staedler automation AG – Αισθητήρες επιτηρούν βιομηχανικά συστήματα μαγειρέματος
Αναφορά εφαρμογής
Σύστημα μαγειρέματος τύπου staedler CK1600, κατασκευασμένο από την staedler automation AG. Αυτό το σύστημα θα χρησιμοποιηθεί για μαγείρεμα ζυμαρικών τύπου Spätzle.
Spaetzle „al dente“
Η ζύμη βράζει σε ζεστό νερό, στραγγίζεται, ανανεώνεται με κρύο νερό και είναι έτοιμη. Η μηχανή μαγειρέματος Spätzle της staedler χρησιμοποιεί τη γνωστή, σπιτική μέθοδο μαγειρέματος, αλλά σε βιομηχανικές διαστάσεις και με ακρίβεια που ελέγχεται από αισθητήρες της ifm – για να διασφαλίζεται ότι η ποιότητα του προϊόντος παραμένει σε υψηλό επίπεδο.
Η staedler automation AG βρίσκεται στο Henau της Ελβετίας και διαθέτει πάνω από 10 χρόνια εμπειρίας στην κατασκευή συστημάτων αυτοματισμού διεργασιών. Για τη βιομηχανία τροφίμων παράγουν επίσης πλήρως αυτοματοποιημένα συστήματα μαγειρέματος. Το σύστημα που απεικονίζεται εδώ είναι για έναν πελάτη που παρασκευάζει Spätzle, ένα ιδιαίτερο ζυμαρικό της νότιας Γερμανίας. Ο Lukas Staedler, Διευθύνων Σύμβουλος της staedler automation AG, εξηγεί πώς λειτουργεί το σύστημα: «Φανταστείτε μία κατσαρόλα που μαγειρεύει συνεχόμενα. Αυτό σημαίνει ότι η φρέσκια ζύμη φορτώνεται στην αρχή της γραμμής μαγειρέματος και διατρέχει όλη τη γραμμή σε καθορισμένο χρόνο, ώστε στο τέλος να δημιουργηθεί ένα προϊόν μαγειρεμένο στον σωστό βαθμό. Χρησιμοποιώντας έναν καθορισμένο χρόνο μαγειρέματος διασφαλίζουμε τη σταθερά υψηλή ποιότητα του προϊόντος.»
Το υλικό που θα μαγειρευτεί μεταφέρεται σε ζεστό νερό με ένα πτερύγιο. Καθώς δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου μηχανικές επαφές μεταξύ του μηχανήματος και του προϊόντος κατά τη διαδικασία μαγειρέματος, η πιθανότητα ζημιάς στο προϊόν ελαχιστοποιείται. Στο τέλος της διαδικασίας μαγειρέματος, το προϊόν μεταφέρεται γρήγορα πάνω από μία άκρη καταρράκτη στη ζώνη ψύξης. Το λουτρό με κρύο νερό εμποδίζει το προϊόν να μαγειρευτεί περαιτέρω.
«Γενικά, τα συστήματα όπως αυτό μπορούν να μαγειρέψουν οτιδήποτε επιπλέει», τονίζει ο Lukas Staedler. «Στη συγκεκριμένη σειρά επεξεργαζόμαστε φρέσκα ζυμαρικά, όπως ραβιόλια, τορτελίνια ή, σε αυτήν την περίπτωση, Spätzle. Θα μπορούσε όμως να είναι και κρέατα ή λαχανικά. Το σύστημα αυτό επιτυγχάνει παραγωγή 2,5 τόνων προϊόντος ανά ώρα».
Διατήρηση της θερμοκρασίας με ακρίβεια
Όταν μαγειρεύουμε στο σπίτι και βλέπουμε ότι το νερό αρχίζει να βράζει, ξέρουμε ότι αυτή είναι η σωστή θερμοκρασία, ωστόσο, στις βιομηχανικές διαδικασίες μαγειρέματος οι θερμοκρασίες που χρησιμοποιούνται πρέπει να είναι πιο ακριβείς. Μόνο έτσι διασφαλίζεται η σταθερά υψηλή ποιότητα προϊόντος που επιθυμεί ο πελάτης.
Σε αυτό το σύστημα, η θερμοκρασία μετριέται σε δύο σημεία που παρέχουν τις πιο σημαντικές τιμές διεργασίας, τα οποία είναι γνωστά επίσης ως κρίσιμα σημεία ελέγχου, εν συντομία CCP. Το ένα είναι η θερμοκρασία του νερού που σχεδόν βράζει. Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να είναι ακριβώς 95°C. Το άλλο είναι η θερμοκρασία του λουτρού ψύξης όπου διακόπτεται η διαδικασία μαγειρέματος. Δύο αισθητήρες θερμοκρασίας ελέγχουν τον εναλλάκτη θερμότητας, εξασφαλίζοντας ακριβείς θερμοκρασίες.
Εικόνα 1: Οι αισθητήρες θερμοκρασίας σειράς TA επιτηρούν τις απαιτούμενες τιμές θερμοκρασίας στη μηχανή μαγειρέματος καθώς και στο λουτρό ψύξης. Εικόνα 2: Θα χρησιμοποιηθεί στο μέλλον από την staedler: Ο αισθητήρας θερμοκρασίας TCC είναι αυτοεπιτηρούμενος, το οποίο σημαίνει ότι τα περιοδικά διαστήματα βαθμονόμησης μπορούν να διευρύνονται. Οι αποκλίσεις στην ακρίβεια ανιχνεύονται αυτόματα και σηματοδοτούνται με σήμα μεταγωγής και LED.
Για αυτά τα κρίσιμα σημεία, η staedler βασίζεται σε αισθητήρες θερμοκρασίας TA2502 της ifm. Αυτοί οι αισθητήρες διαθέτουν ένα στοιχείο μέτρησης Pt1000 υψηλής ακρίβειας και γρήγορης απόκρισης, που καλύπτει ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών -50 … 200 °C. Επίσης, οι αισθητήρες έχουν υψηλή επαναληψιμότητα και μακροχρόνια σταθερότητα, βασικές προϋποθέσεις για βέλτιστη και σταθερή ποιότητα του προϊόντος.
Στο μέλλον, η staedler σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει τους αυτοεπιτηρούμενους αισθητήρες θερμοκρασίας σειράς TCC της ifm για την επιτήρηση αυτών των σημείων. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτής της συσκευής: Διαθέτει δύο ανεξάρτητα στοιχεία μέτρησης με αντίθετα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας που αντισταθμίζουν το ένα το άλλο. Έτσι, οι αποκλίσεις στην ακρίβεια αναγνωρίζονται αμέσως και σηματοδοτούνται από σήματα μεταγωγής συναγερμού. Επίσης οπτικοποιούνται με ευκρίνεια μέσω ενός LED απευθείας στη συσκευή. Αυτό απλοποιεί εξαιρετικά την αξιόπιστη ποιότητα του προϊόντος, καθώς μεταξύ των διαστημάτων βαθμονόμησης η μέτρησης θερμοκρασίας είναι ασφαλής ανά πάσα στιγμή, εφόσον ο αισθητήρας δεν ανιχνεύσει ολίσθηση που στη συνέχεια θα σηματοδοτήσει. Με άλλους βιομηχανικούς αισθητήρες θερμοκρασίας μπορεί να προκύψουν αποκλίσεις ή αλλαγές στη θερμοκρασία ακόμη και σε μία ημέρα μετά την εκτέλεση της βαθμονόμησης. Δεν ανιχνεύονται και δεν εντοπίζονται παρά μόνο στην επόμενη βαθμονόμηση. Στη χειρότερη περίπτωση, κάτι τέτοιο μπορεί να συνεπάγεται μία ακριβή ανάκληση προϊόντος, με αρνητικές επιπτώσεις στη φήμη του κατασκευαστή.
Επιτήρηση διαδικασίας καθαρισμού CIP με αγωγιμότητα
Μετά από κάθε παρτίδα παραγωγής, το σύστημα υποβάλλεται σε μία διαδικασία καθαρισμού CIP. Για την έκπλυση των γραμμών προϊόντος με αλκαλικά και όξινα μέσα καθαρισμού χρησιμοποιείται μία ξεχωριστή αντλία. Στη συνέχεια, οι γραμμές ξεπλένονται με καθαρό νερό πριν ξαναρχίσει η παραγωγή. Έναν σημαντικό ρόλο σε αυτήν τη διαδικασία έχει ο αισθητήρας αγωγιμότητας LDL200 της ifm. Με την επακριβή μέτρηση της αγωγιμότητας μπορεί να επιβεβαιωθεί εάν η γραμμή περιέχει μέσο καθαρισμού και σε ποια συγκέντρωση. Με βάση τις τιμές μέτρησης, το σύστημα ελέγχου αναγνωρίζει, πχ, εάν πρόκειται να προστεθούν περαιτέρω μέσα καθαρισμού ή εάν έχει πραγματοποιηθεί η αρχική, η ενδιάμεση και η τελική έκπλυση. Το τελευταίο στάδιο της διαδικασίας καθαρισμού είναι η έκπλυση με καθαρό νερό. Μόνο όταν επιτευχθεί η ακριβής αγωγιμότητα του τελικού νερού έκπλυσης είναι δυνατή στη συνέχεια η αποδέσμευση του συστήματος για παραγωγή. Αυτό εξασφαλίζει τον σαφή διαχωρισμό των φάσεων κατά τη διαδικασία CIP.
Ταυτόχρονα με την αγωγιμότητα, το LDL200 μετρά και τη θερμοκρασία του μέσου και μεταβιβάζει τις τιμές στο σύστημα ελέγχου χρησιμοποιώντας πρωτόκολλο επικοινωνίας IO-Link. Αυτό χρησιμοποιείται επίσης για τον έλεγχο του εναλλάκτη θερμότητας, ώστε να διασφαλίζεται ότι έχει πάντα αρκετή ενέργεια για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του νερού που βράζει.
Στάθμη με μια ματιά
Το σύστημα διαθέτει δύο μεγάλες δεξαμενές νερού: Το λουτρό με το ζεστό νερό και το λουτρό ψύξης στο τέλος της διαδικασίας. Στον πυθμένα κάθε δεξαμενής είναι εγκατεστημένοι αισθητήρες πίεσης. Χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της υδροστατικής πίεσης. Οι αισθητήρες ifm που χρησιμοποιούνται έχουν ιδανικό εύρος πίεσης 100 mbar … 2,5 bar. Καθορίζουν την στάθμη με ακρίβεια και χρησιμοποιούνται για τη ρύθμισή της. Επομένως, μπορεί να αποφευχθεί η υπερχείλιση της δεξαμενής κατά την επαναπλήρωση με νερό.
Ανίχνευση παροχής νερού
Κατά τη διαδικασία μαγειρέματος χάνεται ποσότητα νερού. Ένας λόγος είναι ότι το ίδιο το προϊόν - σε αυτήν την περίπτωση τα ζυμαρικά Spätzle - απορροφά νερό και ένας άλλος είναι ότι διαφεύγει νερό με τη μορφή ατμού κατά τη διαδικασία μαγειρέματος. Για τους λόγους αυτούς, πρέπει να προστίθεται συνεχώς νερό.
Lukas Staedler: «Χρησιμοποιούμε το ροόμετρο SM2100 της ifm για να ρυθμίζουμε την αναπλήρωση του φρέσκου νερού. Μετρά συνεχώς τη ροή κατά τη διαδικασία μαγειρέματος.
Αυτό γίνεται σε συνεργασία με αισθητήρες στάθμης. Όταν οι αισθητήρες στάθμης σηματοδοτήσουν ότι η στάθμη του νερού μειώνεται, τότε προστίθεται νερό και το ροόμετρο προσδιορίζει πόσο νερό έχει χαθεί, επειδή είτε έχει απορροφηθεί από το προϊόν είτε έχει διαφύγει ως ατμός.
Το νερό χάνεται επίσης κατά την απομάκρυνση της υπολειμματικής ιλύος. Το χρησιμοποιημένο νερό αποστραγγίζεται και προστίθεται φρέσκο νερό. Αυτό πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια ενός συντελεστή χρόνου που καθορίζεται από τη συνταγή. Και σε αυτήν την περίπτωση, το SM χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ποσότητας του νερού που πρόκειται να προστεθεί.»
Το ροόμετρο παίζει επίσης σημαντικό ρόλο κατά τη διαδικασία καθαρισμού, διότι επιτηρεί την ποσότητα του φρέσκου νερού που χρησιμοποιείται για την έκπλυση. Με αυτόν τον τρόπο παρέχει διαφάνεια σε όλη τη διαδικασία μαγειρέματος.
Επιτήρηση θέσης με επαγωγικούς αισθητήρες
Επαγωγικοί αισθητήρες είναι εγκατεστημένοι για εντοπισμό θέσης. Παρόλο που δεν αποτελούν άμεσα μέρος της διαδικασίας μαγειρέματος, έχουν μία σημαντική λειτουργία επιτήρησης. Η ταινία ψύξης, με την οποία το προϊόν μεταφέρεται από και προς το λουτρό ψύξης, μπορεί να ανυψωθεί από το λουτρό με μία διάταξη ανύψωσης για να καθαριστεί χειροκίνητα. Δύο επαγωγικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για ανίχνευση χωρίς επαφή της άνω και της κάτω θέσης. Επιπλέον, εξασφαλίζουν ότι το σύστημα μπορεί να επανεκκινηθεί μόνο εάν η ταινία βρίσκεται σωστά στην κάτω θέση.
Ένας τρίτος επαγωγικός αισθητήρας είναι τοποθετημένος στο φίλτρο σχισμής. Αυτό αφαιρείται επίσης για χειροκίνητο καθαρισμό. Ο αισθητήρας ελέγχει εάν έχει τοποθετηθεί σωστά πριν συνεχιστεί η παραγωγή.
Εικόνα 1: Η ταινία ψύξης μπορεί να ανυψωθεί με τροχαλία για καθαρισμό. Για ανίχνευση χωρίς επαφή της άνω και της κάτω θέσης χρησιμοποιούνται επαγωγικοί αισθητήρες. Εικόνα 2: Μετά τον χειροκίνητο καθαρισμό και την επανατοποθέτηση του φίλτρου σχισμής, η παραγωγή μπορεί να συνεχιστεί μόνο αφού επιβεβαιωθεί από τον επαγωγικό αισθητήρα.
Επικοινωνία αισθητήρων μέσω IO-Link
Όλοι οι αισθητήρες είναι συνδεδεμένοι στο σύστημα ελέγχου μέσω IO-Link. Αυτό το ψηφιακό πρωτόκολλο επικοινωνίας μεταφέρει τις τιμές μέτρησης στο σύστημα ελέγχου σε ψηφιακή μορφή. Αυτό σημαίνει ότι αποφεύγονται αξιόπιστα τα σφάλματα μέτρησης που προκαλούνται από απώλεια μετατροπής. Ωστόσο, το IO-Link μπορεί να κάνει περισσότερα.
Lukas Staedler: «Κάθε αισθητήρας CCP πρέπει να ελέγχεται σε ετήσια ή εξαμηνιαία βάση. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας τοποθετούνται σε ένα υγρό με θερμοκρασία αναφοράς και βαθμονομούνται. Βαθμονομούμε τους αισθητήρες θερμοκρασίας μέσω IO-Link.»
Με τον αισθητήρα αγωγιμότητας LDL χρησιμοποιούμε και τις δύο τιμές διεργασίας, τη θερμοκρασία και την αγωγιμότητα, με ένα μόνο καλώδιο. Το ροόμετρο SM μεταβιβάζει στο σύστημα ελέγχου τις τιμές του μετρητή καθώς και την τρέχουσα ταχύτητα χρησιμοποιώντας μία έξοδο καθώς και το IO-Link.»
Απαντώντας στο ερώτημα εάν το IO-Link απλοποιεί την αυτοματοποίηση, ο Lukas Staedler έχει ξεκάθαρη άποψη: «Βασικά, η αυτοματοποίηση σημαίνει περισσότερη προσπάθεια, αλλά το IO-Link παρέχει μία σαφή προστιθέμενη αξία. Επιτρέπει τη μεταφορά πολλών τιμών σήματος με ένα καλώδιο. Αυτό μειώνει το κόστος τοποθέτησης. Ή, όσον αφορά τους αισθητήρες θερμοκρασίας: Η βαθμονόμηση πραγματοποιείται απευθείας στον αισθητήρα και όχι όπως πριν όπου εφαρμόζονταν διορθωτικές τιμές στο σύστημα ελέγχου. Αυτό απλοποιεί τον προγραμματισμό των ελεγκτών. Συνολικά, τα πλεονεκτήματα του IO-Link είναι μακράν μεγαλύτερα.»
Ο αισθητήρας αγωγιμότητας LDL200 αναγνωρίζει αξιόπιστα εάν στις γραμμές υπάρχει φρέσκο νερό ή μέσα καθαρισμού από τη διαδικασία CIP. Ταυτόχρονα μετρά και τη θερμοκρασία και μεταβιβάζει στο σύστημα ελέγχου και τις δύο τιμές μέτρησης μέσω IO-Link.
Οι αισθητήρες πίεσης σειράς PM χρησιμοποιούν την υδροστατική πίεση για να ανιχνεύουν τη στάθμη στη μηχανή μαγειρέματος και στο λουτρό ψύξης.
Το ροόμετρο SM2100 χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της τρέχουσας ταχύτητας ροής καθώς και της συνολικής ποσότητας του τροφοδοτούμενου νερού. Και οι δύο τιμές μεταβιβάζονται στο σύστημα ελέγχου μέσω IO-Link.
Συμπέρασμα
Η staedler είναι εντυπωσιασμένη από τις λύσεις αυτοματισμού που παρέχει η ifm. Ο Lukas Staedler συνοψίζει: «Είμαστε πολύ ικανοποιημένοι με την ifm. Έχουμε χρησιμοποιήσει προϊόντα της ifm και σε προηγούμενα έργα. Ο λόγος είναι ότι η ifm έχει μία ολοκληρωμένη γκάμα αισθητήρων, από επαγωγικούς αισθητήρες, ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα, αισθητήρες θερμοκρασίας, αισθητήρες πίεσης, μέχρι και λύσεις για τη μέτρηση αγωγιμότητας. Εν συντομία: Μπορούμε να καλύψουμε όλες τις ανάγκες μας στο σύστημα με αισθητήρες της ifm. Ένας επιπλέον λόγος είναι η σωστή αναλογία τιμής/απόδοσης. Οι αισθητήρες είναι ιδανικοί για αυτόν τον τύπο συστήματος και είναι οικονομικά προσιτοί. Θα χρησιμοποιήσουμε προϊόντα της ifm και σε μελλοντικά έργα.»
