Hvad er nogle af de nye IP69K-sensormuligheder til fødevare-, drikkevare- og farmaceutiske proceslinjer?

Hygiejne er obligatorisk i fødevare-, drikkevare- og medicinalindustrien. Som alle Industri 4.0-operationer kræver disse proceslinjer en høj grad af automatisering understøttet af mange sensorer.

Det betyder, at man skal bruge miljøhærdede IP 69K-klassificerede sensorer, der kan modstå højtryksspuling og rutinemæssige CIP-procedurer (clean-in-place) for at opretholde et hygiejnisk driftsmiljø og samtidig sikre en effektiv drift.

Ud over en IP69K-klassificering kræves det ofte, at sensorer i disse applikationer er konstrueret af materialer, der opfylder kravene fra Food and Drug Administration (FDA), som f.eks. den rustfri stållegering SAE 360 L, der er meget modstandsdygtig over for korrosion og kan modstå rutinemæssige CIP-procedurer. Til andre formål er et hus af FDA-klassificeret plast velegnet.

Denne artikel begynder med en oversigt over kravene til IP69K som defineret i DIN 40050-9, gennemgår ydeevnen for forskellige FDA-rustfrie stål, herunder SAE 200-, 300- og 400-serien, og ser på tilgængelige plastmaterialer i FDA-klasse, og hvornår de kan bruges.

Dernæst præsenteres flere nye sensorer fra Banner Engineering , der er velegnede til brug i føde-, drikke- og farmaceutiske proceslinjer, sammen med nogle forslag til anvendelse og installation. Den slutter med at se på en applikation til flaskekapsler, der har brug for IP69K-sensorydelse, men ikke et hus lavet af et FDA-godkendt materiale.

Opfylder IP69K-sensorer også IP68?

En sensor kan designes til at opfylde begge standarder. "6" i disse IP-klassificeringer betyder, at disse enheder er støvtætte, og at der ikke kan trænge støv ind.

At sensoren opfylder IP69K betyder dog ikke automatisk, at den opfylder IP68. International Electrotechnical Commission (IEC) 40050-9 er baseret på en tysk standard, der udvider IEC 60529 IP-klassificeringssystemet og tilføjer IP69K til højtryks- og højtemperaturvask, der afviger noget fra de andre IP-klassificeringer.

Beskyttelsen mod vandindtrængning i IP68 er baseret på IP67. IP67 kræver midlertidig nedsænkning i vand på op til en meters dybde i mindst 30 minutter. IP68 indebærer også nedsænkning i vand med testbetingelser, der er fastsat efter aftale mellem producenten af enheden og brugeren, og den skal være strengere end IP67. For eksempel kan Banner Engineerings IP68-klassificerede sensorer klare mindst 24 timers uafbrudt nedsænkning i to meter vand.

IP69K kræver ikke nedsænkning i vand. Test af IP69K omfatter tre elementer:

• Evne til at sprøjte enheden med +80 °C vand med en strømningshastighed på 14 til 16 liter pr. minut (L/min) og et tryk på 10 MPa (1500 pund pr. kvadrattomme, psi)
• Sprøjtedysen skal holdes 10 til 15 cm fra enheden i vinkler på 0°, +30°, +60° og +90° i 30 sekunder hver, i alt 120 sekunder.
• Enheden roteres på en drejeskive en gang hvert 12. sekund.

Banner Engineerings IP69K-klassificerede sensorer er desuden testet til mindst en meters nedsænkning i vand, et krav, der overgår standard IP69K-testen (figur 1). Efter testen inspiceres sensoren for at se, om der er vand indeni. Der må ikke være vand indeni, og sensoren skal fortsat fungere normalt for at bestå testen.

Figur 1: Sensorer, der er klassificeret til IP69K, som denne, kan modstå højtryks- og højtemperaturafvaskninger. (Billedkilde: Banner Engineering)

Korrosion er også vigtig

IP-klassificeringssystemet angiver, hvor godt et kabinet beskytter mod faste partikler og væskeindtrængning. Den tager ikke hensyn til drift i et korrosivt miljø. FDA's krav dækker dette.

FDA regulerer materialerne til indkapslingen for at sikre, at de er sikre til brug sammen med fødevarer og lægemidler. For eksempel skal rustfrit stål af fødevarekvalitet opfylde følgende krav:

• Det skal have et kromindhold på mindst 16 %. En kromoxidfilm, der heler af sig selv i nærvær af ilt, gør rustfrit stål modstandsdygtigt over for korrosion.
• Det skal være fra SAE 200-, 300- eller 400-serien af rustfrit stål, der omfatter henholdsvis krom-nikkel-mangan-legeringer, krom-nikkel-legeringer og krom-legeringer.
• Den skal have en glat overflade, der er nem at rengøre.
• Det skal være modstandsdygtigt over for huller, skår, krakeleringer og ridser og være tykt nok til at modstå gentagne højtryks- og højtemperaturafvaskninger.
• Det må ikke give maden lugt, smag eller farve.

Hvis man ønsker en lettere løsning, anses anodiseret aluminium for at være "generelt anerkendt som sikkert" af FDA. Korrekt håndtering og forarbejdning er nødvendig, når man bruger aluminium.

Der findes en række forskellige FDA-godkendte plasttyper. Fælles egenskaber er høj modstandsdygtighed over for slid, bøjning og dimensionsændringer. Et par eksempler er:

• Polykarbonat er et let, gennemsigtigt og usædvanligt stærkt materiale.
• Polybutylenterephthalat (PBT-polyester) har høj styrke, stivhed og dimensionsstabilitet. Det er modstandsdygtigt over for kemikalier, oxidering og vand og er varmebestandigt op til 150 °C.
• Akryl er en ugiftig, gennemsigtig plast, der er godkendt til materialehåndtering. Den er også varmebestandig og velegnet til brug i barske miljøer.
• Nylon har enestående ilt- og fugtbarriereegenskaber. Det bruges til at beskytte dele mod det ydre miljø.

Fotoelektriske sensorer i rustfrit stål af FDA-kvalitet

Banner Engineerings Q4X-serie af fotoelektriske sensorer har et føleområde fra 25 til 610 mm, afhængigt af modellen. For eksempel har model Q4XFKLAF310-Q8 et registreringsområde på 35 til 310 mm.

Huset er lavet af 316 L rustfrit stål i FDA-klasse og er klassificeret som IP68 i henhold til IEC60529 og IP69K i henhold til DIN 40050-9. Det er kompatibelt med sure eller ætsende rengørings- og desinfektionskemikalier, der ofte bruges til rengøring og sanering af udstyr, og det er ECOLAB-certificeret.

Når sensoren er i driftstilstand, viser det 4-cifrede 7-segment-display den aktuelle måleværdi eller den tilsvarende analoge udgangsværdi (figur 2). Yderligere funktioner omfatter:

• Diskrete, analoge (0 V til 10 V eller 4 mA til 20 mA), klare objekt- og IO-Link-modeller
• Højopløselige modeller med analogt output og højere forstærkning til mere udfordrende anvendelser
• Registrerer en række forskellige målfarver, materialer og overflader afhængigt af afstanden
• Dual-teach-tilstand (intensitet + afstand) kan bruges til fejlsøgning og muliggør tydelig objektdetektering uden behov for retroreflektor

Figur 2: Denne IP69K- og IP68-klassificerede fotosensor er pakket ind i rustfrit stål af FDA-kvalitet. (Billedkilde: Banner Engineering)

Hurtigere konfiguration og omstilling

Det valgfrie RSD1QP remote sensor display (RSD) kan bruges sammen med Q4X-serien og andre sensorfamilier fra Banner til konfiguration og overvågning (figur 3). Den kan fremskynde produktskift i Industri 4.0-fabrikker og forblive tilsluttet eller fjernet, når konfigurationen er afsluttet. Det forenkler også overvågningen af sensorer på svært tilgængelige steder. RSD'en kan også bruges til andre ting:

• Kopiering af indstillinger mellem sensorer
• Understøtter hurtig udskiftning af sensorer
• RSD kan gemme op til seks konfigurationer til forskellige operationer

Figur 3: RSD1 kan bruges til fjernkonfiguration og overvågning af sensorer som Banners Q4X-serien. (Billedkilde: Banner Engineering)

Fotosensorer i plastikhuse

T18-2VPRL-2M (T18-2) er en selvstændig fotoelektrisk sensor, der er designet til brug i barske miljøer, såsom fødevareproduktionslinjer, fjerkræforarbejdning, kassedetektering og udløsning af en kontrolvægtstation.

Kabinettet er lavet af sort og gul PBT-polyester, og indikatorlysrørene og vinduet er lavet af gennemsigtig hvid akryl. Plastkassen er ultralydssvejset for at sikre fuldstændig forsegling, og elektronikken er indkapslet i en IP69K-klassificeret epoxy, der giver en redundant forsegling (figur 4). Disse sensorer er også IP68-klassificerede.

Figur 4: Denne IP69K- og IP68-klassificerede fotosensor er pakket i FDA-godkendt plast. (Billedkilde: Banner Engineering)

IP69K-radarsensorer i aluminium

Radarsensorer som Q90R-serien kan gavne applikationer som beskyttelse af mennesker mod maskiner, arbejde med samarbejdende robotter (cobots) eller til måling af tankniveau i føde-, drikke- og farmaceutiske proceslinjer. Det IP69K-klassificerede aluminiumshus er robust og let. Disse sensorer har et driftstemperaturområde på -40 °C til +65 °C, hvilket gør dem velegnede til brug i udfordrende miljøer som våde og tågede områder.

For eksempel spænder model Q90R-4040-6KDQ fra 150 mm til 20 m og har to udgange, en PNP/NPN med IO-Link-kommunikation og en 1 PNP/NPN. Alle Q90R-sensorer kan tilpasse sensorparametre som vinduesform og sætpunkter. IO-Link kan understøtte dataoverførsler i realtid.

Objektregistrering kan baseres på afstand, hastighed og vinkelposition i forhold til sensoren, hvilket giver konfigurerbar, flerdimensionel ydeevne. To uafhængige zoner kan registrere og måle flere mål samtidigt (figur 5).

Figur 5: Denne radarsensor med aluminiumshus kan bruges til overvågning af tankniveauet i føde-, drikke- og farmaceutiske proceslinjer. (Billedkilde: DigiKey)

Belysning til vision-systemer

Vision-systemer til kvalitetskontrol og inspektion kræver god belysning for at fungere optimalt. Banners BL60 forseglede LED-barlygter giver kraftig, fokuseret belysning. Der findes modeller, som producerer fire højintensive synlige bølgelængder plus infrarød (IR) og to ultraviolette (UV) bølgelængder. Ved at vælge den bedst egnede belysningsmulighed kan vision-systemets ydeevne forbedres yderligere.

De olie-, kemikalie- og vandafvisende aluminiumshuse er IP69K-klassificerede og fås i længderne 340 og 640 mm. Der er tre vinduesmuligheder: klart eller diffust polykarbonat og borosilikatglas. De har en 1 til 10 V dæmpningskontrol og en justerbar pulsbreddemodulation (PWM) strobe-funktion. Eksempler på tilgængelige lysfarver til 340 mm LED-barlygter omfatter:

• Dagslys hvid (5000K), BL60W340L14ASQ.
• Rød, BL60R340L14ASQ
• Grøn, BL60G340L14ASQ
• Blå, BL60B340L14ASQ
• Infrarød, BL60I340L14ASQ.
• 365 nm ultraviolet, BL60UV365-340GL30ASQ
• 395 nm ultraviolet, BL60UV395-340L30ASQ

IP69K lasersensor i forniklet zink til flaskekapsler

Ikke alle sensoranvendelser i fødevare-, drikkevare- og farmaceutiske proceslinjer kræver et FDA-godkendt husmateriale. Flaskekapsler er et godt eksempel.

Flaskekapsler leveres ofte i løs vægt og skal sorteres, før de bruges på påfyldningslinjen. Forkert placerede kapsler, f.eks. dem, der vender på hovedet, kan resultere i flasker uden kapsel eller sætte kapselmaskinen i stå, hvilket reducerer produktiviteten. En lasersensor som Q3XTBLD-Q8 (Q3X) kan hurtigt identificere, om nogen kapsler vender forkert, før de når frem til kapseludleveringssystemet.

Q3X har 100 mm baggrundsundertrykkelse, hvilket gør den velegnet til orienteringsdetektering. Med fast baggrundsundertrykkelse kan Q3X-sensorer indstilles til at genkende en bestemt afstand og ignorere alt uden for sætpunktet.

I en applikation til sortering af flaskekapsler kan Q3X indstilles til at registrere, når toppen af en kapsel vender mod sensoren. Hvis kapslen vender væk, bliver den ignoreret. Hvis den vender mod sensoren, sendes et mislykket output, og kapslen afvises. Den kan genbruges i kapselsorteringen til et nyt forsøg.

Q3X's hurtige detektionshastighed er vigtig i højhastighedsfyldelinjer. Denne sensor kan registrere en del på bare 250 µs og optage op til 2.000 hændelser pr. sekund. Det vinklede 3-cifrede display giver brugerfeedback og gør opsætning og idriftsættelse hurtigere. Det forniklede zinkhus er IP67- og IP69K-klassificeret, hvilket gør det velegnet til våde miljøer (figur 6).

Figur 6: Denne IP69K-klassificerede lasersensor er i en forniklet zinkemballage, der er velegnet til flaskekapslingsprocesser. (Billedkilde: Banner Engineering)

Konklusion

Robuste sensorer, der opfylder IP69K og kan modstå CIP-operationer under højt tryk og høj temperatur, er nødvendige i fødevare-, drikkevare- og farmaceutiske proceslinjer. Mange af disse sensorer er også designet til at opfylde kravene i IP68 til nedsænkning i vand. I de fleste tilfælde skal de emballeres i FDA-godkendte materialer, men der er undtagelser som f.eks. kapsling af flasker.