Ważenie i dozowanie. Część 1

W przemyśle korzysta się z wielu różnych typów wag, m.in.: paletowych, w tym platformowych, taśmociągowych, zbiornikowych oraz zintegrowanych z systemami dozowania i mieszania, z maszynami, które porcjują, napełniarkami i pakowarkami. Taka różnorodność pozwala wybrać urządzenie odpowiednie dla każdej aplikacji.

PRZEGLĄD TYPÓW WAG PALETOWYCH

Tytułowe urządzenia przeznaczone są do ważenia ciężkich ładunków na paletach, w skrzyniach, kartonach, kontenerach i innych obiektów o dużych rozmiarach albo masie. Korzysta się z nich przede wszystkim w zakładach przemysłowych i magazynach, a poza tym m.in. w rolnictwie i weterynarii, gdzie są używane do ważenia zwierząt, przykładowo w ogrodach zoologicznych. Dostępne są wagi paletowe kilku typów. Najpopularniejsze z nich to: typu U-frame, płozowe, paletowe z wózkiem.

Wagi paletowe typu U-frame zbudowane są z dwóch ramion połączonych belką. Zazwyczaj wyposaża się je w kółka jezdne oraz uchwyty, ułatwiające ich przenoszenie. W wagach płozowych belki nie są ze sobą połączone, a kable między nimi, a miernikiem z wyświetlaczem są bardzo długie. Dzięki temu rozstaw płóz jest regulowany.

Poza dwoma standardowo oferowanymi w zestawie, zwykle sprzedawane są również dodatkowe płozy. Możliwość dopasowania do potrzeb ich liczby oraz odległości je dzielącej ułatwia ważenie obiektów o różnych rozmiarach albo niestandardowych kształtach. Przykładem są długie rury i pręty, których nie można podzielić na mniejsze kawałki, a poza przemysłem zwierzęta w klatkach.

Z kolei wagi paletowe z wózkiem pozwalają na jednoczesne ważenie i transport obiektów pomiaru. Łatwo jest nimi manewrować, co przydaje się, gdy trzeba dojechać na miejsce pomiaru w ciasnej przestrzeni. W ramce przedstawiamy przykłady kilku modeli wag paletowych opisanych typów.

WAGI W WÓZKACH WIDŁOWYCH

Należy również wspomnieć o wagach, które można zamontować w wózkach widłowych. W tym zakresie dostępne są różne konstrukcje, na przykład w postaci wideł ważących albo wag, które instaluje się bezpośrednio w wózku. Żeby zapewnić wiarygodny pomiar w przyrządach tych są stosowane specjalne rozwiązania konstrukcyjne wymuszane specyfiką warunków, w jakich w tym przypadku przeprowadzane jest ważenie.

W przypadku wag montowanych w wózku widłowym dokładność powinna być zachowana bez względu na to, pod jakim kątem nachylenia i na jakiej wysokości znajduje się aktualnie ładunek. Ponadto na wynik pomiaru nie mogą wpływać: położenie obciążenia, które rzadko jest na palecie kładzionej na widły wycentrowane, jego nierównomierny rozkład, drgania, które przenoszą się na ładunek z silnika i wstrząsy, które występują: przy przejeździe wózka przez nierówności w podłożu, na przykład ograniczniki prędkości zamontowane w podłodze, w razie zderzenia wózka z przeszkodą albo gwałtownego opuszczenia wideł, aż do uderzenia nimi w podłogę.

Aby spełnić powyższe warunki korzysta się z: czujników, które m.in. wykrywają przechył, materiałów, które amortyzują wstrząsy, czujników korygujących nierównomierne obciążenie i algorytmów, które filtrują zakłócenia będące wynikiem drgań.

JAKIE SĄ ZALETY WAG W WÓZKACH WIDŁOWYCH?

Ponadto waga powinna współpracować z różnymi typami wideł oraz być odpowiednio szczelna, żeby wózek w nią wyposażony mógł pracować na zewnątrz. Ważną cechą użytkową jest łatwy montaż i demontaż, pozwalający na jej sprawne przenoszenie między wózkami. Ze względów bezpieczeństwa z kolei powinna być tak zaprojektowana i zamontowana, aby nie ograniczała operatorowi widoczności ładunku i trasy przed nim.

Wbudowanie wagi w wózek widłowy ma wiele zalet. Dzięki możliwości ważenia ładunku podczas transportu nie trzeba w tym celu organizować oddzielnego stanowiska pomiarowego, co zapewnia oszczędność miejsca i zwiększa wydajność.

W zamian, nie dzieląc towarów wcześniej na cięższe i lżejsze, można planować ich rozkład "w locie", na przykład układając cięższe na niższych półkach w magazynie albo rozkładając je w ciężarówce równomiernie, co zapobiega grożącym wypadkiem przechyłom w trakcie jazdy. Operator może też w każdej chwili sprawdzić zgodność masy ładunku ze zleceniem przewozowym, które realizuje unikając dzięki temu pomyłek i zwiększających koszty przejazdów powrotnych w celu pobrania właściwej ilości towaru.

WAGI PLATFORMOWE

Do grupy paletowych zaliczane są również wagi platformowe (pomostowe). Ten typ wyróżnia płaska powierzchnia, zwykle dużych rozmiarów, na której umieszcza się przedmiot pomiaru. Waga opiera się zwykle na stopkach lub ma wmontowane kółka, które ułatwiają jej przenoszenie.

Może być także zagłębiana, czyli instalowana na równi z podłożem. Zaletą ostatniej konstrukcji jest łatwy wjazd i zjazd z szalki. Pozostałe rodzaje wag platformowych wymagają korzystania z pochylni, po której można wsuwać i zsuwać ważony obiekt.

Przyrządy pomiarowe tego typu służą głównie do ważenia bardzo dużych, ciężkich i nieporęcznych obiektów. Znajdują w związku z tym wiele zastosowań nie tylko w przemyśle, ale i poza nim.

Przykładowo korzystają się z nich weterynarze, pracownicy ogrodów zoologicznych oraz lekarze, którzy w ten sposób komfortowo dla pacjentów ważą osoby z różnych powodów unieruchomione, na przykład na wózku inwalidzkim albo w łóżku szpitalnym. Z kolei na lotniskach są używane w kontroli wagi bagaży.

Do tytułowej kategorii można też zaliczyć wagi samochodowe. Są one zwykle wykonywane jako konstrukcje stalowe, stalowo-betonowe albo betonowe, pomostowe, jak i zagłębieniowe, o bardzo dużym obciążeniu. Ich przykładowym zastosowaniem jest kontrola wagi pojazdów przewożących materiały, których tuż po wjeździe na teren zakładu lub magazynu nie można w inny sposób równie szybko zważyć, m.in. materiałów sypkich, jak zboże.

WYBÓR WAGI PLATFORMOWEJ

Wybierając wagę platformową należy rozważyć kilka kwestii. Na przykład nie warto przepłacać za urządzenie o obciążeniu albo dokładności za dużych w porównaniu z tym, co według przewidywań będzie wymagane. Dotyczy to także rozmiarów platformy - jeżeli w planach jest ważenie ciężkich, lecz rozmiarowo niewielkich obiektów zwykle zakup większej wagi się nie opłaca.

Wymiary tego przyrządu powinno się ponadto odnieść do dostępnej przestrzeni w miejscu, gdzie planowane jest jego używanie. Jeśli będzie konieczne przenoszenie wagi trzeba sprawdzić, czy uda się ją zmieścić w innym miejscu, a wcześniej przewieść ją przez drzwi do niego prowadzące. W przypadku, gdy waga będzie często zmywana w związku z wymogiem zachowania higieny należy wybrać przyrząd o odpowiednim stopniu ochrony, zwykle IP67/68, najlepiej wykonany ze stali nierdzewnej.

Oprócz tego, żeby ułatwić utrzymanie wagi platformowej w czystości, szczególnie takiej o dużej powierzchni albo rzadko przenoszonej w inne miejsca, warto wybrać model, w którym szalka jest podzielona na części, które się otwierają. Jeżeli ważna jest przyczepność, szalki powinny być wykonane na przykład z blachy ryflowanej.

Wagi platformowe, w związku z tym, że zwykle zajmują dużo miejsca na podłodze znoszą nie tylko duże obciążenia podczas pomiarów, lecz i na co dzień wiele niekorzystnych oddziaływań, o które w typowym zakładzie nietrudno. Na przykład chodzi się po nich, jeździ wózkami widłowymi, często spłukuje, a kiedy są rzadko używane zbierają się na nich zanieczyszczenia, jak pyły. Dlatego bywa, że nie działają prawidłowo. W ramce przedstawiamy przykłady problemów oraz podpowiedzi, jak je rozwiązać.

JAK ZBUDOWAĆ WAGĘ ZBIORNIKOWĄ?

W przypadku zbiorników, zwykle bardzo dużych i nieruchomych, takich jak na przykład reaktory, silosy i leje samowyładowcze, instaluje się specjalne moduły wagowe. Montuje się je na zewnątrz. Mogą być one częścią nowo budowanej konstrukcji albo zostać dodane do już istniejącej. Oprócz tego, że służą do pomiaru masy, powinny też zapewnić zbiornikowi bezpieczne podparcie albo pewne zamocowanie, w zależności od typu modułu.

Wyróżnia się dwa ich rodzaje. Pierwsze, na których ustawia się zbiornik, reagują na ściskanie. Aby zapobiec jego wywróceniu się moduły zazwyczaj przymocowuje się do podłoża. Można je na przykład przykręcić do podłogi. Zwykle wystarczą trzy ustawione w trójkąt, ale często korzysta się z czterech, formując z nich kwadrat albo prostokąt.

Warto w tym miejscu zaznaczyć, że powyżej czterech, im większa jest liczba ważących podpórek, tym trudniej zapewnić równomierny rozkład obciążenia, co znacząco wpływa na dokładność pomiaru.

Z drugiej strony, w przypadku montażu modułów pod zbiornikami już istniejącymi ich liczba jest wymuszona liczbą dostępnych wsporników danej konstrukcji. Jeżeli więc zbiornik opiera się na przykład na pięciu nogach, moduł ważący powinien znaleźć się pod każdą z nich.

Do drugiej kategorii zaliczane są moduły, które reagują na rozciąganie. Korzysta się z nich w zbiornikach podwieszanych. W tym przypadku w pełni funkcjonalną wagę także można zbudować już w oparciu o trzy moduły. Aby określić wymagane obciążenie poszczególnych modułów należy podzielić całkowite obciążenie przez ich liczbę. Warto przy tym założyć pewien margines bezpieczeństwa, na wypadek niedoszacowania całkowitego obciążenia, jego nierównomiernego rozłożenia się i jego gwałtownej zmiany, na przykład przy wrzucaniu ładunku do zbiornika od razu w dużej ilości.

Decydując się na skorzystanie z opisywanych konstrukcji trzeba uwzględnić nie tylko potrzeby aplikacji, lecz i możliwości oraz ograniczenia determinowane przez warunki, w jakich będzie realizowany pomiar wagi.

Dotyczy to modułów obu typów. Ich zlekceważenie nie tylko negatywnie odbija się na wiarygodności pomiaru, ale może też skutkować uszkodzeniem modułów ważących i stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa użytkowników i osób oraz mienia w otoczeniu zbiornika.

MIEJSCOWE OGRANICZENIA. SPECYFIKA WAG PRZENOŚNIKOWYCH

W przypadku, gdy nie ma miejsca, żeby ustawić zbiornik lub przestrzeń pod nim powinna pozostać wolna trzeba wybrać moduł reagujący na rozciąganie. Jeżeli podłoże lub sufit mogą nie wytrzymać ciężaru kontenera z ładunkiem, należy je wzmocnić. Korzystając z modułów rozciąganych trzeba się jednak w tej kwestii liczyć z górnym ograniczeniem wagi, zwykle do kilkudziesięciu ton.

W przypadku ważących podpórek górny limit w zasadzie nie istnieje. Z drugiej strony rozmieszczając je trzeba wziąć pod uwagę ukształtowanie podłoża, omijając wszelkie nierówności. W przypadku wag zbiorników pracujących na zewnątrz trzeba jeszcze zwrócić uwagę czynniki środowiskowe.

Takim czynnikiem jest m.in. oddziaływanie wiatru. Jest ono wielorakie, wpływa bowiem zarówno na stabilność konstrukcji (w skrajnych przypadkach, przy silnym wietrze bez dodatkowego zabezpieczenia puste, wysokie i wąskie zbiorniki mogą się przewrócić), żywotność modułów ważących (przy silnym wietrze i pełnym zbiorniku przeciążenie podpórek z jednej strony może doprowadzić do ich zniszczenia), jak i dokładność pomiaru.

Inne istotne czynniki środowiskowe to m.in.: wibracje od źródeł zewnętrznych i wewnętrznych w zbiorniku, zmiany temperatury, które mogą powodować kurczenie i rozszerzanie się materiałów, z których wykonano ważące podpórki, wilgoć, czynniki korozyjne, wyładowania atmosferyczne, trzęsienia ziemi.

Zamiast korzystać z dostępnych w sprzedaży wag platformowych można z modułów ważących budować własne, dostosowane do specyficznych potrzeb aplikacji. Oprócz tego podpórki wagowe można zamontować pod sekcją przenośnika, tworząc wagę przenośnikową.

Wybierając moduł wagowy do taśmociągu trzeba pamiętać o ważnej kwestii, a mianowicie fakcie, że obciążenie wagi przenośnikowej nie jest statyczne, jak w przypadku nieruchomych zbiorników, ale dynamiczne. Dotyczy to również zbiorników z mieszadłami o dużej mocy.

Wówczas na moduł wywierane są dodatkowe siły boczne działające w osi poziomej. Aby ograniczyć stopień, w jakim będą się one przenosić ze zbiornika lub przenośnika na wagę w podpórkach powinno się stosować specjalne niesztywne mocowania, o czym trzeba pamiętać wybierając moduł wagowy do tego zastosowania.

PRZEGLĄD FUNKCJI DODATKOWYCH

Tematy numerów APA w przyszłości

Wybierając wagę pod kątem konkretnego zastosowania, już po zdecydowaniu się na konkretny typ przyrządu, a poszukując jeszcze najodpowiedniejszego modelu warto sprawdzić, czy zaimplementowano w nim potrzebne już teraz albo być może przydatne dopiero w przyszłości, funkcje, które mogą znacząco usprawnić pomiary.

Przykładami są możliwości: określenia wartości granicznych masy - dolnej, górnej lub obu, których przekroczenie powinno być sygnalizowane, wyznaczania odchyłki względem wartości odniesienia, podawanej przez operatora, odczytywanej z bazy danych albo wyznaczanej przez zważenie wzorca, dodawania kolejnych wyników do wcześniejszych, co jest użyteczne na przykład gdy trzeba stworzyć dokumentację, w której oprócz masy mieszaniny należy wyszczególnić masy jej poszczególnych składników.

Przydatne są także opcje: zliczania ważonych przedmiotów, zwiększające dokładność ważenia poprzez wydłużenie jego czasu w przypadku obiektów, które przemieszczają się na szalce w sposób niekontrolowany (zwierzęta, ludzie), wyrażania wyniku pomiaru w niutonach, co można wykorzystać na przykład, jeśli trzeba wyznaczyć siłę, jaką będzie wywierał obiekt pomiaru i automatycznego generowania raportów z wynikami i opisem przebiegu ważenia, w tym m.in. danymi operatora, liczbą wszystkich ważeń, liczbą przedmiotów, które nie spełniły ustalonych kryteriów wagowych, co jest przydatne na przykład w kontroli jakości na stanowiskach pakowania, zarejestrowanymi wartościami minimalnymi, maksymalnymi i obliczonymi średnimi.

W tym miejscu kończymy pierwszą część artykułu. W drugiej części omówiona zostanie tematyka dozowania oraz możliwości automatyzacji tego procesu.

Monika Jaworowska