staedler automation AG – Senzorji nadzirajo industrijske kuhalne sisteme
Kuhalni sistem tipa staedler CK1600 proizvajalca Staedler automation AG. Ta sistem bo uporabljen za kuhanje spätzlov.
Spätzli »al dente«
Testo skuhamo v vroči vodi, odcedimo in osvežimo s hladno vodo. Kuhalnik spätzlov blagovne znamke staedler uporablja isto metodo, ki jo vsi poznamo od doma, vendar z industrijskimi dimenzijami, natančno nadzorovanimi s pomočjo senzorjev podjetja ifm, s čimer se želi zagotoviti, da kakovost izdelka ostane na visoki ravni.
Podjetje staedler automation AG ima sedež v Henauu v Švici in ima več kot 10 let izkušenj s proizvodnjo sistemov za avtomatizacijo procesov. Za živilsko industrijo izdelujejo tudi popolnoma avtomatizirane kuhalne sisteme. Tukaj prikazani sistem je za stranko, ki izdeluje spätzle, posebne južnonemške testenine. Lukas Staedler, izvršni direktor podjetja staedler automation AG, pojasnjuje, kako sistem deluje: »Predstavljati si morate ponev, ki nenehno kuha. To pomeni, da je sveže testo naloženo na začetku kuhalne linije in poteka skozi postopek določeno obdobje tako, da imate na koncu izdelek, ki je skuhan do prave stopnje. Z definiranim časom kuhanja zagotavljamo stalno kakovost izdelkov.«
Živilo, ki se kuha, je z lopatko preneseno v vročo vodo. Ker med postopkom kuhanja skoraj ni mehanskih stikov med strojem in izdelkom, je možnost poškodovanja izdelka minimalna. Na koncu postopka kuhanja se izdelek hitro prelije preko roba v hladilno cono. To blanširanje s hladno vodo prepreči nadaljnje kuhanje izdelka.
»Načeloma lahko takšni sistemi kuhajo vse, kar plava,« poudarja Lukas Staedler. »V tej specifični liniji predelujemo sveže testenine, kot so ravioli, tortelini ali v tem primeru spätzli. Lahko pa tudi narezke ali zelenjavo. Ta sistem doseže proizvodnjo 2,5 tone izdelka na uro.
Ohranjanje natančne temperature
Ko kuhamo doma in vidimo, da voda začne vreti, vemo, da je to prava temperatura, vendar pa morajo biti pri industrijskih postopkih kuhanja uporabljene temperature natančnejše. Le na ta način je mogoče zagotoviti stalno kakovost izdelkov, ki jih zahteva kupec.
V tem sistemu se temperatura meri na dveh točkah, ki zagotavljata najpomembnejše procesne vrednosti, znane tudi kot kritične kontrolne točke, na kratko CCP ali Critical Control Points. Ena je temperatura vode, ki skoraj vre. V tem primeru mora to biti natanko 95°C. Druga je temperatura hladilne kopeli, kjer se proces kuhanja ustavi. Dva temperaturna senzorja nadzorujeta toplotni izmenjevalnik in zagotavljata točne temperature.
Slika 1: Temperaturni senzorji tipa TA spremljajo zahtevane vrednosti temperature v kuhalniku kot tudi v hladilni kopeli. Slika 2: staedler bo v prihodnosti uporabljal: senzor temperature TCC je samonadzorovan, kar pomeni, da se lahko intervali umerjanja podaljšajo. Odstopanja v točnosti se samodejno prepoznajo in signalizirajo s preklopnim signalom in LED-lučko.
Za te kritične točke se pri staedler zanašajo na temperaturne senzorje tipa TA2502 podjetja ifm. Ti senzorji imajo zelo natančen, hitro odziven merilni element Pt1000, ki pokriva široko temperaturno območje od –50 do 200°C. Senzorji imajo tudi visoko ponovljivost in dolgotrajno stabilnost, kar sta predpogoja za optimalno in stabilno kakovost izdelka.
Pri staedler nameravajo v prihodnosti za nadzor teh točk uporabiti samonadzorovane temperaturne senzorje tipa TCC podjetja ifm. Posebnost te enote: Ima dva neodvisna merilna elementa z nasprotujočima si temperaturnima karakteristikama, ki delujeta drug proti drugemu. Odstopanja v točnosti so tako takoj prepoznana in signalizirana z alarmnimi preklopnimi signali. Prav tako so jasno prikazana z LED-lučko neposredno na enoti. To močno poenostavi zanesljivo kakovost izdelka, saj je med intervali umerjanja temperatura ves čas varna, dokler senzor ne zazna odstopanja, ki ga nato signalizira. Pri drugih industrijskih temperaturnih senzorjih lahko pride do odstopanj v temperaturi ali odmika celo en dan po opravljenem umerjanju. Niso prepoznana in so zaznana šele med naslednjim umerjanjem. V najslabšem primeru bi sledil drag odpoklic izdelka, kar bi negativno vplivalo na ugled proizvajalca.
Spremljanje postopka čiščenja CIP s prevodnostjo
Po vsakem proizvodnem polnjenju je sistem podvržen postopku CIP-čiščenja. Za izpiranje proizvodnih linij z alkalnimi in kislimi čistilnimi sredstvi se uporablja ločena črpalka. Pred ponovnim zagonom proizvodnje se nato sperejo s čisto vodo. Med tem procesom ima senzor prevodnosti LDL200 podjetja ifm pomembno vlogo. Na podlagi natančne meritve prevodnosti je možno potrditi, ali vod vsebuje čistilno sredstvo in v kakšni koncentraciji. Glede na merilne vrednosti krmilni sistem na primer prepozna, ali je treba dodati čistilno sredstvo ali, če je bilo opravljeno predhodno, vmesno in končno izpiranje. Končna faza postopka čiščenja je izpiranje s čisto vodo. Šele ko je dosežena natančna prevodnost vode za končno izpiranje, se sistem odobri za proizvodnjo. To zagotavlja jasno ločitev faz med postopkom CIP.
LDL200 hkrati s prevodnostjo meri temperaturo medija in vrednosti prenaša s pomočjo komunikacijskega protokola IO-Link v krmilni sistem. To se uporablja tudi za krmiljenje izmenjevalnika toplote, da se zagotovi, da ima vedno dovolj energije za uravnavanje temperature vrele vode.
Kontroliranje nivoja na enem mestu
Sistem ima dva velika rezervoarja za vodo: Kopel z vročo vodo in hladilna kopel na koncu postopka. Tlačni senzorji so nameščeni na dnu vsakega rezervoarja. Uporabljajo se za merjenje hidrostatičnega tlaka. Uporabljeni senzorji ifm imajo idealno območje tlaka od 100 mbar do 2,5 bar. Določajo natančno raven in se uporabljajo za njeno uravnavanje. Tako se je mogoče izogniti prelivanju rezervoarja, ko ga ponovno napolnite z vodo.
Zaznavanje oskrbe z vodo
Med kuhanjem se izgublja voda. Eden od razlogov je ta, da sam izdelek, v tem primeru spätzli, absorbira vodo, prav tako pa voda med kuhanjem uhaja v obliki pare. Zaradi teh razlogov je treba vodo stalno dodajati.
Lukas Staedler: »Za reguliranje dodajanja sveže vode uporabljamo magmeter SM2100 podjetja ifm. Med postopkom kuhanja nenehno meri pretok.
To pa se izvaja v sodelovanju s senzorji nivoja. Ko senzorji nivoja signalizirajo, da se nivo vode znižuje, se doda sveža voda in merilnik pretoka ugotovi, koliko vode je bilo izgubljeno, ker jo je absorbiral izdelek ali v obliki pare.
Voda se izgublja tudi pri odstranjevanju ostankov blata. Rabljena voda je odlita in dodana je sveža. To poteka v času, ki ga določa recept. Tudi v tem primeru se SM uporablja za merjenje količine vode, ki jo je treba dodati.«
Merilnik pretoka ima tudi pomembno vlogo med postopkom čiščenja, saj spremlja količino sveže vode, porabljene za izpiranje. S tem zagotavlja preglednost skozi celoten proces kuhanja.
Nadzor položaja z induktivnimi senzorji
Vgrajeni so tudi induktivni senzorji za zaznavanje položaja. Čeprav niso neposredno del procesa kuhanja, imajo pomembno nadzorno funkcijo. Hladilni transportni trak, s katerim se izdelek prenaša v hladilno kopel in iz nje, lahko za ročno čiščenje dvignete iz kopeli z dvigalom. Dva induktivna senzorja se uporabljata za brezkontaktno zaznavanje zgornjega in spodnjega položaja. Zagotavljajo tudi, da je sistem mogoče znova zagnati le, če je transportni trak v pravilnem nižjem položaju.
Tretji induktivni senzor je nameščen na zaslonu reže. Tudi ta se odstrani za namene ročnega čiščenja. Senzor preveri, ali je pravilno nameščen, preden se lahko proizvodnja nadaljuje.
Slika 1: Hladilni transportni trak lahko za namene čiščenja dvignete s škripcem. Induktivni senzorji se uporabljajo za zaznavanje ustreznega zgornjega in spodnjega položaja. Slika 2: Ko je zaslon reže ročno očiščen in vrnjen na svoje mesto, se lahko proizvodnja nadaljuje šele, ko jo odobri induktivni senzor.
Senzorska komunikacija s pomočjo IO-Link
Vsi senzorji so povezani s krmilnim sistemom preko IO-Link. Ta digitalni komunikacijski protokol prenaša merilne vrednosti v krmilni sistem v digitalni obliki. To pomeni, da se zanesljivo izognemo napakam pri meritvah, ki jih povzroči izguba pretvorbe. Vendar pa IO-Link zmore veliko več.
Lukas Staedler: »Vsak senzor, ki je senzor CCP, je treba preveriti enkrat letno ali na šest mesecev. Temperaturni senzorji so postavljeni v tekočino z referenčno temperaturo in umerjeni. Temperaturne senzorje se umerjajo s pomočjo protokola IO-Link.«
S senzorjem prevodnosti LDL uporabljamo obe procesni vrednosti, temperaturo in prevodnost, preko ene žice. Merilnik pretoka SM prenaša vrednosti števca kot tudi trenutno hitrost prek enega izhoda preko IO-Link v krmilni sistem.«
Na vprašanje, ali IO-Link poenostavlja avtomatizacijo, ima Lukas Staedler jasen odgovor: »V bistvu avtomatizacija pomeni več truda, vendar IO-Link zagotavlja določeno dodano vrednost. Po eni žici je mogoče prenesti več signalnih vrednosti. To prihrani stroške montaže. Ali če pogledamo temperaturne senzorje: Umerjanje poteka neposredno na senzorju in ne kot prej z uporabo korektivnih vrednosti v krmilnem sistemu. To poenostavi programiranje krmilnikov. Skratka, prednosti protokola IO-Link so daleč večje.«
Senzor prevodnosti LDL200 zanesljivo prepozna, ali so v vodih čista voda ali detergenti za čiščenje iz postopka CIP. Hkrati meri tudi temperaturo in prenaša obe merilni vrednosti preko IO-Link v krmilni sistem.
Senzorji tlaka tipa PM uporabljajo hidrostatični tlak za zaznavanje nivoja v kuhalniku in hladilni kopeli.
Magmeter SM2100 se uporablja za zaznavanje trenutne hitrosti pretoka kot tudi celotne količine dovajanja vode. Obe vrednosti se preko IO-Link preneseta v krmilni sistem.
Zaključek
Podjetje staedler so prepričale rešitve avtomatizacije, ki jih ponuja ifm. Lukas Staedler povzema: »S podjetjem ifm smo zelo zadovoljni. Podjetje ifm smo uporabili tudi v prejšnjih projektih. Razlog je v tem, da ima ifm celovit koncept senzorjev, od induktivnih senzorjev, magmetrov, temperaturnih senzorjev, senzorjev tlaka do merjenja prevodnosti. Na kratko: S senzorji ifm lahko pokrijemo vse naše sistemske potrebe. Nadaljnji razlog je, da je razmerje med ceno in zmogljivostjo pravo. Senzorji so smiselni za to vrsto sistema in so tudi cenovno dostopni. Podjetje ifm bomo uporabljali tudi za prihodnje projekte.«
