Arquitectura de sistema de envasado o empaquetado integrado.

Un sistema de envasado (PS) que incluye:

- una línea de envasado (PL) que comprende una máquina de llenado (FM) y uno o más equipos de distribución (DE) aguas abajo conectados mediante transportadores,

siendo utilizable la máquina de llenado para producir envases cerrados herméticamente, cada uno de los cuales contiene un producto alimenticio, y siendo utilizable cada equipo de distribución para llevar a cabo una operación correspondiente sobre envases individuales o grupos de envases cerrados herméticamente; incluyendo la máquina de llenado y cada equipo de distribución un sistema de control electrónico diseñado para almacenar y ejecutar uno o más módulos de software;

- un controlador de línea (LC) programado para gestionar la configuración, comunicación y control de la línea de envasado y que incluye una pantalla de presentación, un teclado, y un sistema de tratamiento diseñado para almacenar y ejecutar una o más aplicaciones de software configuradas para cooperar con los módulos de software de la máquina de llenado y de cada equipo de distribución; y

- una red de comunicación diseñada para conectar el controlador de línea a la máquina del llenado y a cada equipo de distribución;

en el que la máquina de llenado y cada equipo de distribución están configurados para almacenar e implementar una o más fórmulas de equipo seleccionables, en el que una fórmula de equipo para la máquina de llenado define el tipo de envases cerrados herméticamente que han de ser producidos por la máquina del llenado, y una fórmula de equipo para un equipo de distribución define la operación u operaciones que han de ser llevadas a cabo por el equipo de distribución; en el que el controlador de línea está configurado para almacenar e implementar una o más fórmulas de línea seleccionables, cada una de las cuales define una unidad de envasado final correspondiente que ha de ser producida por la línea de envasado, y hace, cuando es implementada, que la máquina de llenado y el equipo o equipos de distribución implicados en la producción de la unidad de envasado final implementen fórmulas de equipo correspondientes;

en el que una fórmula de línea especifica:

- los equipos de distribución y transportadores que han de ser implicados en la producción de la unidad de envasado final;

- referencias a las fórmulas de equipo que han de ser implementadas por la máquina de llenado y los equipos de distribución implicados; y

- parámetros de automatización de línea que han de ser utilizados en la línea de envasado para controlar el flujo de envases;

en el que las aplicaciones de software en el controlador de línea incluyen:

- un gestor de fórmulas diseñado para configurar automáticamente la línea de envasado para implementar una fórmula de línea seleccionada:

- identificando una configuración específica de equipos de distribución que han de ser implicados en la producción de la unidad de envasado final correspondiente a la fórmula de línea seleccionada, e identificando por un nombre o código de ID asociado las fórmulas de equipo individuales en la máquina de llenado y en los equipos de distribución implicados que han de ser implementados para la producción de la unidad de envasado final correspondiente a la fórmula de línea seleccionada;

- descargando las fórmulas de tipo individual respectivas que han de ser implementadas en la máquina de llenado y en los equipos de distribución identificados; y

- descargando los parámetros de automatización de línea asociados con la fórmula de línea seleccionada a la máquina del llenado y al equipo o equipos de distribución especificados en la fórmula de línea seleccionada.

Arquitectura de sistema de envasado o empaquetado integrado CAMPO TÉCNICO DEL INVENTO

El presente invento se refiere en general a envasado de alimentos, y en particular a un envasado continuo cerrado herméticamente de productos alimenticios que se pueden verter.

TÉNICA ANTECEDENTE

Como es conocido, en una fábrica de una planta de envasado de alimentos, se realizan de modo general varios procesos con propósitos específicos, incluyendo la entrada de alimentos y almacenamiento de material de envasado, el tratamiento o procesamiento de alimentos, el envasado de alimentos y el almacenamiento de los envases. Con referencia específica a productos alimenticios que se pueden verter, el envasado de alimentos es realizado en las Líneas de Envasado, cada una de las cuales es un conjunto de máquinas y equipos para la producción y manipulación de envases, e incluye una Máquina de Llenado para la producción de los envases, seguida por una o más configuraciones definidas de Equipos de Distribución aguas abajo tales como, acumuladores, aplicadores de pajita, sistemas para envolver con película, y envasadores de cartón, conectados a la Máquina de Llenado mediante Transportadores, para la manipulación de los envases.

Un ejemplo típico de este tipo de envases es el envase de forma paralelepipédica para productos alimenticios líquidos o que se pueden verter conocido como Tetra Brik Aseptic®, que es fabricado plegando y cerrando herméticamente una banda estratificada de material de envasado.

El material de envasado tiene una estructura laminar de múltiples capas que comprende sustancialmente una o más capas de base de rigidización y refuerzo hechas típicamente de un material fibroso, por ejemplo papel, o material de polipropileno con carga mineral, cubierto en ambos lados con varias capas de material plástico termosellable (que se puede cerrar de manera hermética térmicamente) , por ejemplo película de polietileno. En el caso de envases asépticos para productos de larga duración, tales como leche UHT, el material de envasado también comprende una capa de material barrera o de protección contra el gas y la luz, por ejemplo lámina o papel de aluminio o película de alcohol etil vinílico (EVOH) , que es superpuesta sobre una capa de material plástico termosellable, y está a su vez cubierta con otra capa de material plástico termosellable que forma la cara interior del envase que hace contacto eventualmente con el producto alimenticio.

Los envases de este tipo son producidos en máquinas de llenado completamente automáticas en las que un tubo vertical continuo es formado a partir del material de envasado alimentado en banda; que es esterilizado aplicando un agente esterilizador químico tal como solución de peróxido de hidrógeno, que, una vez que se ha completado la esterilización, es eliminado, por ejemplo evaporado por calentamiento, de las superficies del material de envasado; y la banda esterilizada es mantenida en un ambiente cerrado, estéril, y es plegada y cerrada de manera hermética longitudinalmente para formar el tubo vertical. El tubo es a continuación llenado hacia abajo con el producto alimenticio que se puede verter esterilizado o procesado de manera esterilizada, y es alimentado a lo largo de un trayecto vertical a un puesto de formación, en el que es agarrado a lo largo de secciones transversales equiespaciadas por dos pares de mordazas, que actúan cíclica y sucesivamente sobre el tubo, y cierran herméticamente el material de envasado del tubo para formar una tira continua de envases de almohadilla conectados entre sí por tiras de cierre hermético transversales. Los envases de almohadilla son separados uno de otro cortando las tiras de cierre hermético relativas, y son transportados a un puesto de plegado final, donde son plegados mecánicamente a los envases acabados, por ejemplo de forma sustancialmente paralelepipédica.

Alternativamente, el material de envasado puede ser cortado en piezas elementales, que son formadas en envases sobre ejes de giro de formación, y los envases son llenados con producto alimenticio y cerrados herméticamente. Un ejemplo de este tipo de envase es el así denominado envase con la "parte superior a dos aguas", conocido como Tetra Rex®.

Las líneas de envasado existentes de primera generación tienen generalmente un control descentralizado, una flexibilidad de configuración pobre o incluso sin configuración, y diferentes canales de comunicación y soluciones de automatización y hardware, y generalmente requieren personalización del software de automatización en la línea en la máquina de llenado y en cada equipo de distribución.

Por ello, los sistemas de automatización y control existentes de la línea de envasado no pueden proporcionar las características de flexibilidad y funcionalidad requeridas para satisfacer la demanda del mercado siempre creciente para seguridad y trazabilidad de alimentos, y para una mayor versatilidad de producción.

Sin embargo, a pesar de su edad, muchos sistemas de automatización y control auxiliares continúan proporcionando una funcionalidad válida que garantiza su actualización, representan una inversión de capital importante que la gestión de producción quiere prolongar.

Se percibe por tanto una necesidad siempre creciente para una evolución de automatización de una instalación de envasado, en particular para líneas de envasado de nueva generación que caractericen soluciones integradas tales como un control de automatización centralizado y robusto, una flexibilidad de configuración incrementada, mismos canales de comunicación y soluciones de automatización y hardware, y la ausencia de necesidad de una personalización del software de automatización de la línea en las máquinas de llenado y equipos de distribución.

El documento US 2003/139936 A1 se refiere en general a transacciones entre un gestor de marca del producto y organizaciones de fabricación que utilizan un sistema informático de transacciones, en el que entre otros se ha descrito la definición y generación de jerarquía de fórmulas sobre la base de la determinación de la implantación de la línea dependiente del producto para una línea de producción que comprende un equipo de tratamiento y distribución, controlador de línea y red de comunicación.

El documento US 2005/149221 A1 se refiere a una fabricación de circuito integrado, en el que en una línea de producción que contiene múltiples herramientas del proceso de cámara cada una de las cuales almacena una pluralidad de fórmulas genéricas es proporcionada una modificación dinámica de fórmulas de proceso para incluir selecciones de cámara por el sistema de control de línea. En detalle, un sistema de ejecución de fabricación contenido en el sistema de control de línea hace referencia a la base de datos de seguimiento para determinar la siguiente operación del proceso para esa cantidad de productos y recupera el nombre de la fórmula a partir de la base de datos de encaminamiento y basándose en el estado del equipo disponible se determina la mejor cámara o conjunto de cámaras disponibles sobre la herramienta. A continuación la fórmula genérica identificada que es cargada desde la herramienta de proceso al sistema de control de línea, es además modificada para generar un cuerpo de fórmula de tiempo de ejecución y este cuerpo de fórmula de tiempo de ejecución es descargada desde el sistema de control a la herramienta del proceso para ser utilizado para procesar un producto.

El documento US 6 745 103 B1 se refiere a un sistema para controlar una máquina independiente para el envasado de productos alimenticios, que almacena configuraciones de datos de la fórmula, que especifican cómo ha de ser configurada una máquina de envasado de producto alimenticio para un artículo de envasado de alimentos preseleccionado. Un ordenador que tiene una interfaz hombre-máquina y un acceso a los datos de la fórmula es proporcionado a un usuario, en el que la selección de una configuración de la fórmula por el usuario a través de la interfaz hombre-máquina reconfigura una máquina de envasado producto alimenticio para manejar el artículo de envasado de alimento respectivo.

OBJETO Y RESUMEN DEL INVENTO

El objetivo del presente invento es proporcionar una línea de envasado de nueva generación que satisface las necesidades antes mencionadas.

Este objetivo es conseguido por el presente invento en lo que se refiere a un sistema de envasado, como se ha definido en las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprensión del presente invento, se describirán a continuación realizaciones preferidas, que pretenden servir simplemente a modo de ejemplo... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de envasado (PS) que incluye:

ï· una línea de envasado (PL) que comprende una máquina de llenado (FM) y uno o más equipos de distribución (DE) aguas abajo conectados mediante transportadores, siendo utilizable la máquina de llenado para producir envases cerrados herméticamente, cada uno de los cuales contiene un producto alimenticio, y siendo utilizable cada equipo de distribución para llevar a cabo una operación correspondiente sobre envases individuales o grupos de envases cerrados herméticamente; incluyendo la máquina de llenado y cada equipo de distribución un sistema de control electrónico diseñado para almacenar y ejecutar uno o más módulos de software;

ï· un controlador de línea (LC) programado para gestionar la configuración, comunicación y control de la línea de envasado y que incluye una pantalla de presentación, un teclado, y un sistema de tratamiento diseñado para almacenar y ejecutar una o más aplicaciones de software configuradas para cooperar con los módulos de software de la máquina de llenado y de cada equipo de distribución; y ï· una red de comunicación diseñada para conectar el controlador de línea a la máquina del llenado y a cada equipo de distribución;

en el que la máquina de llenado y cada equipo de distribución están configurados para almacenar e implementar una o más fórmulas de equipo seleccionables, en el que una fórmula de equipo para la máquina de llenado define el tipo de envases cerrados herméticamente que han de ser producidos por la máquina del llenado, y una fórmula de equipo para un equipo de distribución define la operación u operaciones que han de ser llevadas a cabo por el equipo de distribución;

en el que el controlador de línea está configurado para almacenar e implementar una o más fórmulas de línea seleccionables, cada una de las cuales define una unidad de envasado final correspondiente que ha de ser producida por la línea de envasado, y hace, cuando es implementada, que la máquina de llenado y el equipo o equipos de distribución implicados en la producción de la unidad de envasado final implementen fórmulas de equipo correspondientes;

en el que una fórmula de línea especifica:

ï?­ los equipos de distribución y transportadores que han de ser implicados en la producción de la unidad de 25 envasado final;

ï?­ referencias a las fórmulas de equipo que han de ser implementadas por la máquina de llenado y los equipos de distribución implicados; y ï?­ parámetros de automatización de línea que han de ser utilizados en la línea de envasado para controlar el flujo de envases;

en el que las aplicaciones de software en el controlador de línea incluyen:

ï· un gestor de fórmulas diseñado para configurar automáticamente la línea de envasado para implementar una fórmula de línea seleccionada:

ï?­ identificando una configuración específica de equipos de distribución que han de ser implicados en la producción de la unidad de envasado final correspondiente a la fórmula de línea seleccionada, e identificando por un nombre o código de ID asociado las fórmulas de equipo individuales en la máquina de llenado y en los equipos de distribución implicados que han de ser implementados para la producción de la unidad de envasado final correspondiente a la fórmula de línea seleccionada;

ï?­ descargando las fórmulas de tipo individual respectivas que han de ser implementadas en la máquina de llenado y en los equipos de distribución identificados; y ï?­ descargando los parámetros de automatización de línea asociados con la fórmula de línea seleccionada a la máquina del llenado y al equipo o equipos de distribución especificados en la fórmula de línea seleccionada.

2. El sistema de envasado de la reivindicación 1, en el que el gestor de fórmulas estar además diseñado para permitir que una fórmula de línea sea creada y almacenada, y que una fórmula de línea almacenada sea seleccionada para su implementación, mediante una interfaz gráfica de usuario (GUI) .

3. El sistema de envasado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gestor de fórmulas está además diseñado para realizar una o más de las siguientes tareas:

ï· interdependencia de producción, para reducir la dependencia humana en el control de un parámetro clave de producción;

ï· interdependencia de equipo, para impedir discordancias entre las fórmulas de línea y de equipo; 17

ï· interdependencia de implantación para impedir discordancias en la configuración de implantación de línea de envasado;

ï· interdependencia de material de producción para impedir discordancias entre el tipo de material utilizado en la máquina de llenado y en el equipo o equipos de distribución y el tipo de material definido en la fórmula de línea 5 seleccionada; y ï· manipulador de datos, para proporcionar automáticamente un sistema de vigilancia de línea de envasado (PLMS) con datos de la fábrica relacionados con la fórmula de línea seleccionada.

4. El sistema de envasado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una fórmula de equipo especifica:

ï· parámetros de definición de la fórmula, que son indicativos de características de un tipo de envase o de una unidad de envasado cerrados herméticamente que han de ser producidos, o de una operación que ha de ser llevada a cabo; y ï· parámetros operativos dependientes de la fórmula que son específicos para el tipo de envase, unidad de envasado cerrados herméticamente u operación definidas por los parámetros de definición de la fórmula.

5. El sistema de envasado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las aplicaciones de software en el controlador de línea incluyen además:

ï· un comando de línea diseñado para poner en marcha/parar la máquina de llenado y el equipo o equipos de distribución implicados en la producción de acuerdo con una política de puesta en marcha/parada, y para regular dinámicamente las capacidades de producción y los parámetros operativos de la máquina de llenado y del equipo o equipos de distribución implicados de acuerdo con una política de control de flujo durante la producción;

el que la política de puesta en marcha/parada define la secuencia de puesta en marcha/parada y los retardos de la máquina de llenado y del equipo o equipos de distribución después de una puesta en marcha/parada de cualquiera o bien de la máquina de llenado o bien del equipo o equipos de distribución, de modo que impida que se formen colas de envases, con una longitud mayor que un valor dado, en la entrada o entradas del equipo o equipos de distribución implicados durante una fase de transición de puesta en marcha/parada de la producción;

en el que la política de control de flujo define una velocidad operativa de los transportadores y las capacidades de producción de la máquina de llenado y del equipo o equipos de distribución implicados para permitir que se consiga una distancia sustancialmente constante entre envases o unidades de envasado, de modo que se impida que colisionen y se formen colas de envases, con una longitud mayor que un valor dado, en la entrada o entradas del equipo o equipos de distribución implicados durante la operación.

6. El sistema de envasado de la reivindicación 5, en el que los parámetros de automatización de la línea en una fórmula de línea incluyen los parámetros operativos de las políticas de puesta en marcha/parada y control de flujo.

7. El sistema de envasado de la reivindicación 6, en el que el comando de línea está además diseñado para iniciar el

calentamiento de la máquina del llenado y del equipo o equipos de distribución implicados de acuerdo con una política de ahorro de energía que está destinada a impedir un calentamiento completo de la máquina de llenado o de un equipo de distribución implicado mientras los otros están aún calentándose.

8. El sistema de envasado de la reivindicación 7, en el que el comando de línea está además diseñado para permitir que se ajusten los tiempos de calentamiento para la máquina de llenado y para cada equipo de distribución implicado 40 basándose en las condiciones de funcionamiento ambientes.

9. El sistema de envasado de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las aplicaciones de software en el controlador de línea incluyen además:

ï· un configurador de línea diseñado para proporcionar las funcionalidades de configuración siguientes seleccionables/que se pueden implementar mediante una interfaz gráfica de usuario (GUI) :

ï?­ detección e identificación automáticas de la máquina de llenado, del equipo o equipos de distribución y del transportador o transportadores en la línea de envasado, y carga automática de las capacidades de producción/funcionamiento de los mismos;

ï?­ dibujo gráfico de una implantación de línea de envasado que incluye representaciones gráficas de la máquina de llenado, del equipo o equipos de distribución, y del transportador o transportadores;

ï?­ asociación de las representaciones gráficas de la máquina de llenado, del equipo o equipos de distribución y del 18

transportador o transportadores con la máquina de llenado, equipo o equipos de distribución y transportador o transportadores identificados; y ï?­ ajuste de los parámetros de producción/funcionamiento de la máquina de llenado, equipo o equipos de distribución, y transportador o transportadores identificados en la línea de envasado, y de parámetros de 5 automatización general de la línea de envasado.

10. El sistema de envasado de la reivindicación 9, en el que la funcionalidad de configuración relacionada con la detección e identificación automáticas de la máquina de llenado, del equipo o equipos de distribución y del transportador o transportadores, y la carga automática de las capacidades de producción/funcionamiento del mismo incluyen:

ï· envío de solicitudes de identificación a la máquina de llenado y al equipo o equipos de distribución;

ï· recepción de datos de identificación procedentes de la máquina de llenado y del equipo o equipos de distribución;

ï· envío de solicitudes de datos a la máquina de llenado y al equipo o equipos de distribución identificados para datos relacionados con la producción que incluyen capacidades de producción de los mismos; y ï· recepción de información de datos de producción procedentes de la máquina de llenado y del equipo o equipos 15 de distribución identificados.

11. El sistema de envasado de la reivindicación 9 ó 10, en el que la funcionalidad relacionada a la asociación de las representaciones gráficas de la máquina de llenado, equipo o equipos de distribución y transportador o transportadores, con la máquina de llenado, el equipo o equipos de distribución y el transportador o transportadores identificados incluye:

ï· una comprobación de asociación para impedir cualquier asociación errónea entre las representaciones gráficas 20 de la máquina de llenado, del equipo o equipos de distribución, y del transportador o transportadores y de la máquina de llenado, del equipo o equipos de distribución, y del transportador o transportadores identificados.

12. El sistema de envasado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye además una pluralidad de líneas de envasado que cooperan funcionalmente dispuestas para compartir una o más equipos de distribución de modo que se consigan uno o más de los siguientes propósitos de producción:

ï· diferenciación de producción, en que los equipos de distribución son compartidos para implementar simultáneamente diferentes fórmulas de línea;

ï· emergencia, en que los equipos de distribución son compartidos para volver a dirigir un flujo de envases desde una línea de envasado a otra para permitir el mantenimiento o la gestión de una avería o interrupción de un equipo de distribución; y ï· mezcla o fusión de flujos, en que los equipos de distribución son compartidos para mezclar los flujos de envases en uno para reducir el número de equipos de distribución implicados en la producción.

13. Sistema de envasado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la máquina de envasado puede ser utilizada para producir selectivamente un tipo o tipos diferentes de envases cerrados herméticamente que contienen uno o más productos alimenticios diferentes.

14. Un controlador de línea según la reivindicación 1 y adaptado para ser utilizado en un sistema de envasado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.