【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于控制充填机中流量调节阀的系统和方法，该充填机用于向复合包装中充填可倾倒食品。
技术介绍
1、众所周知，许多液体或可倾倒的食品，如果汁、uht(超高温处理)奶、酒、番茄酱等，都是以由多层复合包装材料制成的复合包装进行分装和销售的。
2、一个典型的示例是被称为aseptic(注册商标)的用于可倾倒食品的平行六面体形包装，其是通过密封和折叠层压条状包装材料制成的。所述包装材料具有多层结构，其包括两侧都覆盖有热封塑料材料(例如聚乙烯)层的纸板和/或纸基层。在用于长期储存产品的无菌包装的情况下，包装材料还包括氧气阻隔材料层(例如铝箔)，其叠加在一热封塑料材料层上，然后再覆盖另一热封塑料材料层，该另一热封塑料材料层形成包装的最终与食品接触的内表面。
3、这种复合包装通常是在全自动充填(或包装)设备中生产的，其中至少从多层复合包装材料的卷材(从卷轴上缠绕)开始形成复合包装，然后用可倾倒食品充填该复合包装。
4、典型的包装设备至少包括充填机，用于从多层复合包装材料中形成复合包装，并用可倾倒食品充填该复合包装。此外，包装设备还可包括下游处理设备，从充填机接收复合包装，并对复合包装进行额外处理；下游处理设备例如可包括一或多个缓冲单元，用于临时缓冲复合包装；施加单元，用于在复合包装上施加例如吸管；成组单元，例如集装单元，用于将多个复合包装成组化到存储单元(如托盘)中。
5、参考图1，举例说明了充填机1(有时也称为包装机)，尤其是用于将液体或可倾倒食品充填到多层复合包装2中的辊式充填
6、多层复合包装材料可包括至少一个纤维材料层，例如纸或纸板层，以及至少两个热密封塑料材料(例如聚乙烯)层，其将纤维材料层夹在中间。这两个热密封塑料材料层中的一个限定了复合包装2的在同一复合包装2中最终接触可倾倒食品的内面。
7、多层复合包装材料还可包括一个气体和光阻隔材料层，如铝箔或乙烯-乙烯醇(evoh)膜，尤其是布置在其中一个热密封塑料材料层和纤维材料层之间。优选地，多层复合包装材料还可包括另一热密封塑料材料层，夹在所述气体和光阻隔材料层与纤维材料层之间。
8、具体来说，多层复合包装材料是以卷材的形式提供的，特别是卷绕在包装材料卷筒3上，从卷筒3沿卷材进给方向a通过充填机1；通过提供纵向密封，在充填机1中由所述卷材形成管4。
9、液体食品通过管道5进入管4，且调节阀6用于调节液体食品通过管道5到达管4并填充包装2的流量。特别地，调节阀6将管道5与加工线7连接起来，所述加工线7(以任何已知的方式)配置为在液体食品包装之前对其进行加工(加工线7还与储罐或类似的储存装置7′连接)。
10、管4的下端8被进给到折叠装置9，在该装置中进行横向密封，管4根据折叠线(也称为弱化线)折叠，然后被切断，这样就形成了装有液体食品的复合包装2。
11、如图1所示，充填机1还可包括灭菌装置s，例如过氧化氢浴或lveb(low-voltageelectron beam低压电子束)站，用于确保在形成管4之前卷材不含不需要的微生物。
12、充填机1还包括控制单元10，该控制单元10(除了此处未说明的其他功能外，用于管理充填机1的操作)可操作地与调节阀6连接在一起，并被配置为向同一调节阀6提供控制信号sc，以调节其位置，从而调节通过管道5并进入管4的液体的流量。
13、例如，控制单元10包括plc(可编程逻辑控制器)或任何合适的处理和计算单元，被配置为执行设计用于为调节阀6生成上述控制信号sc的计算机程序。
14、以本申请人名义于2021年6月18日提交的第21180243号欧洲专利申请公开了一种通过控制单元10控制调节阀6的有利而有效的方案。
15、特别地，根据该方案，充填机1还包括压力传感器14，用于确定从加工线7向同一充填机1中的管道5输送的液体食品的入口压力测量值pin。确定的入口压力测量值pin(通过有线或无线方式)提供给控制单元10。
16、特别是，压力传感器14相对于所述可倾倒食品流到管道5进入充填机1的流动方向，被安装在调节阀6的上游。
17、充填机1还包括流量计16和液位检测器18。
18、流量计16确定从加工线7送入充填机1的液体食品的入口产品流量测量值fin；并且液位检测器18确定从管道5送入管4用于充填包装2的液体食品的产品液位测量值lm。
19、确定的产品流量和液位测量值fin、lm也将提供给控制单元10(同样以有线或无线方式)。
20、特别地，流量计16相对于所述可倾倒食品进入充填机1的流动方向也被布置在调节阀6的上游；且液位检测器18以任何适当的方式布置(例如，靠近管4)，以检测同一管4内的液位(例如，以非接触方式、通过电磁式测量)。
21、入口压力、产品流量和产品液位测量值可称为充填控制参数，控制单元10据此控制调节阀6并产生相应的控制信号sc。
22、如上述专利申请no.21180243所述(下文还将详细介绍)，控制单元10被配置为执行流量比例-积分-微分(pid)模块，在其输入端接收流量设定点和入口产品流量测量值fin。流量pid模块的输出显示由流量计16测量的实际流量与由流量设定点所代表的期望流量之间的差值。
23、控制单元10还配置有流量前馈(ff)模块，在其输入端接收来自压力传感器14的入口压力测量值pin和流量设定点。
24、流量前馈模块利用流体动力学图生成流量设定点和入口压力测量值pin的函数的直接控制输出，流体动力学图是调节阀6在测试状态下的特征描述的结果。
25、流量比例-积分-微分(pid)模块和流量前馈模块的输出(均指示调节阀6的位置)在控制单元10中进行组合，以生成调节阀6的控制信号sc，并根据组合的输出的函数对调节阀6进行调节。
26、使用入口压力测量值pin作为流量前馈控制模块的输入尤其有利，因为这样也可以根据来自加工线7的实时压力测量来调节调节阀6，从而使同一调节阀6能够快速适应同一加工线7中的压力变化和波动。例如，当加工线7中的压力下降时，例如由于产品管线干扰造成的压力下降，调节阀6可以进行调节以补偿这种压力下降。
27、因此，与已知的控制方案(没有上述的压力传感器14)相比，可以实现对干扰的快速反应，并为充填机1提供稳定的运行，减少包装材料和产品的浪费。
28、控制单元10还可包括外部液位pid控制模块，在其输入端接收液位设定点和产品液位测量值lm，并产生一个输出，指示通过液位检测器18测量的实际产品液位与由液位设定点表示的期望液位之间的差值，该差值用于提供上述的流量设定点。
29、在这种情况下，控制单元10采用双pid控制回路，基于压力和液位测量值进行更精确的控制，以调节通过调节阀6的流量。
30、本申请人意识到，尽管上述控制方案具有优势，但仍可加以改进。
31、特别是，在流量前馈控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种控制充填机(1)的流量调节阀(6)的方法，所述充填机(1)被配置成由多层复合包装材料形成复合包装(2)并用可倾倒食品填充所述复合包装(2)，其中所述调节阀(6)控制填充所述包装(2)的所述可倾倒食品的流量，所述方法包括：
2.-根据权利要求1所述的方法，包括执行动态适应程序，以根据所述充填机(1)和/或可倾倒食品的所述不同操作条件，动态适应所述流量前馈控制模块(20)中的所述存储的流体动力学图。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述存储的流体动力学图表示所述第二控制贡献值(C2)与所述流量调节阀(6)的所述操作位置以及所述入口压力测量值(PIN)和流量设定点(FSP)之间的关系；并且其中所述动态适应程序包括：
4.根据权利要求3所述的方法，包括在所述流量前馈模块(20)的输入端，将计算出的德尔塔压力值(ΔP)加到测得的入口产品压力(PIN)值上。
5.根据权利要求3或4所述的方法，包括移动所述存储的流体动力学图一移动量，所述移动量是所述德尔塔压力值(ΔP)的函数，从而确定用于在所述入口接收所述入口压力测量值(PIN)的所述
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述流体动力学图定义了变量(Cd)与所述流量调节阀(6)的位置之间的关系，所述变量(Cd)是产品压力和流量的函数。
7.根据前述权利要求6和权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述动态调整程序包括：
8.根据前述权利要求2-7中任一项所述的方法，包括在所述充填机(1)开始新的生产时执行所述动态调整程序，这意味着不同的可倾倒食品和/或所述充填机(1)的不同操作条件。
9.-根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述流量设定点(FSP)指示通过所述调节阀(6)的产品的目标流量，优选确定为以下一项或多项的函数：启动流量百分比、额定流量百分比、机器速度流量百分比、液位设定点和由液位检测器(18)测得的产品液位。
10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述流量反馈控制模块(22)由比例-积分-微分(PID)模块实现。
11.-根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第一控制信号(C1)和第二控制信号(C2)在求和块(24)中组合，所述求和块(24)在所述输出端为所述流量调节阀(6)生成所述控制信号(SC)，用于调节其操作位置，从而调节通过其中的所述可倾倒食品的流量。
12.-根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括：
13.-一种用于控制充填机(1)的流量调节阀(6)的控制系统，所述充填机(1)被配置成由多层复合包装材料形成复合包装(2)并用可倾倒食品填充所述复合包装(2)，其中所述调节阀(6)被配置成控制填充所述包装(2)的所述可倾倒食品的流量，所述控制系统包括：
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述充填机(1)被配置为由所述多层复合包装材料卷材形成管(4)，并且包括充填管道(5)，其用所述可倾倒食品充填所述管(4)，
15.-一种充填机(1)，其包括根据权利要求13或14所述的控制系统。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种控制充填机(1)的流量调节阀(6)的方法，所述充填机(1)被配置成由多层复合包装材料形成复合包装(2)并用可倾倒食品填充所述复合包装(2)，其中所述调节阀(6)控制填充所述包装(2)的所述可倾倒食品的流量，所述方法包括：
2.-根据权利要求1所述的方法，包括执行动态适应程序，以根据所述充填机(1)和/或可倾倒食品的所述不同操作条件，动态适应所述流量前馈控制模块(20)中的所述存储的流体动力学图。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述存储的流体动力学图表示所述第二控制贡献值(c2)与所述流量调节阀(6)的所述操作位置以及所述入口压力测量值(pin)和流量设定点(fsp)之间的关系；并且其中所述动态适应程序包括：
4.根据权利要求3所述的方法，包括在所述流量前馈模块(20)的输入端，将计算出的德尔塔压力值(δp)加到测得的入口产品压力(pin)值上。
5.根据权利要求3或4所述的方法，包括移动所述存储的流体动力学图一移动量，所述移动量是所述德尔塔压力值(δp)的函数，从而确定用于在所述入口接收所述入口压力测量值(pin)的所述流量前馈模块(20)的动态调整的流体动力学图。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述流体动力学图定义了变量(cd)与所述流量调节阀(6)的位置之间的关系，所述变量(cd)是产品压力和流量的函数。
7.根据前述权利要求6和权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述动态调整程序包括：
8.根据前述权利要求2-7中任一项所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：费德里卡·维拉尼，尼古拉·加鲁蒂，
申请(专利权)人：利乐拉瓦尔集团及财务有限公司，
类型：发明
国别省市：
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