Új típusú IP69K védettségű érzékelők élelmiszer-, ital- és gyógyszeripari feldolgozósorokhoz

Az élelmiszer-, ital- és gyógyszerfeldolgozásban kötelező a higiéniai eljárások betartása. Mint minden Ipar 4.0-s rendszernél, ezeknél a feldolgozósoroknál is elengedhetetlen a magas szintű automatizálás, amely a célfeladatokra beállított nagyszámú érzékelő segítségével valósítható meg.

Ez azt jelenti, hogy olyan környezetálló, IP69K védettségű érzékelőket kell használni, amelyek ellenállnak a nagynyomású lemosásoknak és a rendszeres helyben tisztítási (CIP, clean-in-place) eljárásoknak, biztosítva ezzel a higiénikus működési környezet fenntartását és a hatékony működést.

Az IP69K minősítés mellett az ilyen felhasználási területeken használt érzékelőknek gyakran olyan anyagokból kell készülniük, amelyek megfelelnek az Amerikai Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága (FDA, Food and Drug Administration) előírásainak, mint például az SAE 360 L rozsdamentesacél-ötvözet, amely rendkívül korrózióálló, és jól tűri a rendszeres helyben tisztítási eljárásokat. Más felhasználási területeken az FDA által elfogadott minőségű műanyagból készült ház vagy burkolat is megfelelő.

Ez a cikk a DIN 40050-9 szabványban meghatározott IP69K védettségi követelmények tárgyalásával kezdődik, áttekinti az FDA-előírásoknak megfelelő különböző rozsdamentes acélok, köztük a SAE 200, 300 és 400 sorozat tulajdonságait, és megvizsgálja a rendelkezésre álló FDA-minősítésű műanyagokat, illetve azt, hogy azok milyen esetekben használhatók.

Ezután bemutatja a Banner Engineering néhány új érzékelőjét, amelyek kifejezetten élelmiszer-, ital- és gyógyszeripari feldolgozósorokon való használatra készültek, és néhány felhasználási és telepítési javaslatot is kínál. A cikk egy olyan palackzáró rendszer ismertetésével zárul, ahol IP69K védettségű érzékelők használatára van szükség, de nem kell FDA által jóváhagyott anyagból készült házakat használni.

Az IP69K védettségű érzékelők teljesítik az IP68-as védettségi követelményeket is?

Az érzékelőket meg lehet tervezni úgy, hogy megfeleljenek mindkét előírásnak. A 6-os ezekben az IP-besorolásokban azt jelenti, hogy ezek az eszközök porzáróak, tehát védettek a por behatolása ellen.

Az IP69K védettségnek való megfelelés azonban nem jelenti automatikusan azt, hogy az érzékelő megfelel az IP68 védettségnek is. A Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) 40050-9 jelű szabványa egy német szabványon alapul, amely az IEC 60529 IP-besorolási rendszert kiegészíti az IP69K fokozattal, hogy a szabvány kiterjedjen a nagy nyomással, magas hőmérsékleten történő lemoshatóságra is, és ez némileg eltér a többi IP-besorolástól.

A vízbehatolás elleni IP68 védettség az IP67 védettségen alapul. Az IP67 követelményei szerint a készüléknek legalább 30 percig el kell viselnie a legfeljebb egy méter mély vízbe merítést. Az IP68 esetében szintén vízbe merítésről van szó, de a vizsgálati feltételeket az eszköz gyártója és a felhasználó közötti megállapodás alapján határozzák meg, és azoknak szigorúbbaknak kell lenniük, mint az IP67 esetében. A Banner Engineering IP68 védettségű érzékelői például legalább 24 órán át bírják a kétméteres vízbe való folyamatos lemerítést.

Az IP69K esetén nem feltétel a vízbe merítésnek való megfelelés. Az IP69K védettség elérése három tesztfeltételnek való megfelelés alapján történik:

• ellenállás az eszköz +80 °C-os, 14-16 l/perc áramlási sebességű és 10 MPa (1500 psi) nyomású vízzel való permetezésének
• a szórófejet 10–15 cm-re kell tartani az eszköztől 0°-os, +30°-os, +60°-os és +90°-os szögben, egyenként 30 másodpercig, összesen 120 másodpercig
• a készüléket 12 másodpercenként elforgatják egy forgóasztalon

A Banner Engineering IP69K védettségű érzékelőit legalább egyméteres vízbe merítéses tesztnek vetik alá, ami meghaladja a szabványos IP69K tesztelési követelményeket (1. ábra). A tesztelés után az érzékelőt megvizsgálják, hogy van-e benne víz. Ahhoz, hogy átmenjen a teszten, nem lehet víz az érzékelő belsejében, és továbbra is hibátlanul kell működnie.

1. ábra: Az IP69K besorolású érzékelők, mint ez is, ellenállnak a nagynyomású, magas hőmérsékletű lemosásoknak (kép: Banner Engineering)

A korrózióval is számolni kell

Az IP védettségi rendszer azt mutatja, hogy egy ház vagy burkolat mennyire véd a szilárd részecskék és a folyadékok behatolása ellen. Nem veszi figyelembe a korróziós környezetben való működést. Az FDA követelményei ezt is lefedik.

Az FDA szabályozza a készülékház anyagát, hogy garantálja a készülékek élelmiszerekkel és gyógyszerekkel való biztonságos használatát. Az élelmiszeripari rozsdamentes acélnak például az alábbi követelményeknek kell megfelelnie:

• A krómtartalomnak legalább 16%-nak kell lennie. Az oxigén jelenlétében öngyógyuló vékony króm-oxid réteg teszi a rozsdamentes acélt korrózióállóvá.
• A rozsdamentes acélnak az SAE 200, 300 vagy 400 sorozatba kell tartoznia, amelyek a króm-nikkel-mangán ötvözeteket, a króm-nikkel ötvözeteket és krómötvözeteket tartalmazzák.
• Simának kell lennie, könnyen tisztítható felülettel.
• Ellen kell állnia a kilyukadásnak, a repedezésnek, a karcolásnak és a kopásnak, valamint elég vastagnak kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon az ismételt nagynyomású, magas hőmérsékletű lemosásoknak.
• Nem adhat szagot, ízt vagy színt az ételnek.

Könnyebb megoldásként eloxált alumíniumot használnak, melyet az FDA „általánosan biztonságosnak elismertnek” tekint Az alumínium használata esetén megfelelő kezelésre és feldolgozásra van szükség.

Számos FDA által jóváhagyott műanyag létezik, melyek közös jellemzője a nagy kopásállóság, valamint a hajlítással és méretváltozásokkal szembeni ellenállás. Néhány példa:

• A polikarbonát könnyű, átlátszó és rendkívül erős anyag.
• A polibutilén-tereftalát (PBT-poliészter) nagy szilárdságú, merev és méretstabil, ellenáll a vegyi anyagoknak, az oxidációnak és a víznek, valamint 150 °C-ig hőálló.
• Az akril nem mérgező, átlátszó műanyag, amely engedélyezett anyagok kezelésére, hőálló, és alkalmas zord környezetekben való használatra.
• A nejlonnak kivételes oxigén- és nedvességzáró tulajdonságai vannak, és alkalmas az alkatrészek külső környezettől való védelmére.

Rozsdamentes acélból készült, FDA minősítésű fotocellás érzékelők

A Banner Engineering Q4X sorozatú fotocellás érzékelői típustól függően 25 mm és 610 mm közötti érzékelési tartományt kínálnak. A Q4XFKLAF310-Q8 típus például 35–310 mm közötti érzékelési tartományú.

A ház FDA minősítésű, 316 L típusú rozsdamentes acélból készült, és az IEC 60529 szerint IP68, a DIN 40050-9 szerint pedig IP69K védettségi besorolású. Ellenáll a berendezések tisztítása és fertőtlenítése során gyakran használt savas vagy maró hatású tisztító és fertőtlenítő vegyszereknek, és megkapta az ECOLAB tanúsítványát.

Amikor az érzékelő be van kapcsolva (run üzemmód), az aktuális mért érték vagy az annak megfelelő analóg kimenőjel egy 4 számjegyű, 7 szegmenses kijelzőn látható (2. ábra) További jellemzők:

• diszkrét, analóg (0–10 V vagy 4–20 mA) kimenőjelű, átlátszó tárgyakkal kompatibilis és IO-Link típusok
• nagy felbontású típusok analóg kimenőjellel és nagyobb erősítéssel a magasabb követelményeket támasztó felhasználási területekre
• a távolságtól függően különböző célszínek, anyagok és felületek érzékelésére képes
• a kettős betanítási mód (erősség + távolság) hibatűrő rendszerek kialakítására használható, és lehetővé teszi az átlátszó tárgyak fényvisszaverő elem nélküli érzékelését is

2. ábra: Ez az IP69K és IP68 besorolású fotocellás érzékelő az FDA előírásainak megfelelő rozsdamentes acél házban van elhelyezve (kép: Banner Engineering)

Gyorsabb beállítás és átállás

A külön rendelhető, az érzékelőadatok kijelzésére használható RSD1QP jelű eszköz (RSD, remote sensor display) a Q4X sorozattal és a Banner egyéb érzékelő termékcsaládjaival együtt használható az érzékelők beállításához és felügyeletéhez (3. ábra). Felgyorsíthatja a különböző termékek gyártása között a gyártósorok átállítását az Ipar 4.0-s gyárakban, és a beállítások befejezése után is csatlakoztatva maradhat, de el is távolítható. Emellett leegyszerűsíti a nehezen hozzáférhető helyeken lévő érzékelők felügyeletét. A távoli érzékelőadat-kijelző egyéb felhasználási területei:

• beállítások másolása egyik érzékelőről a másikra
• az érzékelők gyors cseréjének elősegítése
• a távoli érzékelőadat-kijelző különböző műveletek akár hat beállítását is képes tárolni

3. ábra: Az RSD1 a Banner Q4X sorozatú érzékelőihez hasonló érzékelők távoli beállítására és felügyeletére is használható (ábra: Banner Engineering)

Műanyag házas fotocellás érzékelők

A T18-2VPRL-2M (T18-2) lemosható érzékelő egy önálló fotocellás érzékelő, amelyet zord környezetben való használatra terveztek, például élelmiszeripari termelősorokon, baromfi-feldolgozásnál, dobozok érzékelésére és súlyellenőrző állomások működésének indítására.

A háza fekete és sárga PBT poliészterből készült, a jelző fénycsövek és az érzékelőablak pedig áttetsző fehér akrilból. A műanyag ház ultrahangos eljárással lett hegesztve a teljes tömítettség biztosítása érdekében, az elektronika pedig IP69K besorolású epoxibevonattal van ellátva, amely másodlagos tömítést is ad (4. ábra). Ezek az érzékelők szintén IP68 védettségűek.

4. ábra: Ez az IP69K és IP68 besorolású fotocellás érzékelő az FDA előírásainak megfelelő rozsdamentes acél házban van elhelyezve (kép: Banner Engineering)

IP69K védettségű radarérzékelők alumíniumból

A Q90R sorozatú és a hasonló radarérzékelők olyan felhasználási területeken előnyösek, mint például az emberek védelme a gépektől, az együttműködő robotokkal (amelyeket gyakran emlegetnek röviden az angol collaborative robot kifejezésből alkotott mozaikszóval cobot vagy magyaros írásmóddal kobot néven) végzett munka vagy a tartályszint mérése az élelmiszer-, ital- és gyógyszeripari feldolgozósorokon. Az IP69K védettségű alumíniumház erős és könnyű. Ezek az érzékelők a –40 °C és +65 °C közötti üzemi hőmérséklet-tartományban működnek, ami lehetővé teszi, hogy problémás környezetekben is használhatók legyenek, például nedves és párás területeken.

A Q90R-4040-6KDQ típus érzékelési tartománya például 150 mm-től 20 m-ig terjed, és két kimenete is van, egy IO-Link kommunikációs pnp/npn és egy normál pnp/npn kimenet. Mindegyik Q90R érzékelő érzékelési paraméterei, például az ablak alakja és a célértékek testreszabhatók. Az IO-Linknek köszönhetően lehetőség van valós idejű adatátvitelre is.

A tárgyak észlelése történhet a távolság, a sebesség és az érzékelőhöz viszonyított szöghelyzet alapján, így ezek az eszközök beállíthatóak, és több dimenzióban képesek működni. A két független zóna egyszerre több célpont érzékelésére és mérésére is képes (5. ábra).

5. ábra: Ez az alumíniumházas radarérzékelő használható például tartályszint-ellenőrzésre élelmiszer-, ital- és gyógyszeripari feldolgozósorokon (kép: DigiKey)

Világítás gépi látásos rendszerekhez

A minőség-ellenőrzésre és szemrevételezéses vizsgálatra használt gépi látásos rendszerek optimális működéséhez jó megvilágításra van szükség. A Banner BL60 típusú zárt LED-es fénycsövei erős, fókuszált megvilágítást adnak. Négy nagy fényerejű, a látható tartományba eső fényt, valamint egy infravörös (IR) és két ibolyántúli (UV) hullámhosszú fényt kibocsátó típus közül lehet választani. A legmegfelelőbb világítási lehetőséget választva a gépi látásos rendszer teljesítménye tovább javítható.

Az olaj-, vegyszer- és vízálló alumíniumházak IP69K védettségűek, és 340 mm-es és 640 mm-es hosszúságban kaphatóak. Háromféle típusú ablak választható: átlátszó vagy szórt polikarbonát és bórszilikát üveg. Ezekhez 1–10 V közötti fényerő-szabályozás és állítható impulzusszélesség-modulációs (PWM) stroboszkóp funkció tartozik. A 340 mm-es LED-es fénycsövek esetében a választható színek a következők:

• Nappali fehér (5000 K), BL60W340L14ASQ
• Piros, BL60R340L14ASQ
• Zöld, BL60G340L14ASQ
• Kék, BL60B340L14ASQ
• Infravörös, BL60I340L14ASQ
• 365 nm-es ibolyántúli, BL60UV365-340GL30ASQ
• 395 nm-es ibolyántúli, BL60UV395-340L30ASQ

IP69K védettségű nikkelezett cinkházas lézeres érzékelő palackkupakokhoz

Az élelmiszer-, ital- és gyógyszeripari feldolgozósorokon nem minden típusú érzékelési feladathoz van szükség az FDA által jóváhagyott burkolatanyagra. Jó példa erre a palackok lezárása.

A palackkupakokat gyakran ömlesztve szállítják, és a töltősoron való felhasználás előtt válogatni kell őket. A rosszul beállított – például a fejjel lefelé álló – kupakok miatt egyes palackok fedetlenek maradhatnak, vagy elakaszthatják a kupakológépet, termelékenységi zavarokat okozva ezzel A lézeres érzékelők, amilyen például a Q3XTBLD-Q8 (Q3X) jelű típus, gyorsan képesek azonosítani, ha valamelyik kupak rossz irányba néz, még annak a kupakfelhelyező rendszerhez érkezése előtt.

A Q3X-nak 100 mm-es a háttérelkülönítése, ami alkalmassá teszi az eszközt tájolásérzékelési feladatokra. A Q3X érzékelők állandó háttérelkülönítési értéket használva beállíthatók úgy, hogy csak egy adott távolságban érzékeljenek, és a beállított értéken kívül minden mást figyelmen kívül hagyjanak.

Egy palackkupak-válogató berendezésben a Q3X beállítható úgy, hogy érzékelje, ha a kupak teteje az érzékelő felé néz, míg ha más irányba néz, akkor figyelmen kívül hagyja a rendszer a kupakot. Ha a kupak más része néz az érzékelő felé, hibajelzést küld a készülék, és elutasítja a kupakot. A kupak ezután visszaküldhető a kupakválogatóba egy újabb próbálkozásra.

Nagy érzékelési sebességének köszönhetően a Q3X nagy sebességű töltősorokon is használható Ez az érzékelő mindössze 250 µs alatt képes érzékelni egy alkatrészt, és másodpercenként akár 2000 eseményt is rögzíteni tud. A 3 számjegyű ferde kijelző visszajelzést ad a felhasználónak, és felgyorsítja a beállítást és az üzembe helyezést. A nikkelezett cinkház IP67 és IP69K védettségű, így nedves környezetben is használható (6. ábra).

6. ábra: Ez az IP69K védettségű lézeres érzékelő nikkelezett cinkházban van elhelyezve, és használható például palackzárási folyamatokhoz (kép: Banner Engineering)

Összegzés

Az élelmiszer-, ital- és gyógyszeripari feldolgozósorokon IP69K védettségű, strapabíró és megbízható érzékelőkre van szükség, melyek képesek ellenállni a nagynyomású és magas hőmérsékletű helyben tisztítási (CIP) műveleteknek. Ezeknek az érzékelőknek a nagy részét úgy tervezik, hogy megfeleljenek az IP68 védettség vízbe merítési követelményeinek is. A legtöbb esetben ezeket az FDA által jóváhagyott anyagokból készült házakba kell helyezni, bizonyos esetek – például a palackzárási műveletek – kivételével.