Автоматизация изготовления жестяных банок для консервов

  Известно, что для хранения консервированных продуктов используется различная тара, каждый вид которой обладает своими характеристиками и соответствует определенным продуктам и областям применения. Наиболее распространёнными видами тары в России для промышленного консервирования являются:

• Жестяные банки, которые применяется в мясной, рыбной и овощной переработке и популярны за счет своей прочности, герметичности, долговечности и неприхотливости в обращении с готовой продукцией;
• Стеклянная тара, которая чаще используется для некоторых видов маринованных, соленых продуктов, консервированных овощей, джемов, где важны прозрачность и презентабельность упакованной продукции;
• Пластиковая тара, которая находит все большее применение для упаковки продуктов с коротким сроком хранения, сыпучих, желеобразных.

  Как было отмечено выше, главным преимуществом жестяной банки по сравнению с другими видами тары, является её высокая прочность и устойчивость к механическим воздействиям. Такая упаковка идеально подходит для хранения продуктов с длительным сроком годности, так как гарантирует полную герметичность и защиту от воздействия внешней среды, в том числе влаги и ультрафиолетового излучения – солнечного света. Жесть, из которой изготовлены консервные банки, легко поддаётся вторичной переработке, что делает её экологически более выгодной альтернативой пластикой таре. Кроме того, благодаря современным технологиям возможно нанесение на жесть защитных покрытий, за счет которых исключается контакт продукта с металлом. Такие технологии делает жестяную банку безопасной даже для хранения кислотосодержащих продуктов.

  Если сравнивать жестяную тару со стеклянной, можно отметить, что каждая из них имеет свои сильные и слабые потребительские стороны.

Критерий	Жестяная	Стеклянная
Прочность и устойчивость	Высокая, устойчива к механическим повреждениям	Хрупкая, легко бьётся при ударе
Масса	Легкая	Тяжёлая, увеличивает вес продукции и транспортные расходы
Герметичность	Отличная, обеспечивает длительное хранение	Хорошая, но возможны проблемы с крышкой при перепаде давления/температуры
Теплопроводность	Высокая — быстро нагревается и остывает при стерилизации	Низкая — требует больше времени на термообработку
Производственная стоимость	Ниже, особенно при массовом производстве	Выше, особенно при учёте логистики и упаковки
Экологичность	Поддаётся переработке, но требует дополнительной обработки	Полностью перерабатывается, безопасна для окружающей среды
Визуальная привлекательность	Непрозрачная, продукт не виден	Прозрачная, позволяет видеть содержимое
Срок хранения продукта	Долгий, хорошая защита от ультрафиолета, кислорода	Долгий, но требует хранения в темных местах
Удобство транспортировки	Компактная, устойчивая, легко штабелируется	Требует бережной транспортировки и дополнительной упаковки
Область применения	Промышленное консервирование (мясо, рыба, овощи)	Соления, деликатесные продукты, варенье

 

  Таким образом, жестяная тара остаётся лидером по совокупности потребительских качеств.

  Изготовление тары, а именно жестяных банок, является базовым производственным процессом для консервной промышленности. Так сложилось, что многие предприятия выпускали жестяную упаковку на полуавтоматических производственных линиях. Однако, в последнее время за счет факторов:

1. повышения требования к качеству упаковки,
2. необходимости снижения доли брака,
3. потребности в увеличении производительности линий,
4. требований снижения производственного травматизма-

становится актуальной внедрение асу выпуска банок. На крупных заводах внедрение автоматизированных линий уже позволило решить указанные задачи. Теперь очередь за средними и небольшими производствами.

 

Завод по производству консервных банок

  Современный завод по производству консервных банок — это высокотехнологичное предприятие. Основные задачи такого производства, помимо выпуска самой тары, это обеспечение стабильной высокой производительности в сочетании с безопасностью производства, соответствием, действующим санитарным, техническим требованиям для удовлетворения пожеланий консервных заводов. Эффективное функционирование предприятия зависит от многих факторов, главными из которых мы считаем:

• грамотное проектирование производственных линий,
• подбор соответствующего оборудования,
• эффективная система управление технологическим процессом,
• своевременное выполнение регламентных работ технического обслуживания и ремонта.

  Выпуск жестяной консервной банки состоит из несколько последовательных этапов:

1. Сначала листовая жесть поступает на оборудование раскроя, где она нарезается по заданным размерам,
2. Далее следует формовка корпуса, соединение краев в цилиндр за счет сварки или пайки,
3. На образовавшийся шов наносятся защитные покрытия как изнутри, так и снаружи, что предотвращает контакт продукта с металлом шва и окисление шва от воздействия внешних факторов,
4. Поточная сушка защитных покрытий,
5. Подготовка торцов цилиндра для установки донышка и крышки,
6. Установка донышка, а в некоторых случаях горловины или крышки,
7. Формирование ребер жесткости,
8. Предпоследний этап — проверка герметичности,
9. Завершающий этап – оптический контроль качества, включающий проверку поверхностей, целостности корпуса, геометрических параметров.

  Процедура складирования не является производственной, но входит в современные линии.

 

  Для изготовления консервных банок используется тонколистовой металл, чаще всего — белая жесть, то есть холоднокатаная сталь, покрытая тонким слоем олова. Это покрытие обеспечивает защиту от коррозии, оно делает банку безопасной для хранения пищевых продуктов. Иногда вместо олова применяют хромирование, а именно ЭЖК — электролитическое жесто-хромовое покрытие. Такое покрытие используется, если требуется повышенная устойчивость к кислотам, содержащимся в консервируемых продуктах. Листы металла могут иметь полимерное покрытие для дополнительной специфичной защиты.

  Качество исходного материала – жести - напрямую влияет на долговечность, герметичность и безопасность конечной продукции, поэтому на предприятиях особое внимание уделяется выбору поставщиков и последующему входному контролю материалов. Стабильность толщины металла оказывает влияние на качество шва на этапе изготовления цилиндра. В случае более тонкого металла, чем необходимо, металл может быть прожжен сварочной дугой, а при толстом металле наоборот шов не будет проварен.

  Для выполнения всех указанных выше этапов выпуска тары технологическое оборудование для производства консервных банок должно включать в себя комплекс машин (механизмов), каждая из которых выполняет определённую производственную функцию (этап). В типовую линию производства жестяной банки входят:

• машина/робот подачи листового металла,
• машина продольного и поперечного реза,
• формовочные прессы,
• сварочные или паяльные станции,
• лакировочная/покрасочная станция,
• поточная печь,
• машины подготовки торцов цилиндра для установки дна и крышек,
• машина установки дна и/или крышки,
• машина формирования ребер жесткости при необходимости,
• машина контроля герметичности,
• автоматизированная установка оптического контроля качества,
• оборудование для упаковки готовой продукции.

  Если какие-то машины из указанного перечня могут отсутствовать, то обязательной и неотъемлемой частью автоматизированной линии является поточная система контроля качества, работающая совместно с устройством отбраковки проверенной продукции.

  Выбор оборудования производственной линии зависит от:

 

1. плановой производительности,
2. ассортимента,
3. потребляемой мощности,
4. габаритных размеров,
5. возможности интеграции с другими машинами и системами.

  Для малого или среднего производства, зачастую расположенного непосредственно на консервном комбинате, целесообразно использовать универсальные полуавтоматические линии. Крупные заводы, работающие для множества клиентов с большими объёмами партий, используют полностью автоматизированные линии с высокой производительностью и минимальным временем переналадки. Мы уже отмечали, что при проектировании необходимо учитывать совместимость оборудования, надёжность поставщиков материалов, сервисную поддержку, а также функционал программного обеспечения систем управления.

  Завод по производству консервных банок, как правило, ориентируется на региональный рынок, в котором он расположен, так как минимальное транспортное плечо гарантирует минимальные затраты на транспортировку и минимальное время доставки тары до консервного завода. Проектирование линии производства тары проходит все «классические» этапы проектирования заводов, а именно:

• технико-экономическое обоснование выпуска определенной тары,
• подбор подходящего производственного участка,
• наличие и возможность подключения к ресурсам: электроэнергия, вода, газ и т.д.

 

  После получения положительных ответов на предыдущих этапах проектирования выполняются:

• подбор оборудования в соответствии с технологией выпуска,
• размещение оборудования,
• разрабатывается логистика материалов и продукции внутри цеха,
• подключение к инженерным сетям,
• непосредственно монтаж оборудования.

 

  Завершающий этап:

• тестовый запуск производственной линии,
• настройка автоматизированных систем управления,
• обучение персонала.

 

Автоматизация производства банок

  Автоматизация производства банок представляет собой комплекс работ, направленных на максимальное исключение ручного труда, за счет чего в итоге достигаются производственные цели:

 

• увеличение производительности,
• снижение доли брака,
• минимальное время переналадки оборудования,
• стабильность установленных характеристик тары,
• повышение безопасности персонала,
• снижение уровня негативного воздействия на окружающую среду.

 

  Автоматизация всех технологических этапов: от подачи листового материала до упаковки готовой тары – позволяет достигнуть наилучших производственных результатов. Кроме того, автоматизация гарантирует полную прослеживаемость этапов производства тары, обеспечивая статистический учет отказов станков/машин и неисправностей конкретного транспортера. Это в итоге позволяет службам эксплуатации эффективнее планировать регламентные работы и уменьшить количество отказов технологического оборудования в установленный период.

  Система автоматизации производства жестяных банок имеет централизованную структуру. При этом нижний уровень оборудования, подключенного для контроля и управления, составляют:

• машины и станки, выполняющие отдельные технологические операции,
• элементы конвейерной/транспортной системы между машинами/станками,
• оптическая система контроля качества,
• оборудование упаковки/складирования.

  Производственные станки и машины могут подключаться к централизованной АСУ ТП различными способами:

• за счет отдельных дискретных и аналоговых входных и выходных сигналов,
• при использовании цифровых интерфейсов связи,
• комбинированным способом, включающим оба указанных выше.

  В любом случае минимальный объем сигналов, которым обмениваются станки с контроллером автоматизированной системы, являются:

• статус включенного (работающего) станка,
• статус аварийного состояния станка,
• статус остановленного (в режиме паузы) станка,
• состояние устройства блокировки (CAN-STOP) подачи банки на вход в станок,
• команда «Пуск станка» от АСУ ТП,
• команда «СТОП станка» от АСУТП.

  Для «гибких» производственных линий, кроме этого, целесообразно управление производительностью станка от АСУ ТП и получение обратной связи о фактически имеющейся производительности машины. Как правило, эта величина измеряется в количестве обрабатываемых заготовок банок в минуту.

  Транспортные участки между различными станками служат для автоматической передачи обработанной заготовки с выхода одного станка на вход следующего по порядку станка. К каждому транспортному участку предъявляются требования:

• управление, в том числе производительностью, транспортного участка за счет частотного преобразователя, подключенного к электродвигателю,
• контроль наличия заготовки банки в начале участка,
• контроль наличия заготовки банки в конце участка,
• состояние рубильника энергоснабжения электродвигателя транспортера.

  В качестве сигнализаторов наличия банки целесообразно использовать оптические, как обладающие наибольшей частотой срабатывания по сравнению с емкостными и индуктивными сигнализаторами. При этом во время эксплуатации приемник и передатчик такого сигнализатора требуют периодической очистки от пыли, возникающий от перемещения заготовок по транспортной линии.

  Отдельными функциональными элементами в транспортных линиях являются участки накопления заготовок. Они необходимы для того, чтобы собрать необходимое количество заготовок банок в случае аварийной остановки станка, расположенного после этого участка. Например, такие участки должны быть после поточной печи, так как температурная обработка окрашенного шва происходит в течение установленного времени, когда заготовка транспортируется через печь. В случае аварийного отключения любого станка линии производства жестяной банки и прекращения подачи заготовок в печь, все уже поступившие в печь заготовки должны «выйти» из печи, значит, должны где-то накапливаться.

  АСУ ТП имеет в своем составе минимум два отдельных щита. Щит центрального контроллера, который расположен в центре линии производства жестяной банки для минимизации длины кабельных трасс. В районе операторной монтируется второй настенный щит с панелью оператора. Щит центрального контроллера автоматизации производства банок состоит из следующих элементов:

1. программируемый логический контроллер,
2. вводной рубильник,
3. автоматические выключатели,
4. автоматы защиты двигателей,
5. пускатели,
6. частотные преобразователи,
7. блоки питания,
8. реле,
9. звуковая и световая арматура,
10. кнопка аварийной остановки,
11. световая колонная,
12. освещение щита,
13. вентилятор,
14. промышленный коммутатор,
15. нормирующие преобразователи,
16. клеммные сборки.

  В качестве панели оператора во втором щите автоматизации изготовления банок может быть использована продукция производства Siemens, Schneider Electric, Weintek. Дополнительный третий щит устанавливается для силовой аппаратуры, если она не помещается в щите центрального контроллера.

  Для обеспечения безопасности персонала в непосредственной близости от каждого электродвигателя конвейера расположен рубильник, через который подается напряжение на электродвигатель. В ПЛК подключен сигнал обратной связи о состоянии рубильника.

  Для повышения безопасности и оперативности восстановления рабочего режима линии по производству консервной банки после устранения отказа любой машины/станка в цеху вдоль транспортных линий установлены пульты дистанционного управления, оснащенные кнопками:

• «СТОП» - аварийной остановки,
• «Пуск» - автоматического пуска производственной линии.

  То есть оператору после устранения отказа машины не надо тратить время, чтобы вернуться ко второму щиту с панелью оператора. Он может по месту сразу подать команду на пуск линии производства жестяной банки.

  Особенностью функционирования нашей системы управления также являются алгоритмы:

• автоматической постановки линии для производства консервных банок в режим паузы на время устранения выявленного отказа машины,
• быстрого запуска производственной линии после устранения аварийной остановки машины.

  Внедрение АСУ ТП обеспечивает контроль производственной линии в режиме реального времени и позволяет принимать эффективные решения как для выпуска продукции, так и для технического сопровождения.

 

Стоимость оборудования производства банок

  Стоимость оборудования для производства жестяных банок находится в широком диапазоне, так как зависит от множества факторов, в том числе от:

• уровня автоматизации,
• производительности линии,
• комплектации,
• надежности,
• ремонтопригодности,
• состояния (новое или бывшее в употреблении).

  При экономических расчетах необходимо помнить, что в итоговую стоимость производственной линии входят не только отдельные станки/машины, но и системы подачи материала, транспортные/конвейерные линии, оборудование контроля качества, складирования, монтаж, наладка, обучение персонала, централизованная АСУ ТП, а также программное обеспечение для управления производством.

  При формировании бюджета для закупки оборудования для производства банок необходимо учитывать несколько основных факторов:

• предполагаемый объём производства,
• тип производимой тары,
• номенклатура выпускаемой тары,
• производитель оборудования.

  Логично, что чем выше проектируемая производительность линии, тем мощнее и дороже станки/машины, тем выше требования к транспортным линиям. Существенное влияние на стоимость оборудование для производства жестяных банок оказывает его происхождение: китайские производители предлагают более дешевые решения, в то время как российские линии имеют более высокую стоимость, но при этом обеспечены сервисным обслуживанием. Уже можно констатировать тот факт, что дешевое китайское оборудование для производства консервных банок не оправдывает себя ни с технической, ни с экономической точек зрения. Многие российские заводы, которые купили недорогие технологические линии из Китая, уже рассматривают варианты их замены.

  Экономическое обоснование централизованной автоматизации процесса изготовления жестяных банок основано на увеличении прибыли за счет базовых параметров: уменьшения брака, стабилизации качества и увеличения производительности.

  Окупаемость автоматизированного производства жестяной банки может составлять несколько лет, так как существенно зависит от объёмов производства и стабильности спроса. Не секрет, что производство консервированных продуктов – горошка, кукурузы, фасоли и т.д. - носит сезонный характер. Именно в сезон востребована тара для их упаковки. Поэтому для повышения экономической эффективности производителям тары приходится искать потребителей на свою продукцию в смежных отраслях, например, для фасовки кофе, чая, иных сыпучих продуктов. Для такой универсальности важна возможность выпуска упаковки разной номенклатуры и минимальное время для перенастройки с одного типоразмера на другой. Таким образом, автоматизация завода по производству консервных банок не только повышает эффективность производства, но и становится ключевым фактором расширения номенклатуры продукции, устойчивого роста спроса, развития предприятия.

  Сравнительный анализ полуавтоматического и автоматического выпуска жестяных консервных банок приведен в таблице ниже. Необходимо отметить, что на заводах, оснащенных АСУ ТП ООО «КУБТРОНИКС», указанные характеристики для автоматического режима производства имеют наилучшие значения из указанных.

Параметр	Полуавтоматический	Автоматический
Производительность	200–500 банок/час	3000–30000 банок/часКачество
Качество	Зависит от персонала	Стабильное, высокое
Трудозатраты	Высокие	Низкие
Себестоимость единицы продукции	Выше из-за затрат на оплату персонала	Ниже
Отходы и брак	3–5% в среднем	Менее 1%
Безопасность труда	Высокие риски травматизма	Повышенная безопасность, персонал работает с оборудованием удалённо
Гибкость производства	Сложно перестроить	Линии легко перенастраиваются
Начальные инвестиции	Низкие	Высокие
Контроль качества	Субъективный	Объективный (датчики, камеры)