staedler automation AG – Anturit valvovat teollisia keittojärjestelmiä
Sovellusraportti
Staedler automation AG:n valmistama keittojärjestelmä staedler CK1600. Tätä järjestelmää käytetään spätzlen keittämiseen.
Spätzle ”al dente”
Taikina keitetään kuumassa vedessä, valutetaan, huuhdellaan kylmässä vedessä – ja valmista on. Staedlerin spätzle-keittimessä käytetään samaa menetelmää, jonka me kaikki tunnemme kotoa, mutta teollisessa mittakaavassa, ja sitä ohjataan tarkasti ifm:n antureiden avulla – jotta tuotteen laatu pysyisi korkeana.
staedler automation AG sijaitsee Henaussa, Sveitsissä, ja sillä on yli 10 vuoden kokemus prosessiautomaatiojärjestelmien valmistuksesta. Se valmistaa elintarviketeollisuuden tarpeisiin myös täysin automatisoituja keittojärjestelmiä. Kuvassa oleva järjestelmä on rakennettu asiakkaalle, joka valmistaa spätzleä, eteläsaksalaista erikoispastaa. Staedler automation AG:n toimitusjohtaja Lukas Staedler selittää, miten järjestelmä toimii: ”Kuvitelkaa kattila, joka on jatkuvasti käytössä. Se tarkoittaa, että raaka taikina ladataan keittolinjan alkupäähän ja se kulkee linjan läpi määritellyssä ajassa niin, että lopputuloksena saadaan juuri sopivasti kypsytetty tuote.. Määrättyä keittoaikaa käyttämällä pystymme takaamaan tuotteen tasaisen laadun.”
Keitettävä elintarvikemassa siirretään kuumaan veteen lastan avulla. Koska koneen ja tuotteen välillä ei ole keittoprosessin aikana juuri lainkaan mekaanista kosketusta, tuotteen vahingoittuminen minimoituu. Keittoprosessin lopussa tuote siirretään nopeasti vesikylvyn läpi jäähdytysalueelle. Tämä huuhtelu kylmällä vedellä keskeyttää tuotteen kypsymisen.
”Tällaisilla järjestelmillä voidaan keittää periaatteessa mitä tahansa, mikä kelluu”, Lukas Staedler korostaa. ”Käsittelemme tällä kyseisellä linjalla tuorepastoja, kuten ravioleja, tortellineja tai tässä tapauksessa spätzleä. Mutta yhtä hyvin se voisi olla myös kylmää lihaa tai vihanneksia. Tämän järjestelmän tuotantokyky on 2,5 tonnia tunnissa”.
Tarkan lämpötilan ylläpitäminen
Kun keitämme kotona ruokaa ja näemme veden alkavan kiehua, tiedämme, että lämpötila on oikea, mutta teollisissa keittoprosesseissa käytettävien lämpötilojen täytyy olla tarkempia. Vain siten on mahdollista varmistaa asiakkaan vaatima tuotteen tasainen laatu.
Tässä järjestelmässä lämpötila mitataan kahdesta pisteestä. Nämä lämpötilat ovat prosessin tärkeimmät prosessiarvot, joita kutsutaan myös nimellä kriittiset valvontapisteet (Critical Control Point, lyhyesti CCP). Toinen on lähellä kiehumispistettä olevan veden lämpötila. Tässä tapauksessa sen täytyy olla tarkalleen 95°C. Toinen on keittoprosessin keskeyttämiseen käytettävän jäähdytyskylvyn lämpötila . Kaksi lämpötila-anturia valvoo lämmönvaihdinta tarkkojen lämpötilojen takaamiseksi.
Kuva 1: TA-tyypin lämpötila-anturit valvovat vaadittuja lämpötila-arvoja keittimessä ja jäähdytyskylvyssä. Kuva 2: staedlerin käytössä tulevaisuudessa: Lämpötila-anturi TCC on itsevalvova, mikä tarkoittaa, että kalibrointivälejä voidaan pidentää. Tarkkuuspoikkeamat tunnistetaan automaattisesti ja niistä ilmoitetaan kytkinsignaalilla ja LED-merkkivalolla.
staedler käyttää näissä kriittisissä pisteissä ifm:n TA2502-tyyppisiä lämpötila-antureita. Näissä antureissa on erittäin tarkka ja nopeasti reagoiva Pt1000-mittauselementti, joka kattaa laajan -50...200 °C lämpötila-alueen. Antureissa on myös hyvä toistotarkkuus ja pitkäaikainen stabiilisuus, jotka ovat tuotteen optimaalisen ja tasaisen laadun edellytyksiä.
Staedler aikoo käyttää näiden pisteiden valvontaan tulevaisuudessa ifm:n TCC-tyyppisiä itsevalvovia lämpötila-antureita. Laitteen erityisominaisuus: Siinä on kaksi toisistaan riippumatonta mittauselementtiä, joilla on vastakkaiset lämpötilakäyrät ja jotka vastavaikuttavat toisiinsa. Tarkkuuspoikkeamat tunnistetaan näin ollen välittömästi ja niistä ilmoitetaan hälytyskytkinsignaaleilla. Ne visualisoidaan myös selkeästi laitteen omalla LED-merkkivalolla. Tämä helpottaa huomattavasti tuotteen laadun varmistamista, sillä lämpötilojen tarkkuus on taattu joka hetki kalibrointivälien aikana niin kauan kuin anturi ei tunnista ryömimistä, josta se ilmoittaa signaalilla. Muissa teollisuuden lämpötila-antureissa voi esiintyä lämpötilapoikkeamia tai -ryömintää jopa kalibroinnin jälkeisenä päivänä. Niitä ei tunnisteta, vaan ne havaitaan vasta seuraavan kalibroinnin yhteydessä. Pahin skenaario olisi kallis tuotteen takaisinveto, jolla olisi kielteinen vaikutus valmistajan maineeseen.
CIP-puhdistusprosessin valvonta johtokykyarvon perusteella
Järjestelmälle tehdään CIP-puhdistusprosessi jokaisen tuotantoerän jälkeen. Tuotelinjat huuhdellaan erillisellä pumpulla emäksisiä ja happamia puhdistusaineita käyttäen. Sen jälkeen ne huuhdellaan puhtaalla vedellä ennen tuotannon käynnistämistä uudelleen. ifm:n johtokykyanturilla LDL200 on tässä prosessissa tärkeä rooli. Tarkan johtokykymittauksen perusteella voidaan varmistaa, onko putkessa puhdistusainetta ja mikä sen pitoisuus on. Ohjausjärjestelmä tunnistaa mittausarvojen perusteella esimerkiksi, täytyykö puhdistusaineita lisätä tai onko esi-, väli- ja loppuhuuhtelu suoritettu. Puhdistusprosessin viimeinen vaihe on huuhtelu puhtaalla vedellä. Järjestelmä vapautetaan tuotantoon vasta sitten, kun loppuhuuhteluveden johtokyvyn tarkka raja-arvo saavutetaan. Näin varmistetaan vaiheiden selkeä erottelu CIP-prosessin aikana.
LDL200 mittaa aineen lämpötilan yhtaikaa johtokyvyn kanssa ja lähettää arvot IO-Link-tiedonsiirtoprotokollaa käyttäen ohjausjärjestelmään. Tätä käytetään myös lämmönvaihtimen ohjauksessa sen varmistamaan, että sillä on aina riittävästi energiaa säätää kiehuvan veden lämpötilaa.
Täyttötaso yhdellä silmäyksellä
Järjestelmässä on kaksi suurta vesisäiliötä: Kuumaa vettä sisältävä kylpyallas ja jäähdytysallas prosessin lopussa. Kummankin altaan pohjalle on asennettu paineanturit, joita käytetään hydrostaattisen paineen mittaukseen. Käytettävissä ifm-antureissa on ihanteellinen painealue 100 mbar ... 2,5 bar. Ne määrittävät tarkan pinnankorkeuden ja säätelevät sitä. Näin on mahdollista välttää säiliön ylivuodot, kun siihen lisätään vettä.
Vedensyötön mittaaminen
Veden määrä vähenee keittoprosessin aikana. Yksi syy tähän on se, että itse tuote, tässä tapauksessa spätzle, imee itseensä vettä. Lisäksi vettä poistuu keittoprosessissa höyryn muodossa. Näistä syistä vettä täytyy lisätä jatkuvasti.
Lukas Staedler: ”Käytämme ifm:n magneettis-induktiivista SM2100 virtausmittaria vesitäydennysten säätämisessä. Se mittaa jatkuvasti virtausta keittoprosessin aikana.
Tämä tapahtuu yhteistyössä pinnankorkeusantureiden kanssa. Kun pinnankorkeusanturit ilmoittavat, että vedenpinta laskee, puhdasta vettä lisätään, ja virtausmittari määrittää, kuinka paljon vettä on hävinnyt tuotteeseen imeytymisen vuoksi tai poistunut höyrynä.
Veden määrä vähenee myös sakan poiston kautta. Käytetty vesi valutetaan pois ja tilalle lisätään puhdasta vettä. Tämä tapahtuu reseptissä määritellyn ajan kuluessa. SM-virtausmittaria käytetään myös tällöin lisättävän vesimäärän mittaukseen.”
Virtausmittarilla on tärkeä rooli myös puhdistusprosessin aikana, sillä se valvoo huuhteluun käytettävän puhtaan veden määrää. Näin se tuo läpinäkyvyyttä koko keittoprosessin ajan.
Paikan ja asennon valvonta induktiivisilla antureilla
Järjestelmään on asennettu myös induktiivisia antureita asennon tunnistusta varten. Vaikka ne eivät olekaan osa itse keittoprosessia, niillä on tärkeä valvontatehtävä. Jäähdytyshihna, jonka avulla tuote siirretään jäähdytyskylpyyn ja sieltä pois, voidaan nostaa nostimella pois kylvystä manuaalista puhdistusta varten. Kahta induktiivista anturia käytetään nostimen ylä- ja ala-asennon kosketuksettomaan tunnistukseen. Ne varmistavat myös, että järjestelmä voidaan käynnistää uudelleen vain, jos hihna on oikeassa ala-asennossa.
Kolmas induktiivinen anturi on asennettu uraseulaan. Myös se irrotetaan manuaalista puhdistusta varten. Anturi tarkistaa, että uraseula on asennettu oikein ennen, kuin tuotanto voidaan käynnistää uudelleen.
Kuva 1: Jäähdytyshihna voidaan nostaa taljan avulla ulos puhdistusta varten. Induktiivisia antureita käytetään taljan ylä- ja ala-asentojen tunnistukseen. Kuva 2: Induktiivinen anturi vapauttaa tuotannon uudelleenkäynnistämisen vasta, kun uraseula on puhdistettu manuaalisesti ja asetettu oikein paikalleen.
Anturitiedonsiirto IO-Link -liitännän kautta
Kaikki anturit on liitetty ohjausjärjestelmään IO-Link -liitännän kautta. Tämä digitaalinen tiiedonsiirtoprotokolla siirtää mittausarvot ohjausjärjestelmään digitaalisena. Näin ehkäistään luotettavasti muunnoshäviöiden aiheuttamat mittausvirheet. IO-Link pystyy kuitenkin muuhunkin.
Lukas Staedler: ”Jokainen CCP-anturi on tarkastettava kerran tai kaksi kertaa vuodessa. Lämpötila-anturit asetetaan referenssinesteeseen ja kalibroidaan. Kalibroimme lämpötila-anturit IO-Link -liitännän avulla.”
Käytämme LDL-johtokykyanturin molempia prosessiarvoja, lämpötilaa ja johtokykyä, yhden johtimen kautta. Virtausmittari SM lähettää sekä laskuriarvot että senhetkisen virtausnopeuden yhden lähdön kautta IO-Link -liitännän välityksellä ohjausjärjestelmään.”
Kun Lukas Staedlerilta kysytään, yksinkertaistaako IO-Link -liitäntä automaatiota, hänellä on selkeä mielipide: ”Periaatteessa automatisointi merkitsee lisää työtä, mutta IO-Link -liitäntä tarjoaa tiettyä lisäarvoa. Yhden johtimen kautta on mahdollista siirtää useampia signaaliarvoja. Tämä säästää asennuskustannuksia. Tai jos ajattelemme lämpötila-antureita: Kalibrointi tehdään suoraan anturissa eikä ohjausjärjestelmän korjausarvojen kautta, kuten ennen. Tämä yksinkertaistaa ohjaustoimintojen ohjelmointia. Kaiken kaikkiaan IO-Link -liitäntä tarjoaa ylivoimaisesti parempia etuja.”
Johtokykyanturi LDL200 tunnistaa luotettavasti, onko putkissa puhdasta vettä tai CIP-prosessin puhdistusaineita. Se mittaa samanaikaisesti myös lämpötilan ja siirtää molemmat mittausarvot IO-Link -liitännän kautta ohjausjärjestelmään.
PM-tyyppiset paineanturit käyttävät hydrostaattista painetta keittimen ja jäähdytyskylvyn pinnankorkeuden mittaukseen.
Magneettis-induktiivisella SM2100 virtausmittarilla tunnistetaan senhetkinen virtausnopeus ja syöttöveden kokonaismäärä. Molemmat arvot siirretään IO-Link -liitännän kautta ohjausjärjestelmään.
Yhteenveto
Staedler on vakuuttunut ifm:n tarjoamista automaatioratkaisuista. Lukas Staedler tiivistää: ”Olemme erittäin tyytyväisiä ifm:ään. Olemme käyttäneet ifm:n tuotteita myös aiemmissa projekteissa. Syynä on se, että ifm tarjoaa kattavan anturikonseptin induktiivisista antureista, magneettis-induktiivisista virtausmittareista, lämpötila-antureista, paineantureista aina johtokykymittaukseen asti. Lyhyesti sanottuna: Voimme kattaa ifm-antureilla kaikki järjestelmämme tarpeet. Toinen syy on se, että hinta-laatusuhde on kohdallaan. Anturit ovat järkeviä tämäntyyppiseen järjestelmään ja myös edullisia. Tulemme käyttämään ifm:n tuotteita myös tulevissa projekteissa.”
