JP4330104B2

JP4330104B2 - 粉粒体充填機の制御装置

Info

Publication number: JP4330104B2
Application number: JP2000294258A
Authority: JP
Inventors: 亮介玉山
Original assignee: Tokyo Automatic Machinery Works Ltd
Current assignee: Tokyo Automatic Machinery Works Ltd
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP2002104339A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はファネル内に設置されたオーガスクリューの回転により、例えば包装袋や包装容器に粉粒体を定量充填するための粉粒体充填機に係わり、特に、そのオーガスクリューの回転に過大な負荷が生じていることを検出する機能を有した制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のオーガスクリュー式粉粒体充填機は、ファネル内のオーガスクリュー（以下、単に「オーガ」と称する）を充填サイクル毎に所定の回数だけ回転させ、ファネル下端の吐出口から定量の粉粒体を吐出させて充填を行うものである。より詳しくは、オーガは螺旋状の翼を有しており、この翼を粉粒体で満たされたファネル内で回転させることから、このとき粉粒体との摩擦抵抗が非常に大きくなる。オーガの駆動には、粉粒体の摩擦抵抗に打ち勝つだけの充分なトルク性能を有したモータが使用されているものの、あまりに負荷が大きな状態で無理にオーガを回転させようとすると、いわゆる粉噛み現象が生じ、極端な場合は機械の破損や粉粒体の破砕を招いてしまう。
【０００３】
このため、例えば特許第２７７１１８１号公報には、オーガの回転に過大な負荷が生じたことを検出する技術が既に開示されている。この公知の技術は、オーガを駆動するサーボモータの動作条件に基づき、１充填サイクルあたりのオーガの理論回転時間を算出する一方、実際にオーガが回転し始めた時点からの回転継続時間を計測しておき、これらの間の時間差が所定の異常検出時間を超えたときに過負荷として判断する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知の技術は１充填サイクルの理論回転時間を経過した後、更に所定の異常検出時間が経過した時点で初めて過負荷の判断を行っているため、この間に過大な負荷が生じていても、何らこれを検出することは不可能である。それ故、１充填サイクルの途中でオーガの回転負荷が極端に増加した場合、過負荷の判断がなされる前に機械の破損や粉粒体の破砕が生じてしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は１充填サイクルの途中でオーガの回転に過大な負荷が生じたとき、これを直ちに検出することができる技術の開発を課題としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の粉粒体充填機の制御装置（請求項１）は、オーガを回転させるサーボモータに対して所定の制御周期毎に指令パルスを出力し、この指令パルスの出力数に比例した指令回転回数にてサーボモータを駆動する駆動手段と、制御周期毎にサーボモータの実回転回数を計測し、その結果を計測パルスとして出力する計測手段と、充填サイクルの始めから積算した指令パルスの出力数と計測パルスの出力数との間の偏差を求め、この偏差に基づいてオーガの回転過負荷を検出する検出手段とを備えている。
【０００７】
上述した制御装置によれば、１充填サイクルあたりの指令パルスの出力数と計測パルスの出力数との間の偏差は、オーガの回転に伴い制御周期毎にリアルタイムに求められる。これは、オーガの回転負荷が大きくなると、その分、指令回転回数に対して実回転回数が遅れるため、指令パルスの出力数と計測パルスの出力数との間に乖離が生じ、その偏差がリアルタイムに「たまりパルス」として現れることに基づく。従って、この偏差に基づいてオーガの回転過負荷を検出すれば、１充填サイクルの途中で生じる回転過負荷もリアルタイムに判断することができる。
【０００８】
より実用的には、本発明の制御装置（請求項２）は、オーガの回転過負荷が検出されたとき、サーボモータの駆動を直ちに停止させる停止手段を更に備えることが好ましい。この場合、実機においてオーガやその駆動部材の破損、粉噛みによる粉粒体の破砕などが未然に防止され、その後の復旧作業を容易にする。
また、上述した検出手段は予め設定された閾値を記憶しておくことができ、その求めた偏差が閾値を超えたときに回転過負荷の検出を成立させる態様が好ましい（請求項３）。この場合、閾値の設定に応じて検出される回転過負荷の大きさが異なるため、充填機の型式や取り扱うべき粉粒体の性状に合わせて検出すべき回転過負荷の大きさを適宜に調節できる。
【０００９】
また、検出手段に対して閾値の設定を変更入力可能な入力手段を更に備えていれば（請求項４）、その都度、検出すべき回転過負荷の調節もより容易である。更に、検出手段により求められた偏差を数値表示する表示手段を備えていれば（請求項５）、粉粒体充填機の運転中におけるオーガの回転負荷の監視が容易となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば挽き売り用のコーヒー炒り豆を包装容器に定量充填するための粉粒体充填機の制御装置に好適である。ただし、本発明はこの用途だけに限定されるものではない。
図１は、その具体的な実施形態を示している。粉粒体充填装置は垂直に配置されたファネル２を備えており、このファネル２はホッパ４と、このホッパ４の下端に連なる円筒部６から構成されている。ファネル２は、その上方からホッパ４を介して粉粒体の供給を受け、円筒部６内に粉粒体を蓄えることができる。また、ファネル２内には垂直に延びるオーガ８が回転自在に配置されており、このオーガ８はオーガ軸１０の回りに螺旋状の翼を有している。オーガ８の下端には円形のドリップ１２が取付けられており、このドリップ１２は円筒部６の下端との間に環状の吐出口１４を形成する。
【００１１】
オーガ軸１０はホッパ４から上方に突出して延び、サーボモータ１６の出力軸に接続されている。このサーボモータ１６が駆動されると、オーガ８は一方向に回転される。また、この回転に伴い、オーガ８の回転回数に応じた量の粉粒体がファネル２の吐出口１４から吐出される。
また、ホッパ４内にはアジテータ１８が配置されており、このアジテータ１８はステーを介してオーガ軸１０を囲む回転スリーブ２０に支持されている。回転スリーブ２０は、図示しないモータにより回転され、そのステーを介してアジテータ１８をオーガ８の回転方向とは逆向きに回転させることができる。
【００１２】
なお、図示していないが、ファネル２の下方には例えば、水平にベルトコンベアが配置されており、このベルトコンベア上に粉粒体の充填を受ける缶容器が所定の間隔を存して載置されている。ベルトコンベアはその間欠駆動により缶容器を順次、ファネル２の直下に位置付けることができる。
上述したサーボモータ１６はサーボアンプ２２を介してコントローラ２４に接続されている。コントローラ２４は、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリおよび入出力インタフェース等を備えたマイクロコンピュータからなり、コントローラ２４はサーボアンプ２２を介してモータ１６の回転を制御する。また、サーボモータ１６はエンコーダ２６を装備しており、このエンコーダ２６からのフィードバックパルスは、サーボアンプ２２を通じてコントローラ２４に送られる。
【００１３】
コントローラ２４は、その機能別に数個のブロックに分けられており、具体的には、指令パルス出力部２８、たまりパルス算出部３０および回転過負荷検出部３２が含まれる。指令パルス出力部２８は、粉粒体充填機への運転信号入力に応じて、所定の動作パターンに基づき一定の制御周期（例えば３ｍｓ）毎に指令パルスＰｉを出力する。指令パルスＰｉはサーボアンプ２２を通じてサーボモータ１６に出力され、その出力数に比例した回転回数にてサーボモータ１６が駆動される。このとき、動作パターンはオーガ８の加速モード、定速モードおよび減速モードから規定されており、加速モードでは１制御周期あたりの指令パルスＰｉの出力数が加速度に応じて増加され、逆に、減速モードでは低減される。なお、定速モードでは一定数の指令パルスＰｉが出力される。また、制御周期は特に限定されておらず、コントローラ２４の演算処理能力に応じて短縮も可能である。
【００１４】
エンコーダ２６から出力されるパルスは、上述した制御周期毎にオーガ８の実回転回数を計測するために使用することができ、それ故、たまりパルス算出部３０は、エンコーダ２６から出力されるパルスを計測パルスＰｅとして受け取る。一方、上述した指令パルスＰｉは、たまりパルス算出部３０にも同時に出力されている。たまりパルス算出部３０は、１充填サイクルの始めから積算した指令パルスＰｉの出力数と計測パルスＰｅの出力数との間の偏差を求め、これをたまりパルスＰｓとして回転過負荷検出部３２に出力する。
【００１５】
回転過負荷検出部３２は、たまりパルスＰｓに基づいてオーガ８の回転に生じる過負荷を検出する。この具体的な検出手法としては、例えば過負荷検出部３２には予め設定された閾値を与えておくことができ、この閾値を超えてたまりパルスＰｓが入力されたとき、過負荷検出部３２はオーガ８の回転に過大な負荷が発生しているものと判断し、過負荷の検出を成立させる。この場合、過負荷検出部３２は指令パルス出力部２８に過負荷検出信号Ｌを出力する。なお、過負荷の検出に用いられる閾値の設定については更に後述する。
【００１６】
上述したコントローラ２４には、入出力インタフェースを通じてタッチパネル３４が接続されている。タッチパネル３４は、粉粒体充填機を運転するオペレータが身近で操作できる位置に設置されており、その操作画面を通じてオペレータは各種のデータ入出力が可能である。具体的には、タッチパネル３４は動作条件設定部３６、たまりパルス表示部３８および過負荷判断値入力部４０を備えている。このうち動作条件設定部３６に対し、オペレータは上述したオーガ８の動作パターンを所望に設定することができ、その設定した動作パターンはコントローラ２４の指令パルス出力部２８に教示される。
【００１７】
コントローラ２４のたまりパルス算出部３０にて算出されたたまりパルスＰｓは、タッチパネル３４のたまりパルス表示部３８（表示手段）にて表示させることができる。この表示手段としては例えば、リアルタイムに変化するディジタル数値表示やアナログ表示、また、時間変化を含めて表すグラフ表示等の各種の態様が考えられる。
【００１８】
またオペレータは、過負荷判断値入力部４０（入力手段）を通じて上述した閾値を設定することができる。例えば粉粒体充填機を充填物毎に定常状態で運転させ、このとき得られるたまりパルスＰｓのうち、極端に他のたまりパルスＰｓと異なるものを除いた最大値を基準として、この最大値に幾分余裕を加えた値を過負荷判断値Ｐｊとする。オペレータは粉粒体充填機の運転を開始するとき、充填物毎に予め設定されている過負荷判断値Ｐｊをタッチパネル３４の過負荷判断値入力部４０を通じて数値入力することができる。
【００１９】
【実施例】
以下に、具体的な実施例を挙げて本発明の制御装置の機能を説明する。
図２は、一実施例としてコントローラ２４のメイン制御部（特に図示していない）により実行される制御ルーチンを示しており、この制御ルーチンは粉粒体充填機の運転と並行し、上述した制御周期毎に１回ずつ実行される。
【００２０】
先ず、制御ルーチンのステップＳ１では、オーガ８の運転信号の有無を判断し、具体的には、指令パルス出力部２８に対して運転信号が入力されると（Ｙｅｓ）、次にステップＳ２に進む。なお、運転信号の入力がない間は、ステップＳ１にて単に制御ルーチンがリターンされる。
ステップＳ２では、コントローラ２４は指令パルス出力部２８から指令パルスＰｉを出力する。このとき指令パルスＰｉは、タッチパネル３４を通じてオペレータが設定した動作パターンに従って出力され、動作パターンは動作条件設定部３６から指令パルス出力部２８に与えられる。この指令パルスＰｉの出力に応じてサーボモータ１６が駆動されると、オーガ８が実際に回転し、粉粒体の充填が開始される（駆動手段）。
【００２１】
ステップＳ３では、コントローラ２４はサーボモータ１６の駆動に伴い、エンコーダ２６からの計測パルスＰｅをたまりパルス算出部３０にて読み込む（計測手段）。そして、ステップＳ４では、コントローラ２４はたまりパルス算出部３０にてたまりパルスＰｓの値をリアルタイムに算出する。
ステップＳ５に進むと、コントローラ２４は回転過負荷検出部３２にてたまりパルスＰｓの値と過負荷判断値Ｐｊとを大小比較する。たまりパルスＰｓが過負荷判断値Ｐｊより小さいうちは、回転過負荷検出部３２では過負荷の検出が成立しないので（Ｎｏ）、次にステップＳ６に進む。
【００２２】
ステップＳ６では、コントローラ２４はメイン制御部にてオーガ８の動作が完了したか否かを判断し、その動作が完了するまでの間（Ｎｏ）は、上述したステップＳ２からステップＳ６までの手順を繰り返し実行する。
図３は、粉粒体充填機の運転に伴うオーガ８の回転速度とその回転回数の時間的な変化を示している。図示のように、オーガ８の動作条件は、その回転速度の加速区間、定速区間、減速区間により規定され、この動作パターンに従って制御周期毎に指令パルスＰｉが出力される。また、この指令パルスＰｉの出力数に比例して、図３中に実線で示されるオーガ８の指令回転回数が得られ、また、計測パルスＰｅの出力数に比例して、図３中に１点鎖線で示される実回転回数が得られる。なお、図３では理解を容易にするため、オーガ８の回転回数の変化が単に一定勾配の直線で示されているが、実際の勾配は加速区間で最も大きく、減速区間で最小となる。
【００２３】
オーガ８の回転負荷が正常である場合、指令回転回数の変化に対し、実回転回数が僅かな遅れをもって追従している。例えば、１充填サイクルの始めからある時刻ｔ₁まで積算した指令パルス出力数Ｐｉ₁と計測パルス出力数Ｐｅ₁とを比較すると、計測パルス出力数Ｐｅ₁の方が小さく、これらの間の偏差（＝Ｐｉ₁−Ｐｅ₁）を求めると、その値が時刻ｔ₁におけるたまりパルスＰｓ₁となる。
【００２４】
１充填サイクル中、動作パターンの減速区間が終了した後、サーボモータ１６が停止されるまでの間はオーガ８の駆動時間であり、その後、サイクルの残り時間はオーガ８の待機時間となる。
粉粒体充填機の運転中、上述した制御ルーチンの実行に伴い、コントローラ２４は回転過負荷検出部３２にてたまりパルスＰｓの値を制御周期毎にリアルタイムで監視している。正常負荷による運転時、制御ルーチンのステップＳ５で過負荷の検出が成立することなくオーガ８の実回転回数が所定回転回数に達すると、コントローラ２４はステップＳ６で動作終了と判定し（Ｙｅｓ）、ステップＳ２に戻ることなく制御ルーチンを一旦終了する。
【００２５】
これに対し、次の充填サイクルの途中でオーガ８の回転負荷が増大し、例えば時刻ｔ₂でたまりパルスＰｓ₂の値が過負荷判断値Ｐｊを上回ると、その時点でコントローラ２４はオーガ８の回転に過大な負荷が生じているものと判断し、回転過負荷検出部３２にて過負荷の検出を成立させる（検出手段）。この場合、図２の制御ルーチンではステップＳ５の判定が成立しないため（Ｎｏ）、コントローラ２４は次にステップＳ７に進む。
【００２６】
ステップＳ７では、コントローラ２４はサーボモータ１６を停止させる。具体的には、回転過負荷検出部３２から上述した過負荷検出信号Ｌを出力し、指令パルス出力部２８からの指令パルスＰｉの出力を打ち切らせる。指令パルスＰｓの出力の打ち切りにより、サーボモータ１６の駆動が直ちに停止される（停止手段）。また、コントローラ２４はステップＳ７の実行後に制御ルーチンの実行を終了する。
【００２７】
上述のようにオーガ８の回転に過大な負荷が生じた場合、その実回転回数が指令回転回数に追従できず、たまりパルスＰｓが増大することから過負荷の検出が可能となる。このため、１充填サイクルの途中（例えば時刻ｔ₂）で負荷が過大となった場合であっても、これをリアルタイムに検出し、サーボモータ１６を直ちに停止させることができる。これにより、オーガ８やオーガ軸１０の破損、また、ファネル２内での粉粒体の噛み込みや破砕などが未然に防止される。
【００２８】
この後、オペレータは所定の復旧作業を行い、再起動が可能となった状態で粉粒体充填機の運転を再開することができる。このとき、機械の破損や粉噛みのおそれがないので、復旧作業は簡易なものとなる。
本発明は上述した実施例に限らず、各種の変形を伴って実施可能である。例えば、図２の制御ルーチンでは、ステップＳ５で過負荷の検出が成立するとステップＳ７に進んでサーボモータ１６の駆動を停止させているが、例えば、合わせて警報音を発したり、タッチパネル３４上に警報表示をさせることも可能である。あるいは、コントローラ２４からは警報を発するのみで、サーボモータ１６の停止をオペレータの判断に任せるものとする態様であってもよい。
【００２９】
また、閾値として設定される過負荷判断値Ｐｊは、粉粒体充填機の運転中も適時にタッチパネル３４を通じて再入力が可能である。例えば、過負荷検出時の症状（機械の損傷や粉噛みの状況）が軽度であれば、過負荷判断値Ｐｊの基準を引き上げて判断条件を緩和し、逆に、過負荷検出時に重度の症状が生じていた場合は、その基準を引き下げて過負荷の判断条件をより厳しくすることも可能である。
【００３０】
本発明の実施形態は、包装容器向けの粉粒体充填機に限らず、例えば製袋充填機の制御装置として実施することも可能である。この場合、ファネル２の円筒部６は製袋チューブとして機能し、その外周にはフォーマが組み付けられる。また、ファネル２の下方には包材の横シール装置が設けられ、粉粒体がピロー包装袋に充填される。
【００３１】
その他、オーガ８やサーボモータ１６等の機器の仕様に特別な限定はなく、各種の変形や均等手段との置き換えをもって本発明を実施可能であることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の粉粒体充填機の制御装置（請求項１）は、充填サイクルの途中でオーガに回転過負荷が生じた場合でも、これを直ちにに検出することができる。従って、このときサーボモータの駆動を直ちに停止することにより（請求項２）、オーガの破損や粉粒体の破砕が確実に防止される。このような機能は、実用面においてメンテナンス性に優れた粉粒体充填機を提供する。
【００３３】
また、予め設定された閾値を用いて過負荷を検出するものであれば（請求項３）、粉粒体充填機の型式や充填物の種類毎に最適な設定が可能であり、より広汎な用途に適する。また、適宜に閾値の入力が可能であれば（請求項４）、実機の状態に合わせて運転中の調整が可能であり、使い勝手が向上する。
更に、運転中におけるオーガの回転負荷に相関する値（偏差、たまりパルス）を表示させることで（請求項５）、オペレータによる任意の運転停止が可能である。また、表示された値は粉粒体充填機や充填物の種類毎にデータ化することが容易であるから、蓄積したデータを閾値の設定に反映させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の粉粒体充填機を示した概略図である。
【図２】一実施例としてコントローラにより実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】充填サイクル毎のオーガ回転速度、回転回数の時間的変化等を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
２ファネル
８オーガ
１６サーボモータ
２４コントローラ
２６エンコーダ
３４タッチパネル

Claims

ファネル内に配置されたオーガスクリューの回転回数に基づき、所定の充填サイクル毎に前記ファネルの吐出口から粉粒体を定量充填する粉粒体充填機において、
前記オーガスクリューを回転させるためのサーボモータと、
前記サーボモータに対して所定の制御周期毎に指令パルスを出力し、この指令パルスの出力数に比例した指令回転回数にて前記サーボモータを駆動する駆動手段と、
前記制御周期毎に前記サーボモータの実回転回数を計測し、その結果を計測パルスとして出力する計測手段と、
前記充填サイクルの始めから積算した前記指令パルスの出力数と前記計測パルスの出力数との間の偏差を求め、この偏差に基づいて前記オーガスクリューの回転過負荷を検出する検出手段と
を具備したことを特徴とする粉粒体充填機の制御装置。
前記検出手段により前記オーガスクリューの回転過負荷が検出されたとき、前記サーボモータの駆動を直ちに停止させる停止手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の粉粒体充填機の制御装置。
前記検出手段は、前記偏差が予め設定された閾値を超えたとき前記回転過負荷の検出を成立させることを特徴とする請求項１または２に記載の粉粒体充填機の制御装置。
前記検出手段に対して前記閾値の設定を変更入力可能な入力手段を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の粉粒体充填機の制御装置。
前記検出手段により求められた前記偏差を数値表示する表示手段を更に備えたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の粉粒体充填機の制御装置。