W każdej praktycznie branży korzysta się z różnych urządzeń i systemów do ważenia – to jeden z etapów w wielu procesach przemysłowych. Istotne jest tutaj zapewnienie dokładności i powtarzalności procesów ważenia, by uzyskać wysoką jakość i wymagane właściwości produktów końcowych.
Do ważenia, czyli procesu wyznaczania masy ciał, stosuje się wiele metod korzystających z równoważenia sił lub z innych zjawisk fizycznych – od prostych szalkowych, w których ciężar mierzonego ciała jest równoważony przez znany ciężar odważników lub inną wyskalowaną siłę. Do pomiarów wykorzystuje się np. prawo Hooke’a, opisujące zależność odkształcenia od naprężenia – im cięższy przedmiot, tym bardziej np. sprężyna się rozciąga. W stosowanych dziś elektronicznych wagach laboratoryjnych mierzy się np. kąt skręcenia włókna kwarcowego.
Ważenie dawniej…
Co ciekawe, aż do rewolucji przemysłowej w XVIII w. nie dokonano żadnych znaczących postępów w technologii ważenia, czyli do chwili wynalezienia wag sprężynowych. To wyeliminowało potrzebę stosowania przeciwwag.
Kolejny etap rozwoju to wykorzystanie na początku lat 40. minionego wieku czujników tensometrycznych, które pozwoliły na elektroniczny pomiar masy i znacznie szerszy zakres zastosowania wag w środowiskach przemysłowych.
…i dziś
Systemy ważenia wykorzystywane są dziś we wszystkich gałęziach przemysłu – od ważenia materiałów na etapie surowca, po gotowe produkty. Nowoczesne rozwiązania przeznaczone do ważenia pozwalają wykorzystywać je do wielu celów. Odchodzi się od rozwiązań z mechanicznym odczytem wagi w kierunku elektronicznych, w których informacja o pomiarze wyświetlana jest na ekranie LCD i może być przekazana do nadrzędnego oprogramowania lub do innych urządzeń.
Wagi elektroniczne oferują wiele korzyści w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami, takie jak: kompaktowe wymiary, wysoka niezawodność i dokładność, elastyczność przy ważeniu wielu różnych ładunków oraz zaawansowane systemy, które umożliwiają przetwarzanie uzyskanych danych online. Wagi elektroniczne mogą również być wyposażone np. w automatyczną funkcję podpowiedzi, co pomaga operatorowi wprowadzić potrzebne parametry i obsługiwać je bez specjalnego szkolenia.
Warto zaznaczyć, że wagi elektroniczne to urządzenia do wyznaczania masy przedmiotu umieszczonego na nośni z wykorzystaniem siły grawitacji. Stosuje się w nich przetworniki siły, np. tensometryczne, indukcyjne, kamertonowe i inne, mające certyfikat badań zgodnie z wymaganiami Międzynarodowej Organizacji Metrologii Prawnej OIML R60. W niektórych przypadkach wagi mogą być stosowane jako urządzenia do wyznaczania gęstości lub analizowania wilgotności próbki.
Choć w praktyce dla użytkowników wag nie ma to znaczenia, warto przypomnieć, że w listopadzie minionego roku została zatwierdzona nowa ogólna definicja kilograma, która weszła w życie 20 maja 2019 r. W związku z tym zmienia się odpowiednie prawodawstwo UE (Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/3/WE z dnia 11 marca 2009 r. zmieniająca dyrektywę Rady 80/181/EWG w sprawie zbliżenia ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do jednostek miar (Dz.Urz. OJ L 114 z 7.5.2009 r., s. 10–13)).
Rynek światowy i europejski
W przygotowanym przez Market Insights Reports badaniu dotyczącym rynku systemów ważenia ocenia się, że w latach 2018–25 będzie on co roku rósł średnio o 6,5%. Wśród najważniejszych graczy na rynku globalnym wymieniono takie firmy, jak: Fairbanks Scales, Hottinger Baldwin Messtechnik, Mettler-Toledo International, Sherborne Sensors, Weightron Bilanciai, Avery Weigh-Tronix, Flintec Group, LCM Systems, Rice Lake Weighing Systems i Tamtron.
W Europie producentów wag i systemów ważenia zrzesza założona w 1958 r. organizacja CECIP. Reprezentuje europejskich producentów wag i ma obecnie 14 członków, w tym 12 krajowych stowarzyszeń członkowskich z: Austrii, Czech, Francji, Niemiec, Włoch, Holandii, Polski, Rosji, Słowacji, Hiszpanii, Szwajcarii i Wielkiej Brytanii oraz dwóch członków, firmy z Portugalii i Szwecji. Celem CECIP jest dążenie do przyjęcia wspólnych i zharmonizowanych norm na szczeblu europejskim i międzynarodowym.
Jak podaje ta organizacja, europejscy producenci wag, w tym członkowie CECIP, stanowią ponad 50% światowego rynku handlu urządzeniami ważącymi. W 2017 r. europejski przemysł związany z ważeniem tworzyło 250 producentów, którzy osiągnęli wówczas obroty na poziomie 3 mld euro i zatrudniali 50 tys. pracowników. Trzeba jednak zauważyć, że na tę branżę europejskiego przemysłu składa się ograniczona liczba większych firm produkujących urządzenia do ważenia, od elementów składowych do gotowego produktu. Około 100 firm oferuje na rynku własne oryginalne produkty. Natomiast większość producentów z branży to mniejsze firmy montujące elementy od różnych dostawców.
Oferta rynkowa
Trzeba mieć na uwadze, że w przemyśle korzysta się z wielu różnych typów i rodzajów wag. Mogą to być np. wagi: paletowe, platformowe (jedno- i wieloczujnikowe), taśmociągowe, zbiornikowe itp., zintegrowane z systemami dozowania i porcjowania oraz w różnych wersjach, np. przenośne i przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Wśród wag paletowych najczęściej spotyka się rozwiązania typu: U-frame, płozowe lub z wózkiem. Stosuje się w nich różne konstrukcje, by zapewnić dokładny pomiar, bez względu na wysokość umieszczenia ładunku i jego położenie na palecie, rozkład masy oraz wpływ drgań i wstrząsów. W przypadku wag platformowych specjaliści radzą dobierać urządzenia, które będą miały wystarczającą dokładność, będą dopasowane do mas i gabarytów ważonych produktów. Nie zawsze potrzebna jest duża powierzchnia wagi, jeśli waży się ciężkie, ale stosunkowo małe obiekty, a to pozwala ograniczyć koszty.
Coraz częściej poszukuje się systemów, w których proces ważenia jest tylko jednym z elementów kontroli i sterowania produkcją. Dlatego Lubelska Fabryka Wag FAWAG wchodzi na rynek automatyki przemysłowej i przygotowuje na zamówienie rozwiązania produkcyjne wykorzystujące sterowniki przemysłowe PLC, serwonapędy, falowniki, układy rozproszonych wejść/wyjść, obsługę wielu rodzajów czujników, drukarek, a także skanerów kodów kreskowych i modułów RFID. W ofercie ma też SMARTwag – urządzenie zbudowane z wykorzystaniem procesora firmy Intel z dotykowym 7-calowym, kolorowym wyświetlaczem. Umożliwia ono współpracę z drukarkami ZEBRA, Honeywell i wydruk etykiet, rejestrację pomiarów oraz współpracuje z programem FAWAG Studio (pozwala programować bazy, projektować etykiety oraz raportować wyniki ważeń).
Bogatą ofertę urządzeń dla przemysłu, w tym rozwiązania jedno- i czteroczujnikowe, paletowe, płozowe, wykonane ze stali malowanej proszkowo, nierdzewnej i kwasoodpornej, ma firma RADWAG. W ofercie firmy znajdują się specjalistyczne wagi o wysokiej rozdzielczości i dokładności ważenia, przeznaczone do pracy w trudnych warunkach przemysłowych. Mierniki i terminale są montowane na maszcie lub za pomocą kabla, wyposażone w szereg interfejsów komunikacyjnych, a oprogramowanie pozwala na realizację zarówno podstawowych, jak i bardziej zaawansowanych, dostosowanych do specyfiki zakładu procesów. Wśród nowości firmy znajduje się miernik wagowy PUE C315 do zastosowań przemysłowych. Wbudowana w niego pamięć pozwala na zapis bieżących danych z ważeń (do 5 tys. rekordów). Dodatkowa pamięć ALIBI gwarantuje bezpieczeństwo dzięki automatycznej rejestracji pomiarów oraz możliwość analizowania zapisanych danych (do 100 tys. rekordów) i współpracuje z platformami wagowymi produkowanymi przez firmę. Do nowości należy też linia robotycznych komparatorów masy RMC, pozwalających na automatyzację procesu komparacji wzorców masy w zakresie od 1 mg do 1 kg.
Warto wspomnieć również o brytyjskiej firmie Loma, która specjalizuje się w obsłudze branży spożywczej, farmaceutycznej i opakowaniowej, w tym w ważeniu kontrolnym. Dynamiczne ważenie kontrolne to metoda, która zabezpiecza producentów wyrobów spożywczych pod względem zachowania nominalnej wagi produktu. System dynamicznej kontroli wagi sprawdza ciężary produktów poruszających się na taśmie, odrzucając produkty przeważone lub niedoważone. Jak podaje firma, wszystkie jej wagi kontrolne mają zatwierdzenia zgodne ze specyfikacjami OIML i MID (EC TAC) i funkcję automatycznego utrzymywania wagi średniej (w całej partii) nie mniejszej niż nominalna waga opakowania. Wagi kontrolne dynamiczne LOMA CW3 są wyposażone w ekran dotykowy, a menu korzysta z kolorowych ikon. System oferuje szybką inspekcję na wydajnych liniach produkcyjnych i maszyny dostosowane do różnych przedziałów wagowych – od małych, lekkich saszetek, po ciężkie pudła lub skrzynie.
Firma Automex System powstała w 1995 r. jako producent urządzeń elektronicznych przeznaczonych do pomiaru masy w urządzeniach wagowych oraz specjalizowanych systemów wagowych, a oferowane przez nią systemy automatyki przemysłowej przygotowuje zespół inżynierów. Obecnie dostarcza ona urządzenia naważające i konfekcjonujące również na zamówienie, od prostych wag platformowych i zbiornikowych, po automatyczne linie wyposażone w wagi do napełniania worków, puszek, wiaderek, beczek i kontenerów IBC, wagopakarki, wagi automatyczne do big bagów, wagi przesypowe oraz przemysłowe wagi hakowe i wózki paletowe z wagami, w tym wykonania w wersjach dostosowanych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem.
Na naszym rynku działa wielu wyspecjalizowanych dystrybutorów, jak choćby firma Elektroniczne Wagi Przemysłowe. Z nowości, o których informuje w swojej ofercie, można wymienić np. nowy zestaw wagowy firmy Dini Argeo. Składają się na niego dwie platformy pomiarowe 700×561×58 mm o nośności 10 tys. kg każda, co pozwala na ważenie osi pojazdów o maksymalnym nacisku do 20 tys. kg.
Firma Uniwag oferuje wybór wag oraz systemów ważąco-dozujących oraz jest na naszym rynku dystrybutorem wag firmy Shinko Denshi, produkującej różne typy wag precyzyjnych wykorzystujących czujnik kamertonowy. Jak wynika z przedstawionego przez firmę porównania rodzajów przetworników, kamertonowe charakteryzują się m.in. stabilnością na poziomie 1:200 000 na rok i wysoką odpornością na zakłócenia, wartości te dla przetworników tensometrycznych to odpowiednio 1:10 000 i niska odporność na zakłócenia
oraz dla elektromagnetycznych 1:50 000 przy średniej odporności na zakłócenia.
Realizacją przemysłowych systemów wagowych zajmuje się również działająca od 1992 r. firma Pro-Nova. Oferowane przez nią wagi przemysłowe mają zatwierdzenia typu PTB dla wag nieautomatycznych i zgodność z MID dla wag automatycznych. W ofercie firmy znajdują się także dynamiczne wagi kontrolne, wagi workujące, recepturowe, wagi dozujące, wagi napełniające, wagi przesypowe, wagi przepływowe, wagi taśmociągowe, w tym wagi i systemy wagowe z atestem ATEX.
Ważnym dostawcą elektronicznych wag przemysłowych na świecie jest firma Mettler Toledo. Produkuje zarówno standardowe elektroniczne wagi przemysłowe, jak i indywidualnie zaprojektowane systemy wagowe. Firma znana jest z precyzyjnych wag stołowych przeznaczonych do użytku m.in. w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, spożywczym, produkcji oraz branży transportu i logistyki. W jej nowych wagach podłogowych Powerdeck zastosowano inteligentny system diagnostyki z czytelnymi wskazówkami dla użytkownika. Waga wykrywa znajdujące się pod platformą zanieczyszczenia, które zakłócają pomiary, monitoruje temperaturę roboczą i wprowadza korekty zapewniające optymalne wyniki ważenia oraz wykrywa występowanie i częstotliwości wstrząsów przeciążających w celu zapobiegania uszkodzeniom wagi. System pozwala operatorom unikać błędów, ostrzegając ich, gdy np. towary tylko częściowo spoczywają na wadze, podpowiada optymalne położenie towarów, pozwalające uzyskać doskonałą powtarzalność i ostrzega o wstrząsach przeciążających, co umożliwia utrzymanie dokładności wagi przez dwukrotnie dłuższy czas.
Znaczącą ofertę związaną z automatyzacją i ważeniem mają też firmy takie jak Siemens. W zakresie wag procesowych i grawimetrycznych pomiarów poziomu koncern oferuje rozwiązania do ważenia każdego ładunku. Tensometry SIWAREX mierzą obciążenia od 300 g do 2000 ton, zgodnie z klasą C3 według OIML R60. Dane są przetwarzane za pomocą procesorów SIWAREX, również w przypadku aplikacji rozliczeniowych. Siemens oferuje wagi automatyczne i nieautomatyczne (moduł wagowy SIWAREX WP231 dla SIMATIC S7-1200) z możliwością weryfikacji dla najwyższych wymagań. Jak podaje firma, wagi wymagające weryfikacji są konieczne w laboratoriach, w firmach wysyłkowych lub handlowych, a tensometry Siemens spełniają te wymagania. Przy korzystaniu z wag automatycznych procedura ważenia odbywa się bez ingerencji operatora.
Często tam, gdzie stosuje się ważenie, korzysta się też z oprogramowania wspierającego ten proces. Firma GS Software opracowała np. program X-SCALE jako aplikację do wykonywania ważeń oraz bazę do budowy niestandardowych systemów ważących. System pozwala na ważenie na dowolnie wielu wagach jednocześnie, ma zaawansowany mechanizm budowania struktury bazy danych, umożliwiający dowolne zarządzanie informacjami oraz eksport danych do programu MS Excel. Jest możliwość wykonywania zdjęć z kamer analogowych oraz kamer IP i generator raportów z mechanizmem zapamiętywania szablonów. Można go stosować z dowolnym miernikiem wagowym.
Podsumowanie
Dziś coraz większe znaczenie ma gromadzenie wszelkich danych, w tym pozyskiwanych z pomiaru wagi. W takich zastosowaniach jak cyfryzacja produkcji przemysłowej lub przetwarzanie żywności wykorzystywane dane są współdzielone pomiędzy różnymi maszynami i systemami. Dlatego ważne jest, by transmisja danych była niezawodna. Zdaniem organizacji CECIP, jeśli komponenty systemowe komunikują się za pośrednictwem otwartej sieci, wymagany jest odpowiedni poziom bezpieczeństwa, aby zapewnić integralność danych, co może wymagać ich szyfrowania i uwierzytelniania.
Zwraca się uwagę na elastyczność konfiguracji systemów służących do ważenia. Dziś oprócz możliwości konfiguracji przez sterownik PLC lub z poziomu ekranu panelu HMI, większość modułów ma oprogramowanie, które pozwala na ich konfigurację za pomocą komputera.
Systematycznie zmniejsza się rozmiar urządzeń pomiarowych, a zwiększają ich możliwości komunikacyjne. Pozwala to na wszechstronne wykorzystanie w nowoczesnych procesach produkcyjnych, choćby dążących do zgodności z koncepcją Przemysłu 4.0.
Bardzo duża różnorodność rozwiązań pozwala wybrać te odpowiednie do danej aplikacji. Postęp technologiczny umożliwia np. poprawę liniowości wagi, czyli jej zdolności do zachowania wyznaczonych tolerancji w całym przedziale ważenia, a nie tylko w punktach kalibracji.
Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej.
