staedler automation AG – Sensorer overvåger industrielle madlavningssystemer
Applikationsrapport
Madlavningssystem af typen staedler CK1600, fremstillet af staedler automation AG. Dette system vil blive brugt til at lave spaetzle.
Spaetzle ”al dente“
Kog dejen i varmt vand, lad den dryppe af og afkøl den med koldt vand og den er klar. Spaetzle-kogeapparatet fra staedler bruger den samme metode, vi alle kender hjemmefra, men i industrielle dimensioner, præcist kontrolleret ved brug af sensorer fra ifm – for at sikre at produktkvaliteten altid er på et højt niveau.
staedler automation AG er beliggende i Henau, Schweiz og har over 10 års erfaring med fremstilling af systemer til procesautomatisering. Til fødevareindustrien producerer de også fuldautomatiske madlavningssystemer. Systemet, der er illustreret her, er til en kunde, der laver spaetzle, som er en speciel sydtysk pasta. Lukas Staedler, CEO hos staedler automation AG, forklarer, hvordan systemet fungerer: ”Du skal forestille dig en gryde, som konstant er opvarmet. Det vil sige at den friske dej fyldes på i begyndelsen af tilberedningslinjen og passerer igennem i en defineret periode, så du til sidst har et produkt, der er tilberedt i tilstrækkelig grad. Ved at bruge en defineret tilberedningstid sikrer vi en konstant produktkvalitet.”
Fødevarerne, der tilberedes, overføres til varmt vand ved hjælp af en omrører. Fordi der næsten ikke er nogen mekaniske kontakter mellem maskinen og produktet i tilberedningsprocessen, minimerer dette enhver form for beskadigelse af produktet. Når tilberedningsprocessen er afsluttet, overføres produktet hurtigt til kølezonen over en vandfaldskant. Denne blanchering med koldt vand bevirker, at produktet ikke bliver tilberedt yderligere.
”I princippet kan systemer som dette tilberede alt, der flyder” understreger Lukas Staedler. ”I denne specifikke linje forarbejder vi frisk pasta som ravioli, tortellini eller i dette tilfælde spaetzle. Men det kunne også være kødpålæg eller grøntsager. Dette system når en produktproduktion på 2,5 tons i timen”.
Bibeholdelse af den nøjagtige temperatur
Når man laver mad derhjemme og ser, at vandet begynder at koge, ved man, at det har den rigtige temperatur, men i industrielle tilberedningsprocesser skal de anvendte temperaturer være mere præcise. Kun på denne måde er det muligt at levere den konstante produktkvalitet, som kunden kræver.
I dette system måles temperaturen ved to punkter, som tilvejebringer de vigtigste procesværdier, også kendt som kritiske kontrolpunkter, forkortet til CCP. Det ene punkt er vandtemperaturen, når vandet næsten koger. I dette tilfælde skal den være præcis 95°C. Det andet er kølebadets temperatur, hvor tilberedningsprocessen stoppes. To temperatursensorer kontrollerer varmevekslerne og sikrer nøjagtige temperaturer.
Billede 1: Temperatursensorer af typen TA overvåger de påkrævede temperaturværdier i kogeapparatet og i kølebadet. Billede 2: Vil blive brugt fremover af staedler: Temperatursensoren TCC er selv-overvågende, hvilket betyder, at kalibreringsintervallerne kan forlænges. Afvigelser af nøjagtigheden genkendes automatisk og signaleres ved hjælp af et skiftesignal og en LED.
Til disse kritiske punkter sætter staedler sin lid til temperatursensorer af typen TA2502 fra ifm. Disse sensorer har et meget præcist Pt1000-måleelement med hurtig reaktion, der dækker et stort temperaturområde på -50 … 200 °C. Sensorerne har desuden en høj repeterbarhed og langvarig stabilitet, som er forudsætninger for en optimal og stabil produktkvalitet.
Staedler planlægger at bruge de selv-overvågende temperatursensorer af typen TCC fra ifm i fremtiden til overvågning af disse punkter. Denne enheds særlige egenskab: Den har to uafhængige måleelementer med modsatte temperaturegenskaber, der modvirker hinanden. Afvigelser af nøjagtigheden bliver derfor omgående genkendt og signaleret af alarmskiftesignaler. Derudover bliver de tydeligt visualiseret via en LED direkte på enheden. Dette forenkler en pålidelig produktkvalitet enormt, fordi temperaturen altid er sikker mellem kalibreringsintervaller, så længe sensoren ikke detekterer en drift, som den derefter signalerer. Med andre industrielle temperatursensorer kan afvigelser af temperaturen eller en drift endda opstå en dag efter, kalibreringen har fundet sted. De bliver ikke genkendt og først detekteret under næste kalibrering. Det værst tænkelige tilfælde ville være en dyr produkttilbagekaldelse, som ville have en negativ effekt på producentens omdømme.
Overvågning af CIP-rengøringsproces med ledningsevne
Efter hver produktionsbatch underkastes systemet en CIP-rengøringsproces. Der anvendes en særskilt pumpe til skylning af produktlinjerne med alkaliske og sure rengøringsmidler. De bliver derefter skyllet med rent vand, før produktionen genstartes. Under denne proces spiller ifm’s konduktivitetssensor LDL200 en vigtig rolle. På grundlag af præcis konduktivitetsmåling er det muligt at bekræfte, om linjerne indeholder rengøringsmiddel og i hvilken koncentration. I overensstemmelse med måleværdierne genkender styresystemet for eksempel, om der skal tilsættes yderligere rengøringsmidler, eller om forskylningen, mellemskylningen og den afsluttende skylning har fundet sted. Den endelige fase af rengøringsprocessen er at skylle med rent vand. Systemet bliver først frigivet til produktion, når det endelige skyllevands nøjagtige ledningsevne er nået. Dette sikrer en tydelig faseadskillelse under CIP-processen.
Samtidig med ledningsevnen måler LDL200 mediets temperatur og overfører værdierne til styresystemet ved hjælp af kommunikationsprotokollen. Dette anvendes også til at kontrollere varmeveksleren for at sikre, at den altid har tilstrækkelig energi til at regulere det kogende vands temperatur.
Overblik over niveauet
Systemet har to store vandtanke: Badet med det varme vand og kølebadet ved afslutningen af processen. Der er installeret tryksensorer i bunden af hver tank. De anvendes til at måle det hydrostatiske tryk. De anvendte ifm-sensorer har et ideelt trykområde på 100 mbar … 2,5 bar. De fastsætter det nøjagtige niveau og anvendes til at regulere det. Det er derfor muligt at undgå, at tanken løber over, når den fyldes med vand igen.
Detekter forsyning af vand
Der mistes vand under tilberedningsprocessen. En årsag til dette er, at selve produktet, i dette tilfælde spaetzle, absorberer vand, og at der slipper vand ud i form af damp under tilberedningsprocessen. Derfor skal der konstant tilsættes vand.
Lukas Staedler: ”Vi bruger den elektromagnetiske flowsensor SM2100 fra ifm til regulering af genopfyldningen af ferskvand. Denne sensor måler kontinuerligt flowet under tilberedningsprocessen.
Dette udføres i samarbejde med niveausensorer. Når niveausensorerne signalerer, at vandstanden falder, tilsættes der ferskvand, og flowmåleren måler, hvor meget vand, der er mistet, fordi det er blevet absorberet af produktet eller som damp.
Der mistes også vand, når spildevandsslam fjernes. Brugt vand ledes bort, og der tilsættes frisk vand. Dette sker i en tidsfaktor, der er fastlagt af opskriften. Også i dette tilfælde anvendes SM’en til måling af vandmængden, der skal tilsættes.”
Flowmåleren spiller også en vigtig rolle under rengøringsprocessen, fordi den overvåger mængden af ferskvand, der anvendes til skylning. I denne sammenhæng skaber den gennemsigtighed i hele tilberedningsprocessen.
Positionsovervågning med induktive sensorer
Der er også installeret induktive sensorer til positionsdetektering. Selvom de ikke direkte er en del af tilberedningsprocessen, har de en vigtig overvågningsfunktion. Kølebåndet, med hvilket produktet overføres til og fra kølebadet, kan løftes ud af badet ved hjælp af en lift med det formål at blive rengjort manuelt. Der anvendes to induktive sensorer til berøringsfri detektion af den øverste og nederste position. Disse sensorer sikrer også, at systemet kun kan genstartes, hvis båndet er i den korrekte nedre position.
En tredje induktiv sensor er monteret på spaltesien. Den bliver også fjernet med det formål at rengøre den manuelt. Sensoren kontrollerer, om den er korrekt monteret, før produktionen kan genoptages.
Billede 1: Kølebåndet kan løftes ud ved hjælp af en talje for at rengøre det. Der anvendes induktive sensorer til detektion af den relevante øverste og nederste position. Billede 2: Efter spaltesien er rengjort manuelt og sat på plads igen, kan produktionen først genoptages, efter den er frigivet af den induktive sensor.
Sensorkommunikation ved hjælp af IO-Link
Alle sensorer er forbundet med styresystemet via IO-Link. Denne digitale kommunikationsprotokol overfører måleværdierne til styresystemet i digitalt format. Det betyder, at målefejl forårsaget af konverteringstab på pålidelig vis undgås. IO-Link kan dog mere end det.
Lukas Staedler: ”Hver sensor, som er en CCP-sensor, skal kontrolleres årligt eller halvårligt. Temperatursensorerne placeres i en referencetemperaturvæske og kalibreres. Vi kalibrerer temperatursensorer ved hjælp af IO-Link.”
Med konduktivitetssensoren LDL bruger vi begge procesværdier, temperatur og ledningsevne via en enkelt ledning. Flowmåleren SM overfører tællerværdierne og den aktuelle hastighed via én udgang til styresystemet ved hjælp af IO-Link.”
Som svar på spørgsmålet om IO-Link forenkler automatiseringen, har Lukas Staedler en klar mening: ”Grundlæggende er automatisering ensbetydende med en større indsats, men IO-Link medfører en konkret merværdi. Det er muligt at overføre flere signalværdier via én ledning. Det sparer monteringsomkostninger. Eller, hvis vi ser på temperatursensorerne: Kalibreringen udføres direkte på sensoren og ikke som før ved at bruge korrektionsværdier i styresystemet. Dette gør det nemmere at programmere styreanordningerne. Alt i alt er fordelene ved IO-Link langt større.”
Konduktivitetssensoren LDL200 måler, om der er rent vand eller rengøringsmidler fra CIP-processen i rørene. Samtidig måler den temperaturen og overfører begge måleværdier til styresystemet ved hjælp af IO-Link.
Tryksensorer af typen PM bruger det hydrostatiske tryk til at detektere niveauet i kogeapparatet og kølebadet.
Den elektromagnetiske flowsensor SM2100 anvendes til at detektere den aktuelle flowhastighed og den samlede fødevandsforsyning. Begge værdier overføres til styresystemet ved hjælp af IO-Link.
Konklusion
staedler er overbevist om automatiseringsløsningerne leveret af ifm. Lukas Staedler opsummerer: ”Vi er meget tilfredse med ifm. Vi har også brugt ifm i forbindelse med tidligere projekter. Årsagen til dette er, at ifm har et omfattende sensorkoncept fra induktive sensorer, elektromagnetiske flowsensorer, temperatursensorer, tryksensorer og konduktivitetsmåling. Kort sagt: Vi kan dække alle vores behov i systemet med ifm-sensorer. En yderligere årsag er, at pris-/ydelsesforholdet er rigtigt. Sensorerne giver mening for denne type system og er også overkommelige. Vi vil også bruge ifm til fremtidige projekter.”
