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フレコンスケール
(フレコンスケール)
フレコンスケール
フレコンスケールは、フレキシブルコンテナバッグ（フレコンバッグ）へ粉体や粒体を投入しながら重量を計測し、設定した重量で供給を停止する充填計量装置です。原料、飼料、樹脂ペレット、化学品、鉱物、食品原料などを、所定重量ごとに袋詰めする工程で使用されます。
ロードセルでフレコンバッグと投入物の重量を連続して計測し、目標重量へ近づくと供給速度を下げます。一般には、処理時間を短縮するための粗投入と、目標重量へ精度よく合わせるための微投入を組み合わせ、供給停止後に落下する原料量も見込んで制御します。
フレコンスケールの仕組みと構成
主な構成要素は、計量架台、ロードセル、バッグ支持機構、投入シュート、原料供給機、バッグ口固定機構、集塵機構、制御盤、計量コントローラ、PLC、タッチパネルです。設備によっては、バッグを膨らませる送風機構、充填中の原料をならす振動機、充填後の搬出コンベアなども組み合わせます。
空のフレコンバッグを吊り具や支持部へ取り付け、バッグ口を投入シュートへ接続します。取付状態を確認して風袋引きを行った後、原料供給を開始します。目標重量付近で粗投入から微投入へ切り替え、停止重量へ到達すると供給機やゲートを停止します。
供給停止後は、シュートや供給機内に残った原料の落下が収まり、重量値が安定したことを確認して最終重量を確定します。その後、計量結果を保存し、バッグ口を取り外してフレコンバッグを搬出します。
計量値と風袋重量
ロードセルが検出する総重量には、フレコンバッグ、吊り具、支持部材、投入物などの重量が含まれます。総重量をWg、風袋重量をWt、投入物の正味重量をWnとすると、次の式で表せます。
Wn＝Wg－Wt
例えば、計量時の総重量が1,030kg、フレコンバッグや吊り具などの風袋重量が30kgの場合、正味重量は1,000kgです。
フレコンバッグの個体差や吊り具への付着物があると、風袋重量が変化します。そのため、バッグ交換ごとに風袋引きを行い、風袋値が設定範囲外の場合は投入を開始しない制御を設けることがあります。
必要容積とかさ密度
フレコンバッグの容量を選定する際は、投入重量だけでなく、原料のかさ密度を確認します。必要容積をV、投入重量をW、かさ密度をρbとすると、次の式で概算できます。
V＝W÷ρb
投入重量が1,000kg、かさ密度が800kg/m3の場合、必要容積は1.25m3です。
実際には、原料の盛り上がり、空気の巻き込み、充填による締まり、バッグ形状などを考慮して余裕を持たせます。同じ原料でも、水分や粒度、保管状態によってかさ密度が変化する場合があります。
粗投入・微投入と落差補正
目標重量まで同じ速度で投入すると、供給停止を指令してから実際に原料の落下が止まるまでの時間差によって、目標値を超えやすくなります。このため、計量初期は粗投入を行い、目標重量へ近づくと微投入へ切り替えます。
目標重量をWset、粗投入から微投入へ切り替えるまでの差をΔWとすると、切替重量Wchangeは次のように設定できます。
Wchange＝Wset－ΔW
目標重量が1,000kgで、50kg手前から微投入へ切り替える場合、切替重量は950kgです。
供給停止後に落下する重量をWfall、停止指令時の重量をWstopとすると、最終重量Wfinalは次のように表せます。
Wfinal＝Wstop＋Wfall
目標値へ合わせるため、停止重量は概念的に次のように設定します。
Wstop＝Wset－Wfall
停止後落差は、原料の流動性、微投入速度、供給機内の残留量、シュート形状、原料残量などによって変化します。過去の計量結果から補正値を更新する制御を用いる場合もあります。
供給機器との組み合わせ
原料の性状と必要能力に応じて、スクリューフィーダー、ロータリーフィーダー、ベルトフィーダー、振動フィーダー、各種ゲートなどを選定します。
流動性の高い粒体ではゲートによる重力投入、流れにくい粉体ではスクリューフィーダーやアジテータを組み合わせるなど、原料特性に適した供給方法が必要です。粗投入と微投入は、フィーダーの回転速度を変える方法、大小2系統の供給口を切り替える方法、ゲート開度を変える方法などで行います。
供給機を停止しても原料が流れ続けやすい場合は、フラップ弁やカットゲートなどの遮断機構を供給口付近へ設け、停止後落差を抑えることがあります。
計量能力の考え方
1回当たりの計量重量をW、1時間当たりの計量回数をNとすると、理論処理能力Qは次の式で求められます。
Q＝W×N
1回1,000kgの計量を1時間に12回行う場合、理論処理能力は12,000kg/h、つまり12t/hです。
実際の能力には、空バッグの準備、バッグの取付け、風袋引き、投入、安定待ち、計量確認、バッグ口の処理、搬出などの時間が影響します。供給機の能力だけでなく、作業者の動線や搬送設備を含めてサイクルタイムを検討します。
設計・制御上のポイント
荷重をロードセルへ正しく伝える
バッグ、投入シュート、集塵ダクトなどが周囲の固定構造へ接触すると、重量の一部がロードセル以外へ逃げ、計量誤差が生じます。計量部と固定部の干渉を避け、配管や集塵ダクトには柔軟継手を用います。
電気配線やエア配管についても、計量架台を引っ張ったり押したりしないよう、柔軟性と配線余裕を確保します。
バッグの膨らみと偏荷重を考慮する
充填中にバッグが膨らんで床や架台へ接触すると、正しく計量できません。バッグの最大外形を想定し、周囲に十分な隙間を確保します。
原料がバッグ内の片側へ偏ると、ロードセルごとの荷重が不均一になる場合があります。計量架台の剛性、ロードセル配置、投入位置を検討し、必要に応じて原料をならす機構を設けます。
重量安定判定を行う
供給停止直後は、原料の落下やバッグの揺れによって重量表示が変動します。一定時間内の重量変化が設定範囲以下になったことを確認してから、最終重量を確定します。
安定判定を厳しくしすぎると計量時間が長くなり、緩くしすぎると実績値がばらつきます。実機で振動状態を確認しながら、判定幅と判定時間を調整します。
バッグ取付けを確認する
バッグの吊りベルト、投入口、排出口が正しく取り付けられていない状態で投入すると、バッグの落下や原料漏れにつながります。吊り部の位置、バッグ口クランプ、支持機構などの状態をセンサや作業確認によって判定します。
自動運転の開始条件には、バッグ取付け完了、計量値の正常、風袋値の範囲内、搬出設備の停止などを組み込みます。
過充填と供給異常を防止する
目標重量を超えても供給機が停止しない場合に備え、上限重量警報、供給機停止、遮断ゲート閉鎖などを段階的に行います。計量値が一定時間増加しない場合は、原料切れ、ブリッジ、供給機の空転などを検出できます。
反対に、供給停止後も重量が増え続ける場合は、ゲート閉鎖不良、供給機の停止不良、原料のフラッシングなどを疑います。
粉じんと清掃性を考慮する
粉体の充填では、バッグ内部の空気が原料投入によって押し出され、粉じんが発生します。バッグ口と投入シュートの密閉、集塵フード、除じん用フィルターなどを検討します。
原料が計量架台やロードセル周辺へ堆積すると、可動部の干渉や風袋変化の原因になります。掃除しやすい床面、点検口、カバー構造とし、ロードセルへ直接清掃水や衝撃が加わらないようにします。
異常監視・復旧・保守
主な異常には、ロードセル異常、重量信号の範囲外、供給時間超過、過量、供給機過負荷、ゲート動作異常、バッグ取付け異常、集塵機異常などがあります。異常発生時は原料供給を停止し、タッチパネルへ原因と確認箇所を表示します。
停電や非常停止が計量途中で発生した場合は、バッグ内の実重量、供給機やゲートの状態、未保存の実績を確認します。復旧後に最初から投入し直すのか、残量を確認して継続するのかをあらかじめ決めておきます。
定期点検では、ロードセルと取付金具、バッグ支持部、供給機、ゲート、柔軟継手、集塵部、配線、エア配管を確認します。既知重量による点検や校正を行い、ゼロ点、指示値、繰り返し性が管理範囲内であることを確認します。
実績管理とトレーサビリティ
計量完了ごとに、品種、目標重量、実績重量、計量誤差、原料ロット、バッグ番号、計量日時、作業者、警報の有無などを保存できます。
バーコードやRFIDで原料とフレコンバッグを識別し、製造指示と一致した場合だけ充填を許可することで、品種やロットの取り違えを抑えられます。発行した現品票やラベルの番号を計量実績へひも付ければ、出荷後の追跡にも活用できます。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、投入物の種類、目標重量、かさ密度、必要な計量精度と能力、バッグ形状、設置環境、作業方法などを確認し、フレコンスケールを含む充填計量設備を検討します。
計量架台、ロードセル、バッグ支持機構、投入シュート、供給機、ゲート、集塵フード、搬出設備などの機械設計に加え、計量コントローラ、制御盤、PLC、タッチパネルまで一体的に対応します。
制御では、風袋引き、粗投入・微投入、停止後落差補正、重量安定判定、過量監視、供給時間監視、バッグ取付け確認などを構成します。品種ごとの目標値、速度、切替重量、補正値を登録し、計量結果に応じて調整することも可能です。
計量実績、警報履歴、設定変更履歴の保存、バーコード・RFIDによる照合、ラベル発行、生産管理システムや配合管理システムとの連携についても、必要なデータ項目と通信仕様を確認して検討します。
よくある質問
Q. 計量値が毎回ばらつく場合は何を確認しますか？
A. 微投入速度、停止後落差、安定判定、バッグやシュートの接触、ロードセル周辺への原料堆積などを確認します。原料のかさ密度や流動性の変化も影響します。
Q. バッグを交換するたびに風袋引きが必要ですか？
A. バッグ重量の個体差や吊り具への付着があるため、原則として取付けごとに風袋引きを行う方が正味重量を正確に求めやすくなります。
Q. 目標重量を超えたフレコンバッグは自動で修正できますか？
A. 過量となった原料を自動で抜き取る機構がなければ、制御だけで重量を減らすことはできません。過量を防ぐため、微投入速度、停止重量、落差補正を調整します。
Q. 原料変更時に同じ計量設定を使用できますか？
A. かさ密度、流動性、供給速度、停止後落差が異なるため、同じ設定では精度や能力が変わる場合があります。品種ごとに切替重量、速度、補正値を設定します。
Q. 既設設備へフレコンスケールを追加できますか？
A. 設置高さ、架台強度、供給機との接続、バッグ搬入・搬出スペース、集塵設備、電源、制御信号を確保できれば追加できる場合があります。現地条件を確認して改造範囲を検討します。