staedler automation AG – 感測器監控工業烹飪系統
staedler automation AG 製造的 staedler CK1600 型號烹飪系統。該系統將用於烹飪德國雞蛋麵疙瘩。
嚼勁十足的德國雞蛋麵疙瘩
將生面團在熱水中煮熟，瀝乾，然後過冷水備用。staedler 的德國雞蛋麵疙瘩烹飪設備使用的烹飪方法與家常方法相同，但其採用的是工業級尺寸，並使用 ifm 感測器進行準確控制，從而確保食品品質保持高水準。
staedler automation AG 位於瑞士 Henau，擁有超過 10 年的流程自動化系統製造經驗。 針對食品行業，他們也生產全自動烹飪系統。圖中所示的系統專為烹飪德國雞蛋麵疙瘩的客戶提供。德國雞蛋麵疙瘩是一種特別的德國南方麵食。staedler automation AG 執行長 Lukas Staedler 在解釋該系統的工作原理時說道：「想像一下燉鍋在持續工作。這就意味著需要在烹飪生產線的開始位置放入新鮮的生面團，然後在確定的時間內通過，最終得到烹飪得當的食品。我們使用明確的烹飪時間，可以確保穩定的食品品質。」
烹飪的食物透過槳葉轉移到熱水中。由於在烹飪過程中，機器與食品幾乎沒有任何機械接觸，因此可以最大限度地減少食品的損壞。在烹飪過程最後，食物會透過瀑布邊緣快速傳遞到冷卻區。在這裡，食物使用冷水焯水後，不再進一步烹飪。
「原則上，這類系統可以用於烹飪任何會浮起的食物。」Lukas Staedler 強調道，「在這樣的特定生產線中，我們可以處理新鮮的麵食，例如意大利餃、意大利餛飩以及這裡的德國雞蛋麵疙瘩。但也可以加工冷鮮肉類或蔬菜。該系統的產出可達每小時 2.5 噸。」
維持精確的溫度
當在家烹飪並看到水開始沸騰時，我們便知道溫度對了，但是在工業烹飪流程中，溫度需要更準確。 只有這樣，才能為客戶提供所需的穩定食品品質。
在此系統中，在兩個點測量溫度，從而提供最重要的過程值，即所謂的臨界控制點，簡稱 CCP。其中一個是接近沸騰的水的溫度。此時，溫度必須精確達到 95°C。另一個則是烹飪流程停止時冷卻槽的溫度。兩個溫度感測器透過控制熱交換器，確保精確的溫度。
照片 1：TA 型溫度感測器監控烹飪設備以及冷卻槽中所需的溫度值。照片 2：staedler 未來將使用：TCC 型溫度感測器可進行自我監控，這意味著可以延長校準間隔。它能自動辨識準確度偏差並透過開關信號和 LED 傳送相應信號。
對於這些臨界點，staedler 使用 ifm 的 TA2502 型溫度感測器來監控。這些感測器準確性高、反應快，並採用 Pt1000 測量元件，溫度範圍為 -50 … 200 °C。此外，這些感測器的重複性也很高，並具有出色的長期穩定性，這些是穩定且理想的食品品質的先決條件。
未來，staedler 計劃使用 ifm 的 TCC 型自監控溫度感測器來監控這些測量點。此裝置的特點為：有兩個獨立測量元件，具有相互中和的相反溫度特性。因此，可以立即辨識準確度偏差，並透過警報開關信號傳送訊息。也可直接透過裝置上的 LED 清晰查看。這極大地簡化了可靠食品品質的實現，因為在校準間隔之間，只要未偵測到溫漂，溫度就始終是安全的，而偵測到溫漂即會發出相應信號。而其他工業級溫度感測器甚至會在校準後的一天內就出現溫度偏差或溫漂。並且，這類問題僅在下次校準時才會被發現。更糟的情況是，製造商必須進行代價高昂的產品召回，聲譽也受到負面影響。
透過導電率監控 CIP 清潔流程
每次生產完成後，系統都需進行 CIP 清潔。生產線借助獨立的泵並使用鹼性和酸性清潔劑沖洗，然後再使用清水沖洗，之後才能重新開始生產。在此過程中，ifm 導電率感測器 LDL200 發揮重要作用。透過精確的導電率測量，可以確認生產線是否含有清潔劑並確定清潔劑的濃度。而根據測量值，控制系統可以辨識是否需要添加更多的清潔劑以及是否完成了預沖洗、中間階段沖洗以及最終沖洗。最終沖洗階段使用清水進行。只有在準確達到最終沖洗水的導電率時，系統才可以投入生產。這樣可確保 CIP 流程期間清晰的相分離。
在測量導電率的同時，LDL200 還可測量介質溫度，並透過 IO-Link 通信協定將測量值傳送至控制系統。 它也可用於控制熱交換器，從而確保其始終有足夠的能量來調節沸水的溫度。
液位一目了然
系統有兩個大水槽：熱水槽以及流程末端的冷卻槽。每個水槽底部都裝有壓力感測器，它們用於測量靜壓。所使用的 ifm 感測器可以提供理想的壓力範圍：100 mbar … 2.5 bar。它們可確定精確的液位並用於進行相應的調節。因此，可以避免在重新註水時水槽發生溢流。
偵測水供應
烹飪過程中水會流失。 一大原因是食品本身，這裡是指德國雞蛋麵疙瘩，會吸收水分，另外在烹飪過程中水也會以水蒸汽的形式蒸發。因此，必須不斷補充供水。
Lukas Staedler：「我們使用 ifm 的 SM2100 電磁流量計來調節水的補給。它可在烹飪過程中持續測量流量。
流量測量還在液位感測器的配合下進行。 當液位感測器發出液位下降信號時，將補充清水，同時流量計確定流失的水量：食品吸收的水量以及以水蒸汽的形式蒸發的水量。
在棄置殘渣時水同樣會流失。用過的水排走，清水補給進來。該過程根據由配方確定的時間進行。同樣，在該過程中，會使用 SM 來測量需要添加的水量。」
流量計在清潔過程中亦發揮重要作用，因為它監控用於沖洗的水量。這樣一來，整個烹飪過程就更加透明。
使用電感式感測器進行位置監控
用於位置偵測的電感式感測器亦進行了安裝。儘管它們不是烹飪流程的直接組成部分，但卻發揮著重要的監控作用。用於向/從冷卻槽傳遞食品的冷卻帶可以使用相應的提升裝置從冷卻槽中提出，從而進行手動清潔。 共使用兩個電感式感測器對頂部和底部位置進行非接觸式偵測。它們還可確保系統僅在冷卻帶處於正確的低位時才能重新啟動。
另有第三個電感式感測器安裝在開槽篩中。它也可拆下手動清潔。此感測器可在恢復生產前，檢查其安裝是否正確。
照片 1：冷卻帶可使用滑輪吊出，以進行清潔。電感式感測器用於偵測相關的頂部和底部位置。照片 2：手動清潔開槽篩並歸位後，只有在得到電感式感測器的確認後方可恢復生產。
感測器使用 IO-Link 進行通信
所有感測器均透過 IO-Link 連接至控制系統。此數位通信協定可將測量值以數位形式傳輸至控制系統。這意味著能可靠避免轉換損失所造成的測量錯誤。然而，IO-Link 的優點不限於此。
Lukas Staedler：「每個屬於 CCP 感測器的感測器均需每半年或每年檢查一次。溫度感測器放置在參考溫度液體中進行校準。我們使用 IO-Link 來校準溫度感測器。」
利用 LDL 導電率感測器，我們可以透過單一線纜得到兩個過程值：溫度和導電率。SM 電磁流量計可透過 IO-Link 利用一個輸出將計數值以及當前流速傳送至控制系統。
在回答 IO-Link 是否會簡化自動化的問題時，Lukas Staedler 的觀點非常明確：「通常自動化意味著需要付諸更多的努力。但 IO-Link 帶來了明顯的增值。利用一條線纜即可傳輸多個信號值。這可以節省安裝成本。或者，我們可以看看溫度感測器：校準直接在感測器上進行，而以前需要使用控制系統的校正值進行校準。這簡化了控制系統的程式設計。總而言之，IO-Link 目前帶來的優勢尤其顯著。」
LDL200 型導電率感測器能可靠地辨識生產線中所含的是清水還是 CIP 流程中的清潔劑。同時，它還能測量溫度，並透過 IO-Link 將兩個測量值傳輸至控制系統。
PM 型壓力感測器利用靜壓偵測烹飪設備及冷卻槽中的液位。
SM2100 型電磁流量計用於偵測目前的流速以及總供水量。這兩個值均使用 IO-Link 傳輸至控制系統。
結論
staedler 被 ifm 提供的自動化解決方案所折服。Lukas Staedler總結道：「我們對 ifm 非常滿意。我們在早前的專案中也使用了 ifm。因為 ifm 有全面的感測器概念，包括電感式感測器、電磁流量計、溫度感測器、壓力感測器，以及導電率測量產品。總而言之：ifm 的感測器產品可以滿足我們系統的所有要求。更深層的原因則是 ifm 產品的性價比很高。這些感測器非常適合這類系統，而且價格實惠。在未來的專案中，我們也會繼續使用 ifm。」
