Systèmes de remplissage gravimétrique et de dosage
Le remplissage gravimétrique dose le produit au poids plutôt qu’au volume. Une balance mesure le récipient pendant que le contrôleur passe d’un gros débit rapide à un petit débit lent, puis ferme l’alimentation juste avant la cible, en tenant compte du produit encore en chute. WPL réalise des logiciels et de l’électronique de remplissage pour l’alimentaire et la chimie, ainsi que l’indicateur R10 et WeightControl.
Ce que fait une machine de remplissage gravimétrique
Une machine de remplissage gravimétrique dose le produit au poids : une balance mesure le récipient ou une trémie peseuse pendant le remplissage, et un contrôleur arrête l’alimentation lorsque le poids cible est atteint. Le remplissage volumétrique dépend de la masse volumique du produit, qui varie avec la température, l’aération et la granulométrie ; le remplissage au poids mesure directement la quantité indiquée sur l’emballage.
Toute doseuse gravimétrique comporte quatre éléments :
- une plateforme de pesage ou une trémie peseuse avec capteurs de pesage ;
- un dispositif d’alimentation, comme une vanne, une vis sans fin, un alimentateur vibrant ou une pompe ;
- une électronique de pesage et un contrôleur qui décident quand commuter l’alimentation ;
- des sorties et des liaisons de données vers les vannes, un PLC, une imprimante ou un système de rapports.
WPL Industries, fondée en 1994, a réalisé des logiciels de remplissage et de l’électronique de pesage pour des produits alimentaires et chimiques, du poste de remplissage isolé aux lignes reliées à des PC industriels et des PLC.
Gros débit, petit débit et produit en chute
La plupart des doseuses travaillent à deux vitesses : un gros débit rapide remplit l’essentiel du récipient, puis un petit débit lent l’amène jusqu’à la cible. Le petit débit rend la dernière partie du remplissage assez faible pour que le contrôleur puisse l’arrêter au bon moment.
Le contrôleur doit fermer l’alimentation avant que la balance n’affiche la cible, à cause du produit en chute : le produit qui a déjà quitté la vanne ou la vis mais n’est pas encore arrivé dans le récipient. Avec un sac de 25 kg, par exemple, quelques centaines de grammes peuvent encore être en train de tomber au moment où la vanne se ferme, et la quantité exacte varie avec le débit, la hauteur de chute et le produit. Une doseuse qui apprend du résultat des remplissages précédents ajuste son point de coupure, de sorte que le poids final reste proche de la cible lorsque les conditions dérivent.
La cadence dépend de la rapidité avec laquelle la lecture se stabilise une fois l’alimentation arrêtée. WPL indique que son électronique de pesage échantillonne jusqu’à 1200 fois par seconde, et les systèmes de remplissage WPL utilisent des algorithmes spécifiques, dont l’estimation du débit, pour prévoir le bon moment de fermeture de l’alimentation et limiter le surremplissage.
| Phase | Alimentation | Ce que surveille le contrôleur |
|---|---|---|
| Tare | Fermée | Poids du récipient vide, lecture stable |
| Gros débit | Rapide | Point de passage au petit débit |
| Petit débit | Lent | Point de coupure, en tenant compte du produit en chute |
| Stabilisation et contrôle | Fermée | Poids net final par rapport à la tolérance |
| Correction | Fermée | Ajustement du point de coupure suivant |
Tolérance, surremplissage et règles de la marque ℮
Le surremplissage est le produit qui se retrouve dans un emballage au-delà de la quantité annoncée, et toute doseuse doit l’équilibrer avec le risque de sous-remplissage. Comme les remplissages varient toujours un peu, la moyenne doit être réglée légèrement au-dessus de la quantité nominale ; plus la variation est faible, plus cette moyenne peut se rapprocher du nominal. Réduire le surremplissage explique comment le mesurer.
Pour les préemballages portant la marque ℮, la directive 76/211/CEE du Conseil fixe trois règles : le contenu moyen d’un lot ne doit pas être inférieur à la quantité nominale, seule une faible part des emballages peut présenter un manque supérieur à l’erreur négative tolérable, et aucun emballage ne peut présenter un manque supérieur au double de cette erreur. La directive fixe les erreurs négatives tolérables suivantes :
| Quantité nominale | Erreur négative tolérable |
|---|---|
| 5 à 50 g | 9 % du nominal |
| 50 à 100 g | 4,5 g |
| 100 à 200 g | 4,5 % du nominal |
| 200 à 300 g | 9 g |
| 300 à 500 g | 3 % du nominal |
| 500 à 1000 g | 15 g |
| 1 à 10 kg | 1,5 % du nominal |
Le conditionneur est responsable du respect de ces règles. WeightControl SQC enregistre les contrôles par échantillonnage des emballages remplis par rapport aux zones de tolérance, avec moyenne, écart type et rapports.
Produits WPL pour le remplissage et le dosage
L’équipement adapté dépend du degré d’automatisation du remplissage, de l’opérateur qui verse jusqu’à une cible à la ligne pilotée par un PLC.
| Degré d’automatisation | Équipement WPL suggéré | Ce qu’il fait |
|---|---|---|
| Dosage manuel par un opérateur | WeightControl Base avec une balance | Fonction de dosage avec poids cible, tolérance, barre graphique et signal visuel et sonore à la cible |
| Lots à plusieurs composants | Base avec WeightControl Formula | Pesage de recettes pas à pas, mise à l’échelle des lots, enregistrements de lots en PDF et CSV |
| Poste de remplissage semi-automatique | Indicateur de pesage R10 avec une plateforme comme la SSP ou la BPS | Application de remplissage, 50 préréglages avec limite basse, cible et limite haute, sorties relais et E/S numériques |
| Ligne automatique | Électronique et logiciels de remplissage WPL, définis par projet | Algorithmes spécifiques, liaison avec PC industriels et PLC |
| Contrôle qualité des emballages remplis | Base avec WeightControl SQC | Contrôles par échantillonnage selon les règles de la marque ℮ |
Le R10 lit jusqu’à trois balances et dispose de quatre sorties relais (contact sec, 30 V CC ou 250 V CA, 3 A) et de 13 canaux d’E/S numériques, qui peuvent recevoir un interrupteur marche/arrêt, signaler des seuils ou piloter une séquence de remplissage. Les vannes et moteurs plus importants sont généralement commandés via un contacteur ou le PLC. Les options comprennent une sortie analogique 12 bits et des interfaces Profinet, Profibus, Modbus TCP, EtherNet/IP ou DeviceNet ; après chaque cycle, le R10 peut envoyer la date, l’heure, l’identifiant et le poids par le port série ou Ethernet. Les interfaces de balance expliquées vous aide à choisir une connexion.
Tous les modules logiciels figurent dans logiciels de pesage. Pour une machine de remplissage complète ou une intégration à une ligne existante, voir solutions de pesage sur mesure.
Conseils pratiques pour une balance de remplissage
La plupart des erreurs de remplissage viennent de l’installation plutôt que de l’électronique : vérifiez donc d’abord ces points.
- Dégagez le trajet de la charge. Les flexibles, becs de remplissage et câbles ne doivent pas toucher le récipient ni la plateforme, sinon ils reprennent une partie du poids.
- Isolez les vibrations. Montez la plateforme sur un socle rigide, à l’écart des pompes et des alimentateurs vibrants, ou désolidarisez-les mécaniquement.
- Tarez chaque récipient. Les bidons, fûts et sacs vides n’ont pas tous le même poids ; tarez chacun d’eux plutôt que d’utiliser une valeur fixe lorsque la variation compte.
- Contrôlez avec des poids étalons. Posez un poids connu sur la plateforme au début de chaque poste et après le nettoyage. Chaque balance WPL peut être livrée en option avec un certificat d’étalonnage EURAMET cg-18 ; voir l’étalonnage EURAMET cg-18.
- Enregistrez par lot. Conservez les poids de remplissage avec le numéro de lot et l’heure, pour rendre la dérive visible ; voir enregistrement des données de pesage.
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Questions fréquentes
Pourquoi remplir au poids plutôt qu’au volume ?
La quantité indiquée sur un emballage est généralement exprimée en poids, et la masse volumique de nombreux produits varie avec la température, l’aération ou la granulométrie. Une doseuse volumétrique délivre alors un poids différent pour un même volume. Le pesage mesure directement la quantité annoncée, ce qui facilite la maîtrise du surremplissage et la documentation des poids de remplissage.
À quelle cadence une doseuse gravimétrique peut-elle travailler ?
Cela dépend du débit de produit, du récipient, de la hauteur de chute et de la vitesse à laquelle la lecture se stabilise après l’arrêt de l’alimentation. WPL indique que son électronique de pesage échantillonne jusqu’à 1200 fois par seconde. Envoyez à WPL le produit, les poids de remplissage et la cadence horaire requise, afin d’évaluer le cycle pour votre application.
Peut-on ramener le surremplissage à zéro ?
Non. Tout procédé de remplissage présente une certaine variation, et selon les règles de la marque ℮ la moyenne du lot ne doit pas être inférieure à la quantité nominale : la cible doit donc se situer légèrement au-dessus du nominal. Réduire la variation, grâce au petit débit, à la correction du point de coupure et à une installation stable, permet de réduire cette marge.
Une balance de remplissage WPL peut-elle fonctionner avec notre PLC ?
Oui, plusieurs solutions sont possibles. Le R10 dispose de sorties relais et d’E/S numériques, et propose en option Profinet, Profibus, Modbus TCP, EtherNet/IP ou DeviceNet ainsi qu’une sortie analogique. Pour les lignes complètes, WPL réalise des systèmes de remplissage à architecture ouverte vers les PC industriels et les PLC, définis par projet.
Sources
Rédigé et relu par les ingénieurs pesage de WPL Industries. Le contenu technique et réglementaire est vérifié à partir des sources citées. Politique éditoriale
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