Technology
重量制御
(じゅうりょうせいぎょ)
重量制御
重量制御とは、ロードセルなどで計測した重量値に応じて、フィーダー、ゲート、ポンプ、バルブ、ノズル、リフターなどを自動制御する技術です。計量設定値までの残量を常時監視し、供給速度や機器の動作を変化させることで、処理能力と計量精度を両立します。
粉体や粒体の計量では、設定重量から遠い間は高速で供給し、目標値へ近づくと低速へ切り替えます。さらに、供給停止後に落下する原料の量を考慮し、設定値より手前で供給機を停止します。液体充填では、重量の増加に合わせてノズルや容器の高さを調整し、泡立ち、飛散、液垂れを抑える制御にも利用されます。
ハカルプラスでは、粉体、粒体、液体の特性、必要能力、要求精度に応じて、計量機、供給機器、制御盤、PLC、計量コントローラを組み合わせた重量制御を検討します。
重量制御の基本的な仕組み
重量制御では、計量機から現在重量を連続的に取得し、目標重量との差に応じて供給機器を動作させます。一般的なバッチ計量では、次の順序で制御します。
- 計量開始前にゼロ点を確認する
- 供給機を高速で運転し、粗供給を行う
- 目標重量へ近づくと低速の微供給へ切り替える
- 落差量を考慮した重量で供給を停止する
- 重量値が安定したことを確認する
- 計量結果を確定し、過量・不足を判定する
高速運転の時間を長くすれば処理能力は高くなりますが、目標値を超えやすくなります。反対に、早い段階で低速へ切り替えると精度は安定しやすいものの、計量時間が長くなります。
粗供給と微供給
粗供給とは、目標重量までの残量が多い段階で、原料を大きな流量で供給する制御です。微供給とは、目標重量付近で供給量を小さくし、過量を抑える制御です。
スクリューフィーダーやベルトフィーダーでは、インバーターによってモーター回転速度を変更します。ゲート式の供給では、粗供給用と微供給用のゲートを使い分けたり、開度を切り替えたりします。液体では、ポンプ速度やバルブ開度を変化させます。
切替重量は、原料の流動性、供給機の能力、目標重量、要求精度から設定します。同じ設備でも、品種や目標量が変わる場合は、原料ごとに設定値を登録することがあります。
落差補正
供給機へ停止指令を出しても、フィーダー、配管、ノズルなどの内部に残っている原料は、すぐには止まりません。停止後に計量機へ入る量を落差量と呼びます。
例えば、目標重量が20kgで、停止後に約0.2kg入る場合は、19.8kg付近で供給を停止します。ただし、落差量は供給速度、原料残量、付着状態、粘度などによって変動します。
過去の実計量値から落差量を補正する自動学習を組み込む場合もあります。補正量が急激に変化しないよう、更新範囲や採用条件を設定することが重要です。
重量安定判定
供給停止直後は、落下中の原料、計量機の揺れ、液面の波立ちなどによって重量値が変動します。そのため、一定時間内の重量変化が設定範囲に収まったことを確認してから、実計量値を確定します。
安定判定を厳しくしすぎると処理時間が長くなり、緩くしすぎると変動中の値を計量結果として採用する可能性があります。設備の振動や要求精度に合わせて調整します。
連続供給における重量制御
連続減算計量では、原料を入れたホッパーの重量減少を監視し、時間当たりの供給量が設定値となるようフィーダー速度を調整します。
ホッパー重量の減少が設定供給量より少ない場合は速度を上げ、多い場合は速度を下げます。原料のかさ密度や流動性、ホッパー内残量が変化しても、供給量を一定に保つための制御です。
重量値には機械振動が含まれるため、測定周期やフィルタ設定が適切でないと、速度指令が細かく変動して制御が不安定になることがあります。
液体充填におけるノズル制御
液体を容器へ充填する場合、ノズルと液面の距離が大きいと、液体が飛散したり泡立ったりすることがあります。そこで、充填開始時にはノズルを容器内へ下降させ、重量の増加に合わせて徐々に上昇させます。
ノズルを液面付近で追従させることで、落下距離を抑えられます。充填終盤では速度を下げ、液切り後にノズルを上昇させることで、容器外への液垂れを軽減します。
容器側をリフターで上下させる方式と、ノズル側を昇降させる方式があり、容器寸法、重量、充填能力、洗浄方法などから選定します。
異常時の処理
主な異常には、重量値不安定、目標重量未到達、過量、ロードセル異常、供給機過負荷、バルブ閉不良、ノズル位置異常があります。
一定時間運転しても重量が増加しない場合は、原料切れ、詰まり、空運転などが考えられます。反対に、供給停止後も重量が増え続ける場合は、ゲートやバルブが完全に閉じていない可能性があります。
異常時は供給を停止し、タッチパネルへ原因を表示します。停電や非常停止から復旧する際は、現在重量と供給機器の状態を確認し、計量を継続するか、原料を排出して再計量するかを設備仕様に応じて決めます。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体、粒体、液体の重量変化に追従した供給速度制御やノズル昇降制御を検討します。
ロードセル、計量コントローラ、スクリューフィーダー、ベルトフィーダー、ポンプ、バルブ、リフターなどを組み合わせ、粗供給・微供給、落差補正、重量安定判定、異常監視を構成します。
機械設備の設計に加え、制御盤、PLC、タッチパネル、インバーター、実績保存、上位システムとの連携まで、設備能力と要求精度に合わせて対応方法を検討します。
よくある質問
Q. 重量制御と計量制御は何が違いますか？
A. 計量制御は計量工程全体を指し、重量制御は重量値に応じて供給速度や機器動作を変化させる制御に重点を置いた考え方です。
Q. 高速供給から低速供給へ切り替える重量はどのように決めますか？
A. 供給機の能力、落差量、原料特性、目標重量、要求精度を確認し、実原料による試運転で調整します。
Q. 供給停止後に重量を超えてしまう原因は何ですか？
A. 落差補正不足、供給速度過大、原料の流動変化、ゲートやバルブの閉じ遅れなどが考えられます。
Q. 液体充填時の泡立ちや液垂れを軽減できますか？
A. 重量に応じて供給速度とノズル高さを制御し、充填終盤の低速化や液切り動作を加えることで軽減できます。
Q. 既設の計量設備へ重量制御を追加できますか？
A. ロードセル、供給機器、計量コントローラ、PLCの仕様を確認し、速度切替や落差補正を追加できる場合があります。