Technique de pesage numérique dans l'industrie alimentaire

Les capteurs numériques de pesage, équipés de jauges de contrainte, sont plus robustes, résistants et économiques que les capteurs à compensation électromagnétique de force  (EFC). Ils vous garantissent une plus grande productivité dans toutes les applications de l'industrie alimentaire.

Pour les industries du secteur alimentaire et de l’emballage, numériser ses processus de fabrication permet d’avoir une meilleure efficacité et une plus grande productivité, notamment grâce l'Internet Industriel des Objets. L’énorme potentiel des systèmes de pesage numériques permet une rapidité d’exécution de la pesée tout en garantissant avec précision la quantité du produit conditionné. L’association rapidité et précision a pour conséquence immédiate une économie qui peut être parfois importante. Dans certains cas, on parle de  plusieurs millions d'euros par an comme nous le démontre l’exemple d’application d'un producteur de lait de noix de coco à Changhaï. Il faut savoir que numériser une installation analogique existante est extrêmement facile à faire, il suffit de raccorder le capteur analogique une électronique numérique prévue à cet effet.

Les industries alimentaires et les sociétés fabricantes de machines d’emballages doivent se conformer à la directive 76/211/EEC de l’Union Européenne. La règlementation allemande de Pre-Packaging (§ 22 FPackV) comporte des conditions parfaitement claires à cet égard : En moyenne, la quantité ne doit pas être en dessous de la capacité de préemballage nominale. Ceci signifie qu'en pratique, le producteur est entièrement libre de remplir au-delà du poids vendu, mais naturellement le remplir en dessous de cette quantité n’est pas du tout autorisée. Par exemple, si des barres de chocolat doivent peser 100 g, il peut être acceptable d’avoir 2% des barres qui pèse 95.5 g mais aucune ne doit être à 91g. La conséquence de ce règlement strict est que de bon nombre de producteurs d’aliments travaillent avec cette méthode qui consiste à faire du sur-remplissage donc forcément plus coûteux. Ils peuvent alors avoir des surcoûts importants, notamment lorsqu’il s’agit de produits de qualité supérieure comme de la crème glacée, de l'huile d'olive ou et des produits de beauté. Tous les paquets en dessous de la valeur recommandée sont rejetés, ce qui génère des coûts élevés liés aux dépenses supplémentaires de traitement particulier de recyclage ou de destruction. Ce manque de qualité process peut être évité simplement en utilisant une machine de contrôle en fin de ligne équipée d’une chaine de mesure plus précise et plus fiable.

L’Internet Industriel des Objets (IIoT) nécessite une technologie de pesage numérique

L’IIOT offre un potentiel considérable pour les industries alimentaires et les constructeurs de machines d’emballage. Les systèmes numériques de pesage permettent d’augmenter en  efficacité et productivité. La raison en est simple, plus la chaine de mesure est précise, plus la productivité des process est assurée par des remplissages au poids exact. Il n’y a plus de dépassements de poids. Le capteur de pesage est l’élément crucial des machines de conditionnement performantes. C'est le cœur même du processus de pesage dynamique et de conditionnement.

Jusqu'ici, les fabricants de machines de contrôle utilisaient une technologie qui travaille selon le principe de la compensation de force électromagnétique (EFC). Dans le passé, cette technologie a su surpasser les capteurs de pesage équipés de jauges de contrainte ; malgré leur prix plus élevé et la complexité de mise en œuvre, sources possibles de problèmes. Pour cette raison, HBM a cherché à toujours développer continuellement ses capteurs de pesage à jauges de contrainte pour arriver maintenant au FIT7A. Ce capteur récent vous garantit une très grande précision et une vitesse de traitement des données particulièrement rapide. Il reste néanmoins facile d’emploi et vous permet de réaliser une économie substantielle comparativement aux capteurs EFC.

Le capteur de pesage numérique FIT7A est idéal pour le pesage de contrôle. Il se caractérise par une fréquence propre élevée ce qui lui permet d’avoir un temps de stabilisation extrêmement court. Dès la mise en tension, il est immédiatement prêt à mesurer. Avec un convertisseur analogique-numérique 24 bit (haute résolution et faible bruit), le capteur délivre des valeurs de mesure précises. Le capteur dispose aussi de plusieurs fonctionnalités : filtres numériques et tout le nécessaire pour mesurer en dynamique, lui permettant de faire tout du pesage dynamique sans avoir besoin d’une électronique et d’un automate PLC. Ainsi équipé du peson FIT7A, une machine de contrôle de poids peut atteindre un écart type de seulement 0.1 g pour une charge nominale de 10kg. Selon la conception de la peseuse et le poids nominal, il est possible d’atteindre 100 à 400 mesures par minute.

Les pesons PW27 ont un degré de protection élevé idéal pour les applications avec nettoyages fréquents sous pression.

Les pesons numériques offrent de nombreux avantages par rapport aux capteurs EFC :

  • Augmentent la productivité et suppriment le sur-remplissage
  • Offrent une grande précision à moindre coût
  • Disposent de filtres internes et d’entrées/sorties. Pas besoin de PLC
  • Conception durcie, moins de maintenance et de risque de panne
  • Fixation pratique permettant un remplacement éventuel rapide et facile
  • Protection intégrée contre les surcharges pour éviter tout endommagement
  • Aspect hygiénique avec des surfaces lisses en acier inoxydable
  • Compensation de température active, pour réduire la dérive de température et l’échauffement au démarrage

Avantage du principe de remplissage par gravimétrie

Les capteurs de pesage numériques peuvent aussi équiper les machines de pesage par gravimétrie. Les résultats de la pesée sont considérablement plus précis en comparaison avec la méthode de pesage volumétrique (mesures d'écoulement) ou le remplissage par hauteur de remplissage. Le principe du remplissage gravimétrique est bien meilleur particulièrement quand il est demandé une grande précision ou lorsqu’il s’agit de produits micro-biologiquement sensibles. En effet, les tolérances sur le volume du récipient et les différentes propriétés physiques du produit pesé (proportion des particules, viscosité,  conductivité, nombre de bulles de gaz) n'affectent pas le résultat de la pesée. Cette méthode offre de meilleures conditions hygiéniques et ne peut introduire aucune particule étrangère car les capteurs ne sont pas en contact directe avec le produit.

Une plate-forme numérique pour les capteurs de pesage

HBM a développé le logiciel PanelX comme plate-forme numérique pour intégrer à la fois les capteurs numériques et analogiques dans les applications de pesage gravimétrique. Le paramétrage et l’utilisation des systèmes de pesage deviennent faciles. Les utilisateurs peuvent l’utiliser avec PanelX sur leurs installations de pesage de contrôle, de pesage dynamique et de dosage, sur leurs peseuses pondérales et multi-têtes. Un large éventail de capteurs peut être configuré facilement avec des commandes de réglages uniformes, réduisant ainsi les efforts, le coût et les risques d’erreur. En plus, avec PanelX et les E/S numériques des capteurs et des électroniques, il n’est pas utile d’avoir un automate PLC. Toutefois, s’il y a un PLC dans l’installation, les ensembles de commande PanelX peuvent être transférés au PLC.

Cette plate-forme numérique offre bien d'autres avantages comme la visualisation des signaux de mesure et de contrôle mais aussi des fonctions d’analyse étendues (par ex : analyse de fréquence). Les fonctions d'analyse servent également pour la maintenance et le service mais  elles permettent même de trouver des erreurs en cas de défaillance qui ne sont pas provoqués par le capteur lui-même mais tout de même visibles dans la mesure. Une aide en ligne des fonctions, des interfaces et des ensembles de commande est déjà intégrée dans le logiciel via un web browser. L'interface utilisateurs du PanelX propose une ergonomie intuitive, vous aidant à gagner du temps et à réaliser des économies. En même temps, le logiciel offre un important potentiel d'optimisation du pesage tout en augmentant les performances.

Le logiciel PanelX fonctionne avec tous les pesons numériques et les électroniques de pesage pour configurer les paramètres de remplissage, de dosage et de contrôle.

Numérisation des capteurs de pesage analogiques

Capteur de pesage analogique : PW27 de HBM version aseptique
Grâce à l’électronique PAD et le logiciel PanelX, les capteurs de pesage analogiques peuvent bénéficier des avantages du numérique.

Grâce à l’électronique PAD et le logiciel PanelX, les capteurs de pesage analogiques peuvent bénéficier des avantages du numérique.

Un grand nombre de capteurs de pesage peuvent être configurés et surveillés avec PanelX. Les capteurs à jauges numériques et analogiques peuvent alors fonctionner dans n'importe quelle application de pesage. Parmi tous ces capteurs, il existe le PW27, certifié EHEDG. Il est spécialement conçu pour un usage dans l’industrie alimentaire chez les producteurs de  boisson, d’aliments, de fruits, de médicaments mais également dans l’industrie bio. Avec son boitier en acier inoxydable hermétique et son degré de protection IP68/IP69K, il supporte sans problème les opérations de nettoyage couramment effectuées dans l'industrie alimentaire. Ses faces lisses sans aucune aspérité et cavité ne peuvent retenir le produit nettoyant.

HBM a également développé l’électronique numérique PAD pour que les capteurs analogiques puissent bénéficier des avantages du numérique. Sa capacité fonctionnelle est alors presque identique à celle des capteurs FIT5A et FIT7A. Le PAD peut être raccordé à tous les capteurs de pesage analogiques. Par exemple, le peson PW25 ou la version hermétique PW29, connectés au PAD ils peuvent être configurés et traités comme un numérique à l’aide du PanelX. Le boitier du PAD le protège entièrement toutes agressions extérieures : saletés, eau et autres liquides. Grâce à sa haute résolution, le PAD affiche  jusqu'à 5.120.000 points pour un signal capteur de 2 mV/V et assure le traitement des signaux  à l’aide de filtres sélectionnables ou en automatique. Le PAD délivre des mesures précises même soumis à des vibrations fortes. L'électronique peut être facilement intégrée dans différents environnements systèmes en utilisant les interfaces RS485 et CANopen.

Avec PAD et PanelX, les capteurs analogiques peuvent avoir tous les atouts du numérique. Il est donc possible de visualiser et analyser les applications dynamiques de remplissage et de dosage dans les environnements les plus sévères et si besoin agir directement sur le process. Le PAD est de type « Plug and Play » une caractéristique essentielle dans le monde de l'IIoT.

Applications pratiques de pesage numérique

Les deux exemples suivants concernent le secteur alimentaire en France et en Chine. Ces deux applications montrent bien l’efficacité des systèmes numériques de pesage et aussi comment ils peuvent agir sur la productivité avec à la clef des possibilités de gain économique important.

Le fabricant de machine chinois, Best Crown, a équipé une remplisseuse rotative pour l’embouteillage du lait de noix de coco avec un capteur de pesage numérique FIT5A. La machine était destinée à son client, la laiterie de Changhaï. La précision, considérablement plus élevée, du processus de remplissage par gravimétrie a permis de réduire le sur-remplissage de quelques grammes par bouteille. Mais avec un volume de production d'environ 100 000 bouteilles par jour, la laiterie de Changhaï (producteur de lait de noix de coco) économise plusieurs millions d'euros par an.

L’entreprise française MCPI, spécialiste du dosage et Jean Marc Dumont, expert en machines pour applications alimentaires, ont fondé Fine-Spect pour développer tout particulièrement des peseuses de contrôle performantes. Équipées du capteur FIT7A, elles répondent aux exigences spéciales rencontrées dans l'industrie alimentaire notamment la possibilité de nettoyer la machine avec des produits mousseux ou avec de l’eau haute pression. En IP66, avec des prises étanches et un aspect hygiénique, le FIT7A offre déjà des aptitudes optimales pour répondre à ces conditions.

Technique de pesage numérique : Clef de voute d’une plus grande productivité

Les entreprises impliquées en alimentaire et les fabricants de machines d’emballage peuvent donc bénéficier pleinement de l'IIOT et de la numérisation des systèmes de pesage. Les pesons numériques sont maintenant comparables aux capteurs EFC en termes de précision et sont bien meilleur marché, plus robustes, plus faciles à installer et plus durables.

La plate-forme numérique intuitive simplifie non seulement la configuration des capteurs mais permet aussi d’exploiter de façon numérique les capteurs analogiques pour peu qu’ils soient raccordés à une électronique numérique.

Elle permet aux chaines de pesage de travailler dans n'importe quelle application de l'industrie alimentaire, de process de remplissant et de conditionnement tout en permettant d’ajuster au besoin le process.

“Gagner du Temps, Réduire les Efforts et Faire des Economies"

En sachant à quel point les capteurs numériques de pesage à jauges de contrainte sont robustes, hygiéniques et précis, nous offrons non seulement une alternative aux capteurs EFC mais aussi un  avantage considérable pour de nombreuses applications. Une chose est claire : la technologie numérique de pesage  à jauges de contrainte permet de gagner du temps, des efforts et de l’argent.

International Product Manager pour Weighing Technology et OEM Sensors chez HBM