staedler automation AG - I sensori monitorano un sistema di cottura industriale
Sistema di cottura tipo staedler CK1600, costruito da staedler automation AG. In questo sistema, gli spätzle vengono poi cotti in acqua bollente.
"Spaetzle al dente"
Mettere la pasta nell’acqua bollente, portare a ebollizione, scolarla e il gioco è fatto. Proprio come tutti fanno a casa, il sistema di staedler cuoce gli spaetzle allo stesso modo, ma su scala industriale e viene controllato con precisione dai sensori di ifm, per una qualità del prodotto costantemente alta.
L'azienda staedler automation AG di Henau in Svizzera produce sistemi per l'automazione di processo da oltre 10 anni. Tra le altre cose, costruisce sistemi di cottura completamente automatizzati per l'industria alimentare. Il sistema qui illustrato verrà poi utilizzato dal cliente per cucinare gli spaetzle, un tipo speciale di pasta. Lukas Staedler, amministratore delegato di staedler automation AG, spiega come funziona: "Bisogna immaginarlo come una pentola in continuo funzionamento. Ciò significa che l'impasto crudo viene aggiunto all'inizio della cottura e alimentato attraverso il sistema in un tempo definito, in modo da ottenere alla fine un prodotto cotto alla perfezione. Otteniamo una qualità costante del prodotto grazie a un tempo di cottura definito".
Il prodotto alimentare da cuocere viene trasferito nell’acqua bollente tramite palette. Poiché durante il processo di cottura non c'è praticamente alcun contatto meccanico tra la macchina e il prodotto, questo riduce al minimo i danni al prodotto. Al termine del processo di cottura, il prodotto viene trasferito rapidamente alla zona di raffreddamento attraverso un bordo a cascata. Mettere il prodotto in acqua fredda fa sì che non si scuocia.
"In linea di principio, sistemi come questo possono cucinare qualsiasi cosa che galleggi", sottolinea Lukas Staedler. "In questo impianto specifico, si tratta di prodotti di pasta fresca come ravioli, tortellini o spaetzle. Ma potrebbe trattarsi anche di insaccati o verdure. Nel complesso, questo sistema raggiunge una produzione di 2,5 tonnellate all'ora".
Mantenere le temperature esatte
Mentre a casa vediamo che la temperatura è giusta quando bolle l’acqua, nel processo di cottura industriale la temperatura deve essere mantenuta con molta precisione. Solo in questo modo è possibile fornire la qualità costante del prodotto richiesta dai clienti.
In questo impianto, la temperatura viene misurata in due punti che forniscono i valori di processo più importanti, noti anche come Critical Control Point (CCP). Uno è la temperatura dell'acqua quasi bollente, che in questo caso deve essere esattamente di 95°C. L'altro è la temperatura del bagno di raffreddamento, dove il processo di cottura viene interrotto immediatamente. Due sensori di temperatura garantiscono temperature esatte controllando lo scambiatore di calore.
Figura 1: I sensori di temperatura TA monitorano i valori di temperatura richiesti nel sistema di cottura e nel bagno di raffreddamento. Figura 2: In futuro, staedler utilizzerà il sensore di temperatura TCC che consente intervalli di calibrazione più lunghi. Gli scostamenti dai valori precisi vengono rilevati automaticamente e segnalati tramite un segnale di commutazione e un LED.
staedler si affida ai sensori di temperatura TA2502 di ifm per questi punti critici. Questi sensori hanno un elemento di misura Pt1000 molto preciso e a risposta rapida per un ampio intervallo di temperatura da -50 a 200 °C. I sensori sono inoltre caratterizzati da un'elevata ripetibilità e stabilità a lungo termine, che è un prerequisito per una qualità del prodotto ottimale e costante.
In futuro, staedler prevede di utilizzare i sensori di temperatura TCC di ifm per monitorare questi punti. La particolarità di questo dispositivo è che dispone di due elementi di misura con curve caratteristiche opposte. Ciò significa che gli scostamenti dai valori di precisione vengono riconosciuti immediatamente e segnalati tramite un segnale di allarme e un LED ben visibile sul dispositivo. In questo modo è molto più facile garantire la qualità del prodotto, in quanto la sicurezza della temperatura è garantita in ogni momento tra gli intervalli di calibrazione, a condizione che il sensore non rilevi alcuna deriva e fornisca un segnale di avviso corrispondente.
Con i sensori convenzionali, invece, il giorno successivo alla calibrazione può verificarsi una deviazione o una deriva della temperatura non riconosciuta, che verrebbe rilevata solo con una calibrazione successiva. Nel peggiore dei casi, il prodotto verrebbe richiamato con un conseguente effetto negativo sulla reputazione del produttore.
Monitoraggio della pulizia CIP tramite la conducibilità
Dopo ogni ciclo di produzione, il sistema viene pulito tramite processo CIP. Una pompa separata viene utilizzata per sciacquare le linee di prodotti con detergenti alcalini e acidi. Prima di riprendere la produzione, è necessario risciacquare con acqua pulita.
Il sensore di conducibilità LDL200 di ifm svolge un ruolo decisivo in questo processo: grazie a una precisa misurazione della conducibilità, è in grado di determinare chiaramente se un fluido di pulizia è presente nel tubo e con quale concentrazione. In base al valore misurato, il sistema di controllo sa, ad esempio, se è necessario aggiungere agenti detergenti o se il prelavaggio, il risciacquo intermedio o il risciacquo finale sono stati completati. Al termine della pulizia, è necessario risciacquare con acqua pulita. Il sistema viene rimesso in produzione solo dopo aver raggiunto l'esatto valore di conducibilità dell'acqua di risciacquo. Ciò garantisce una separazione di fase corretta nel processo CIP.
Oltre alla conducibilità, il sensore LDL200 misura anche la temperatura del fluido e la trasmette al sistema di controllo tramite il protocollo di comunicazione IO-Link. Questo serve anche a controllare lo scambiatore di calore in modo che abbia sempre energia sufficiente per mantenere l'acqua bollente alla giusta temperatura.
Livello a colpo d'occhio
Il sistema è dotato di due grandi serbatoi d'acqua: la vasca con l'acqua calda di cottura e il bagno di raffreddamento alla fine del processo. I sensori di pressione che misurano la pressione idrostatica sono installati nel pavimento di entrambe le vasche. I sensori ifm utilizzati hanno un intervallo di pressione ideale compreso tra 100 mbar e 2,5 bar. In questo modo è possibile rilevare e regolare con precisione il livello di riempimento. Così si esclude un traboccamento del serbatoio quando si riempie d'acqua.
Rilevamento dell'ingresso d'acqua
L'acqua si perde durante il processo di cottura. In primo luogo perché il prodotto stesso, in questo caso gli spaetzle, assorbe acqua, e in secondo luogo perché l'acqua fuoriesce sotto forma di vapore. L'acqua deve quindi essere costantemente fornita.
Lukas Staedler: "Utilizziamo il flussimetro magneto-induttivo SM2100 di ifm per regolare il riempimento di acqua fresca. Questo misura continuamente il flusso durante il processo di cottura. Ciò avviene in combinazione con i sensori di livello. Se questi indicano che il livello dell'acqua si sta abbassando, viene aggiunta acqua fresca e il flussimetro determina quanta acqua è stata assorbita dal prodotto o evaporata.
L'acqua viene persa anche durante la rimozione dei fanghi residui. L'acqua usata viene scaricata e viene aggiunta acqua fresca. Ciò avviene in un fattore tempo specificato dalla ricetta. Anche in questo caso, il sensore SM misura la quantità d'acqua rabboccata".
Il flussimetro svolge un ruolo importante anche durante il processo di pulizia, poiché monitora la quantità di acqua fresca utilizzata per il risciacquo. Questo garantisce la trasparenza dell'intero processo di cottura.
Monitoraggio della posizione con sensori induttivi
Sul sistema sono installati anche sensori induttivi per il rilevamento della posizione. Anche se non sono direttamente coinvolti nel processo di cottura, svolgono un'importante funzione di monitoraggio. Il nastro di raffreddamento, utilizzato per prelevare il prodotto ed erogarlo nel bagno di raffreddamento, può essere sollevato dalla vasca con un paranco per la pulizia manuale. Due sensori induttivi rilevano la posizione superiore o inferiore senza contatto. Inoltre si garantisce che il sistema possa avviarsi solo quando il nastro si trova nella corretta posizione inferiore.
Un terzo sensore induttivo è montato sullo scolapasta che viene rimosso per la pulizia manuale. Il sensore controlla se è stato inserito correttamente prima di avviare la produzione.
Figura 1: Il nastro di raffreddamento può essere sollevato con un cavo per la pulizia. I sensori induttivi monitorano le rispettive posizioni finali, superiore e inferiore. Figura 2: Solo quando lo scolapasta è stato reinserito correttamente dopo la pulizia manuale, il sensore induttivo consente di riavviare la produzione.
Comunicazione del sensore tramite IO-Link
Tutti i sensori sono collegati al sistema di controllo tramite IO-Link. Questo protocollo di comunicazione digitale trasmette i valori misurati al sistema di controllo in forma digitale. In questo modo si evitano in modo affidabile gli errori di misura dovuti alle perdite di conversione. Ma IO-Link può fare ancora di più.
Lukas Staedler: "Ogni sensore che sia CCP deve essere controllato annualmente o semestralmente. I sensori di temperatura vengono tenuti in un liquido di riferimento con una temperatura definita e calibrati. Calibriamo i sensori di temperatura tramite IO-Link".
Con il sensore di conducibilità LDL, sfruttiamo la trasmissione di entrambi i valori di processo, temperatura e conducibilità, su un’unica linea. Il flussimetro SM trasmette sia il valore del contatore che la portata attuale al sistema di controllo tramite un'uscita via IO-Link".
Alla domanda se IO-Link semplifichi l'automazione, Lukas Staedler ha un'opinione chiara: "L'automazione è generalmente più complessa, ma IO-Link offre anche un significativo valore aggiunto. Da un lato, più valori di misura di un sensore possono essere trasmessi su una linea. In questo modo si risparmiano i costi di installazione. Oppure diamo un'occhiata ai sensori di temperatura: la calibrazione avviene direttamente sul sensore e non più tramite valori di correzione nel sistema di controllo, come avveniva in passato. Questo semplifica il programma di controllo. Nel complesso, i vantaggi di IO-Link superano chiaramente gli svantaggi".
Il sensore di conducibilità LDL200 rileva in modo affidabile la presenza di acqua pulita o di liquido di pulizia proveniente dal processo CIP nelle tubazioni. Allo stesso tempo, misura anche la temperatura e trasmette entrambi i valori misurati al sistema di controllo tramite IO-Link.
I sensori di pressione PM utilizzano la pressione idrostatica per determinare il livello di riempimento della vasca di cottura e del bagno di raffreddamento.
Sia la portata attuale che il volume totale di acqua erogata vengono rilevati dal flussimetro magneto-induttivo SM2100 e trasmessi al sistema di controllo tramite IO-Link.
Conclusioni
L’azienda staedler è convinta delle soluzioni di automazione di ifm. Lukas Staedler riassume: "Siamo molto soddisfatti di ifm. Abbiamo già utilizzato i prodotti ifm diverse volte in progetti precedenti. Il motivo è che ifm offre un sistema logico di sensori, che va da quelli induttivi a flussimetri magneto-induttivi, dalla misurazione della temperatura, ai sensori di pressione fino alla misurazione della conducibilità. In breve, con i sensori ifm siamo in grado di rilevare tutto in questo impianto. Un'altra ragione è l’ottimo rapporto prezzo-prestazione. I sensori è efficace per impianti di questo tipo ed è al tempo stesso conveniente. Continueremo a fare affidamento su ifm anche per i progetti futuri".
