staedler automation AG – Senzorii monitorizează sistemele industriale de gătit
Raportul aplicației
Sistem de gătit tip staedler CK1600, fabricat de staedler automation AG. Acest sistem va fi utilizat pentru a găti spaetzle.
Spaetzle „al dente”
Se fierbe aluatul în apă fierbinte, se scurge și se răcește cu apă rece, apoi este gata. Cuptorul de spaetzle de la staedler folosește aceeași metodă tradițională pe care o știm cu toții de acasă, dar adaptată la dimensiuni industriale și controlată cu acuratețe cu ajutorul senzorilor de la ifm – pentru a ne asigura că menținem calitatea produsului la un nivel ridicat.
staedler automation AG are sediul în Henau, Elveția și are o experiență de peste 10 ani în producția de sisteme pentru automatizarea proceselor. Pentru industria alimentară, aceștia produc, printre altele, sisteme de gătit complet automatizate. Sistemul ilustrat aici este pentru un client care produce spaetzle, un fel de paste tradiționale, din sudul Germaniei. Lukas Staedler, directorul general al staedler automation AG, explică modul de funcționare a sistemului: „Imaginați-vă o cratiță care este în permanență în mișcare. Acest lucru înseamnă că aluatul proaspăt este încărcat la începutul liniei de gătire și este trecut prin ea pe parcursul unei perioade prestabilite, astfel încât la final să aveți un produs gătit la gradul potrivit. Folosind un timp de gătire prestabilit, asigurăm o calitate constantă a produsului.”
Produsele alimentare care se gătesc sunt transferate în apă fierbinte cu ajutorul unei palete. Întrucât nu există aproape niciun contact mecanic între aparat și produs în timpul procesului de gătire, acest lucru reduce la minimum orice deteriorare a produsului. La terminarea procesului de gătire, produsul este transferat rapid în zona de răcire prin intermediul unei cascade de apă. Această spălare cu apă rece împiedică produsul să se mai gătească.
„În principiu, astfel de sisteme pot găti orice aliment care plutește”, subliniază Lukas Staedler. „În această linie, procesăm paste proaspete, cum ar fi ravioli, tortellini sau, în acest caz, spaetzle. Dar ar putea fi procesate și mezeluri sau legume. Acest sistem atinge o producție de 2,5 tone pe oră”.
Păstrarea temperaturii exacte
Atunci când gătim acasă și vedem că apa începe să fiarbă, știm că aceasta este temperatura corectă, însă în procesele industriale de gătit, temperaturile utilizate trebuie să fie și mai precise. Doar în acest fel este posibilă asigurarea unei calități constante a produsului pe care clientul dorește să o aibă.
În acest sistem, temperatura este măsurată în două puncte care furnizează cele mai importante valori ale procesului, cunoscute și sub numele de puncte critice de control, pe scurt CCP. Unul dintre acestea este temperatura apei care este aproape de punctul de fierbere. În acest caz, trebuie să fie exact 95 °C. Celălalt punct ar fi temperatura băii de răcire în care se oprește procesul de gătire. Doi senzori de temperatură controlează schimbătorul de căldură, asigurând temperaturi exacte.
Imaginea 1: Senzorii de temperatură de tip TA monitorizează valorile de temperatură necesare atât în aparatul de gătit, cât și în baia de răcire. Imaginea 2: Va fi utilizat în viitor de către staedler: Senzorul de temperatură TCC este prevăzut cu automonitorizare, ceea ce înseamnă că intervalele de calibrare pot fi prelungite. Abaterile de acuratețe sunt recunoscute automat și sunt raportate cu ajutorul unui semnal de comutare și al unui LED.
Pentru aceste puncte critice, staedler se bazează pe senzori de temperatură de tip TA2502 de la ifm. Acești senzori au un element de măsurare Pt1000 de mare precizie și cu răspuns rapid, care acoperă o plajă largă de temperaturi, de la -50 până la 200 °C. De asemenea, senzorii au o repetabilitate ridicată și o stabilitate îndelungată în timp, condiții indispensabile pentru o calitate optimă și constantă a produselor.
În viitor, staedler intenționează să utilizeze senzorii de temperatură cu automonitorizare tip TCC de la ifm pentru a monitoriza aceste puncte. Caracteristica specială a acestei unități: Dispune de două elemente de măsurare independente cu caracteristici de temperatură opuse care se contracarează reciproc. Abaterile de precizie sunt astfel recunoscute imediat și semnalizate prin semnale de comutare a alarmei. De asemenea, acestea sunt clar vizualizate prin intermediul unui LED direct pe unitate. Acest lucru simplifică în mod considerabil calitatea fiabilă a produselor, întrucât între intervalele de calibrare, temperatura este în permanență sigură atâta timp cât senzorul nu detectează o abatere pe care o semnalizează ulterior. Cu alți senzori de temperatură industriali pot apărea abateri de temperatură sau o abatere chiar și la o zi după ce a avut loc calibrarea. Acestea nu sunt recunoscute și sunt detectate doar în timpul următoarei calibrări. În cel mai rău caz, se poate ajunge la o retragere a produsului, care este costisitoare și care ar avea un efect negativ asupra reputației producătorului.
Monitorizarea procesului de curățare CIP cu ajutorul conductivității
După fiecare sarcină de producție, sistemul este supus unui proces de curățare CIP. O pompă separată este utilizată pentru a clăti liniile de produse cu agenți de curățare alcalini și acizi. Apoi, acestea sunt clătite cu apă curată înainte de a relua producția. În timpul acestui proces, senzorul de conductivitate ifm LDL200 are un rol important. Pe baza unei măsurători precise a conductivității, este posibil să se confirme dacă linia conține un agent de curățare și la ce concentrație. În funcție de valorile de măsurare, sistemul de control recunoaște, de exemplu, dacă trebuie adăugați alți agenți de curățare sau dacă a avut loc clătirea prealabilă, intermediară și finală. Etapa finală a procesului de curățare este clătirea cu apă curată. Doar în momentul în care este atinsă conductivitatea exactă a apei de clătire finală, sistemul este pornit pentru producție. Acest lucru asigură o separare clară a fazelor în timpul procesului CIP.
Simultan cu conductivitatea, LDL200 măsoară temperatura agentului și transferă valorile prin intermediul protocolului de comunicare IO-Link către sistemul de control. Acest lucru este, de asemenea, utilizat pentru a controla schimbătorul de căldură pentru a garanta că acesta are întotdeauna suficientă energie pentru a regla temperatura apei fierbinți.
Nivelul pe scurt
Sistemul are două rezervoare mari de apă: Baia cu apă caldă și baia de răcire de la sfârșitul procesului. Senzorii de presiune sunt instalați în partea de jos a fiecărui rezervor. Aceștia sunt utilizați pentru a măsura presiunea hidrostatică. Senzorii ifm care sunt utilizați au un interval de presiune ideal între 100 mbar și 2,5 bar. Aceștia determină nivelul exact și sunt utilizați pentru a-l regla. Prin urmare, se poate astfel evita ca rezervorul să se reverse atunci când este reumplut cu apă.
Detectarea alimentării cu apă
Apa se pierde în timpul procesului de gătit. Unul dintre motive constă în faptul că produsul în sine, în acest caz spaetzle, absoarbe apă și, de asemenea, apa scapă sub formă de abur în timpul procesului de gătire. Din aceste motive, trebuie să se adauge apă în mod continuu.
Lukas Staedler: „Folosim aparatul de măsurare cu magnet SM2100 de la ifm pentru a regla reaprovizionarea cu apă proaspătă. Acesta măsoară continuu debitul în timpul procesului de gătire.
Acest lucru are loc în combinație cu senzorii de nivel. Când senzorii de nivel semnalează că nivelul apei scade, se adaugă apă proaspătă, iar debitmetrul determină câtă apă s-a pierdut, fiind fie absorbită de produs, fie sub formă de abur.
Apa se pierde, de asemenea, în timpul îndepărtării nămolului rezidual. Apa uzată este drenată și se adaugă apă proaspătă. Acest lucru are loc în timpul unui interval de timp care este determinat de rețetă. Tot în acest caz, SM este folosit pentru a măsura cantitatea de apă care trebuie adăugată.”
De asemenea, debitmetrul deține un rol important în timpul procesului de curățare, întrucât monitorizează cantitatea de apă proaspătă utilizată pentru clătire. Astfel, acesta oferă transparență pe parcursul întregului proces de gătire.
Monitorizarea poziției cu ajutorul senzorilor inductivi
Pentru detectarea poziției sunt instalați, de asemenea, senzori inductivi. Chiar dacă nu fac parte în mod direct din procesul de gătire, aceștia au o funcție importantă de monitorizare. Banda de răcire cu care produsul este transferat în și din baia de răcire poate fi ridicată din baie cu ajutorul unui elevator în scopul de a fi curățată manual. Pentru detectarea fără contact a poziției de sus și de jos sunt utilizați doi senzori inductivi. Aceștia asigură, de asemenea, că sistemul poate fi repornit numai dacă banda se află în poziția inferioară corectă.
Un al treilea senzor inductiv este montat pe ecranul fantei. Acesta este, de asemenea, îndepărtat pentru curățarea manuală. Senzorul verifică dacă este montată corect, înainte ca producția să poată fi reluată.
Imaginea 1: Banda de răcire poate fi ridicată în scopul curățării cu ajutorul unui scripete. Senzorii inductivi sunt utilizați pentru a detecta poziția superioară și inferioară relevantă. Imaginea 2: După ce ecranul cu fantă a fost curățat manual și repus la locul său, producția poate fi reluată numai după ce a fost eliberat de senzorul inductiv.
Comunicarea cu senzorul prin IO-Link
Toți senzorii sunt conectați la sistemul de control prin IO-Link. Acest protocol de comunicare digitală transferă valorile de măsurare către sistemul de control în formă digitală. Acest lucru înseamnă că erorile de măsurare cauzate de pierderile de conversie sunt evitate în mod fiabil. Cu toate acestea, IO-Link poate face mai mult.
Lukas Staedler: „Fiecare senzor care este un senzor CCP trebuie să fie verificat anual sau semestrial. Senzorii de temperatură sunt plasați într-un lichid cu temperatură de referință și apoi calibrați. Noi calibrăm senzorii de temperatură folosind IO-Link.”
Cu senzorul de conductivitate LDL folosim ambele valori de proces, temperatura și conductivitatea, pe un singur fir. Debitmetrul SM transferă valorile de contorizare, precum și viteza curentă pe o singură ieșire prin IO-Link către sistemul de control.”
Ca răspuns la întrebarea dacă IO-Link simplifică automatizarea, Lukas Staedler are o opinie clară: „Practic, automatizarea înseamnă mai mult efort, dar IO-Link oferă o valoare adăugată incontestabilă. Este posibil să se transfere mai multe valori de semnal pe un singur fir. Acest lucru reduce costurile de montare. Sau dacă ne uităm la senzorii de temperatură: Calibrarea are loc direct pe senzor și nu ca înainte, folosind valori de corecție în sistemul de control. Acest lucru simplifică programarea comenzilor. Per total, avantajele IO-Link sunt de departe mai mari.”
Senzorul de conductivitate LDL200 recunoaște în mod fiabil dacă în linii se află apă limpede sau detergenți de curățare din procesul CIP. În același timp, acesta măsoară și temperatura și transferă ambele valori de măsurare prin IO-Link către sistemul de control.
Senzorii de presiune de tip PM utilizează presiunea hidrostatică pentru a detecta nivelul din aragaz și din baia de răcire.
Dispozitivul de măsurare a magnetismului SM2100 este utilizat pentru a detecta viteza curentă a debitului, precum și cantitatea totală de apă de alimentare. Ambele valori sunt transferate cu ajutorul IO-Link către sistemul de control.
Concluzie
staedler este convins de soluțiile de automatizare oferite de ifm. Lukas Staedler rezumă: „Suntem foarte mulțumiți de ifm. Am folosit soluțiile ifm și în cadrul unor proiecte anterioare. Motivul este acela că ifm dispune de o gamă completă de senzori, de la senzori inductivi, magnetometre, senzori de temperatură, senzori de presiune până la senzori pentru măsurarea conductivității. Pe scurt: Cu ajutorul senzorilor ifm putem satisface toate nevoile noastre din sistem. Un alt motiv este acela că raportul preț-performanță este corect. Senzorii corespund pentru acest tip de sistem și sunt, de asemenea, la prețuri accesibile. Vom folosi ifm și pentru proiectele viitoare.”
