Staedler automation AG – Sensorer overvåker industrielle kokesystemer
Bruksrapport
Matlagingssystem type staedler CK1600, produsert av Staedler Automation AG. Dette systemet vil bli brukt til å tilberede spaetzle som er en type eggnudler.
Spaetzle (eggnudler) „al dente“
Kok deigen i varmt vann, tøm og frisk opp med kaldt vann, klar. Spaetzle-komfyren fra Staedler bruker den samme metoden som vi alle kjenner hjemmefra, men med industrielle dimensjoner, nøyaktig kontrollert ved hjelp av sensorer fra ifm – for å sikre at produktkvaliteten forblir på et høyt nivå.
Staedler automation AG ligger i Henau, Sveits og har over 10 års erfaring med produksjonssystemer for prosessautomatisering. For næringsmiddelindustrien produserer de også helautomatiske kokesystemer. Systemet illustrert her er for en kunde som lager spaetzle, en spesiell sørtysk pasta. Lukas Staedler, Administrerende direktør i Staedler Automation AG, forklarer hvordan systemet fungerer: "Du må forestille deg en gryte som er kontinuerlig på. Det betyr at den ferske deigen fylles i begynnelsen av kokelinjen og føres gjennom i løpet av en definert periode, slik at du til slutt har et produkt som er tilberedt i riktig grad. Ved å bruke en definert tilberedningstid sikrer vi konstant produktkvalitet."
Produktet som tilberedes overføres til varmt vann ved hjelp av en skraper. Siden det knapt er noen mekaniske kontakter mellom maskinen og produktet under tilberedningsprosessen, minimerer dette eventuelle skader på produktet. På slutten av tilberedningsprosessen overføres produktet raskt over en fossekant til kjølesonen. Denne blancheringen med kaldt vann hindrer produktet i å koke videre.
"I prinsippet kan systemer som dette tilberede alt som flyter" understreker Lukas Staedler. " I denne spesifikke linjen behandler vi fersk pasta som ravioli, tortellini eller i dette tilfellet spaetzle. Men det kan også være kjøttpålegg eller grønnsaker. Dette systemet når en produktytelse på 2,5 tonn per time".
Opprettholde den nøyaktige temperaturen
Når du lager mat hjemme og du ser at vannet begynner å koke, vet du at dette er riktig temperatur, men i industrielle kokeprosesser må temperaturene være mer nøyaktige. Bare på denne måten er det mulig å levere den konstante produktkvaliteten kunden krever.
I dette systemet måles temperaturen på to punkter som gir de viktigste prosessverdiene også kjent som kritiske kontrollpunkter, kort sagt CCP. Det ene er temperaturen på vannet som nesten koker. I dette tilfellet må det være nøyaktig 95 °C. Det andre er temperaturen på kjølebadet der tilberedningsprosessen stoppes. To temperatursensorer styrer varmeveksleren og sikrer nøyaktige temperaturer.
Illustrasjon 1: Temperatursensorer type TA overvåker de nødvendige temperaturverdiene i kokeren så vel som i kjølebadet. Illustrasjon 2:Vil bli brukt i fremtiden av Staedler: Temperatursensoren TCC er selvovervåkende, noe som betyr at kalibreringsintervallene kan forlenges. Avvik i nøyaktighet gjenkjennes automatisk og signaliseres ved hjelp av et svitsjesignal og LED-lys.
For disse kritiske punktene er Staedler avhengig av temperatursensortypen TA2502 fra ifm. Disse sensorene har et svært nøyaktig, Pt1000-måleelement med raskt respons som dekker et bredt temperaturområde på -50 - 200 °C. I tillegg har sensorene høy repeterbarhet og langtidsstabilitet som er forutsetninger for optimal og stabil produktkvalitet.
I fremtiden planlegger Staedler å bruke de selvovervåkende temperatursensorene type TCC fra ifm for å overvåke disse punktene. Den spesielle egenskapen til denne enheten: Den har to uavhengige måleelementer med motsatte temperaturegenskaper som motvirker hverandre. Avvik i nøyaktighet gjenkjennes dermed umiddelbart og signaliseres av alarmsignaler. De er også tydelig visualisert via et LED-lys direkte på enheten. Dette forenkler pålitelig produktkvalitet enormt, da temperaturen mellom kalibreringsintervallene er sikker til enhver tid så lenge sensoren ikke registrerer en drift som den deretter signaliserer. Med andre industrielle temperatursensorer kan avvik i temperatur eller en drift forekomme selv en dag etter at kalibreringen har funnet sted. De gjenkjennes ikke og oppdages bare ved neste kalibrering. I verste fall vil det være en dyr produkttilbakekalling som vil ha en negativ innvirkning på produsentens omdømme.
Overvåking av CIP-rengjøringsprosessen med ledningsevne
Etter hver produksjonslading gjennomgår systemet en CIP-rengjøringsprosess. En separat pumpe brukes til å skylle produktlinjene med alkaliske og sure rengjøringsmidler. De skylles deretter med rent vann før produksjonen startes på nytt. Under denne prosessen er spiller ifms konduktivitetssensor LDL200 en viktig rolle. Basert på nøyaktig konduktivitetsmåling er det mulig å bekrefte om slangen inneholder et rengjøringsmiddel og i hvilken konsentrasjon. I henhold til måleverdiene gjenkjenner kontrollsystemet f.eks. om ytterligere rengjøringsmidler skal tilsettes eller om for-, mellom- og sluttskylling har funnet sted. Det siste trinnet i rengjøringsprosessen er å skylle med rent vann. Først når den nøyaktige ledningsevnen til det endelige skyllevannet er nådd, frigjøres systemet for produksjon. Dette sikrer klar faseseparasjon under CIP-prosessen.
Samtidig med konduktiviteten måler LDL200 middeltemperaturen og overfører verdiene ved hjelp av kommunikasjonsprotokollen IO-Link til kontrollsystemet. Dette brukes også til å kontrollere varmeveksleren for å sikre at den alltid har tilstrekkelig energi til å regulere temperaturen på det kokende vannet.
Overblikk over nivå
Systemet har to store vanntanker: Badet med varmt vann og kjølebadet på slutten av prosessen. Trykksensorer er installert på bunnen av hver tank. De brukes til å måle det hydrostatiske trykket. Ifm-sensorene som brukes har et ideelt trykkområde på 100 mbar ... 2,5 bar. De bestemmer det nøyaktige nivået og brukes til å regulere det. Det er derfor mulig å unngå at tanken renner over når den fylles med vann.
Deteksjon av vanntilførsel
Vann går tapt under kokeprosessen. En grunn er at selve produktet, i dette tilfellet spaetzle, absorberer vann, og også vann slipper ut i form av damp under kokeprosessen. Av disse grunnene må vann tilsettes kontinuerlig.
Lukas Staedler: "Vi bruker den elektromagnetiske måleren SM2100 fra ifm til å regulere påfyllingen av ferskvann. Den måler kontinuerlig strømningen under kokeprosessen.
Dette skjer i samarbeid med nivåsensorer. Når nivåsensorene signaliserer at vannivået avtar, tilsettes ferskvann og strømningsmåleren bestemmer hvor mye vann som har gått tapt, etter å ha blitt absorbert av produktet eller som damp.
Vann går også tapt under fjerning av restslam. Brukt vann tappes av og ferskvann tilsettes. Dette skjer i løpet av en tidsfaktor som bestemmes av oppskriften. Også i dette tilfellet brukes SM til å måle mengden vann som skal tilsettes."
Strømningsmåleren spiller også en viktig rolle under rengjøringsprosessen, da den overvåker mengden ferskvann som brukes til skylling. Dermed gir det gjennomsiktighet gjennom hele prosessen.
Posisjonsovervåking med induktive sensorer
Induktive sensorer for posisjonsdeteksjon er også installert. Selv om de ikke er en direkte del av prosessen, har de en viktig overvåkingsfunksjon. Kjølebåndet som produktet overføres til og fra kjølebadet med, kan løftes ut av badet ved hjelp av en lift for å rengjøres manuelt. To induktive sensorer brukes for kontaktløs deteksjon av topp- og bunnposisjon. De sørger også for at systemet bare kan startes på nytt hvis båndet er i riktig nedre posisjon.
En tredje induktiv sensor er montert på spalteskjermen. Dette fjernes også for manuell rengjøring. Sensoren kontrollerer om den er riktig montert før produksjonen kan gjenopptas.
Illustrasjon 1: Kjølebåndet kan løftes ut for rengjøringsformål ved hjelp av en trinse. Induktive sensorer brukes til å detektere den relevante øvre og nedre posisjonen. Illustrasjon 2:Etter at spalteskjermen har blitt rengjort manuelt og returnert på plass, kan produksjonen bare gjenopptas etter at den har blitt utløst av den induktive sensoren.
Sensorkommunikasjon ved hjelp av IO-Link
Alle sensorer er koblet til kontrollsystemet via IO-Link. Denne digitale kommunikasjonsprotokollen overfører måleverdiene til kontrollsystemet i digital form. Dette betyr at målefeil forårsaket av konverteringstap unngås på en pålitelig måte. Imidlertid kan, IO-Link gjøre mer.
Lukas Staedler: "Hver sensor som er en CCP-sensor, må kontrolleres på årlig eller halvårlig basis. Temperatursensorene plasseres i en referansetemperaturvæske og kalibreres. Vi kalibrerer temperatursensorer ved hjelp av IO-Link."
Med konduktivitetssensoren LDL bruker vi både prosessverdier, temperatur og konduktivitet over en enkelt ledning. Strømningsmåleren SM overfører tellerverdiene samt strømhastigheten over én utgang via IO-Link til styresystemet."
Som svar på spørsmålet om IO-Link forenkler automatisering, har Lukas Staedler en klar mening: "I utgangspunktet betyr automatisering mer innsats, men IO-Link gir en klar merverdi. Det er mulig å overføre flere signalverdier over én ledning. Det sparer monteringskostnader. Eller hvis vi ser på temperatursensorene: Kalibrering skjer direkte på sensoren og ikke som før ved bruk av korrigerende verdier i kontrollsystemet. Dette forenkler programmeringen av kontrollene. Alt i alt er fordelene med IO-Link langt større."
Konduktivitetssensoren LDL200 registrerer pålitelig om det er klart vann eller rengjøringsmidler fra CIP-prosessen i slangene. Samtidig måler den også temperaturen og overfører begge måleverdiene ved hjelp av IO-Link til kontrollsystemet.
Trykksensorer type PM bruker det hydrostatiske trykket til å detektere nivået i kokeren og kjølebadet.
Den elektromagnetiske måleren SM2100 brukes til å detektere strømningshastigheten samt den totale mengden tilførselsvann. Begge verdiene overføres ved hjelp av IO-Link til kontrollsystemet.
Avslutning
Staedler er overbevist av automatiseringsløsningene som leveres av ifm. Lukas Staedler oppsummerer: “Vi er veldig fornøyde med ifm. Vi har også brukt ifm i tidligere prosjekter. Årsaken er at ifm har et omfattende sensorkonsept, fra induktive sensorer, elektromagnetiske målere, temperatursensorer, trykksensorer til konduktivitetsmåling. Kort sagt: Vi kan dekke alle våre behov i systemet med ifm-sensorer. En annen grunn er at pris/ytelsesforholdet er riktig. Sensorene er fornuftige for denne typen systemer og er også rimelige. Vi vil også bruke ifm til fremtidige prosjekter."
