( 5 ) , caractérisé en ce que :
- on mesure le débit réel total de produit délivré par l'unité de remplissage (3) à l'ensemble des récipients (5),
- on détecte le nombre n de récipients ( 5 ) en cours de remplissage dans l'unité de remplissage (3),
- on affiche un débit théorique g de remplissage individuel des récipients ( 5 ) , - on compare le débit réel total mesuré et le débit théorique n.q, et
- on effectue, s'il y a lieu, une correction du débit réel total pour l'amener en coïncidence avec le débit théorique, ce grâce à quoi il est possible d'adapter le fonctionnement de l'installation de remplissage au nombre exact de récipients effectivement remplis simultanément, sans variations sensibles des débits individuels réels de remplissage.
2. Installation de remplissage de récipients avec un produit coulant comportant un réservoir ( 1 ) de produit et une unité de remplissage (3) équipée d'une multiplicité de becs de remplissage ( 4 ) permettant le remplissage simultané de plusieurs récipients ( 5 ) , caractérisée en ce qu'elle comprend : - une vanne (6) réglable de façon proportionnelle insérée dans le conduit d'alimentation (2) entre l'unité de remplissage (1) et le réservoir de produit (3),
- des moyens de mesure (8 ; 14 ; 17, 18) du débit réel total du produit circulant effectivement dans l'unité de remplissage (3),
- des moyens capteurs ( 9 ) propres à déterminer le nombre n de récipients en cours de remplissage dans l'unité de remplissage (3),
- des moyens (10) d'affichage du débit théorique g de remplissage individuel des récipients ( 5 ) , - des moyens de calcul ( 11 ) pour déterminer le débit théorique global n.q du produit à fournir à l'unité de remplissage (3), et
- des moyens comparateurs (12) recevant et comparant les informations de débit réel total mesuré par les moyens de mesure et de débit théorique calculé par les moyens de calcul, lesdits moyens comparateurs ayant une sortie de commande raccordée à une commande ( 7 ) de la vanne ( 6 ) de réglage proportionnel du débit de produit fourni à l'unité de remplissage (3).
3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de mesure du débit réel total du produit comprennent un débitmètre (8) disposé dans le conduit (2) d'amenée du produit depuis le réservoir (1) à l'unité de remplissage (3).
4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que, pour couvrir la mesure de débits dans une plage étendue, les moyens de mesure du débit réel total du produit comprennent un débitmètre ( 8 ) pour la mesure des débits relativement élevés qui est disposé en série avec la vanne principale proportionnelle (6) et, pour la mesure de débits relativement faibles, un circuit en dérivation sur la vanne principale proportionnelle qui comprend un débitmètre (14) pour la mesure des faibles débits et une vanne proportionnelle secondaire (15), des moyens de commande étant prévus pour mettre en service sélectivement la vanne principale et la vanne secondaire selon le débit à mesurer.
5. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de mesure du débit réel total du produit comprennent une multiplicité de débitmètres indivi- duels (17) associés respectivement aux becs de remplissage (4) et des moyens sommateurs (18) déterminant la somme ∑qi des débits individuels qi détectés.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l'unité de remplissage ( 3 ) est agencée sous forme d ' un carrousel tournant avec les becs de remplissage (4) répartis périphériquement , le remplissage des récipients (5) s 'effectuant sur un secteur angulaire prédéterminé de la trajectoire circulaire suivie par les becs.
7. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle est agencée pour assurer un remplissage des récipients en milieu stérile.
PCT/FR1999/002475 1998-10-16 1999-10-13 Procede de controle du remplissage de recipients avec un produit coulant et installation de remplissage mettant en oeuvre ce procede WO2000023373A1 (fr)

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