Care sunt unele opțiuni noi de senzori IP69K pentru liniile de procesare a alimentelor, băuturilor și produselor farmaceutice?

Igienizarea este obligatorie în procesarea alimentelor, băuturilor și produselor farmaceutice. Ca toate operațiunile din Industria 4.0, aceste linii de procesare necesită niveluri ridicate de automatizare susținute de numeroși senzori.

Asta înseamnă utilizarea de senzori cu grad de protecție împotriva pătrunderii (IP) 69K, rezistenți la condițiile exterioare, care pot suporta spălare la presiune ridicată și proceduri de rutină de curățare la fața locului (CIP) pentru a menține un mediu de operare igienic, asigurând în același timp o funcționare eficientă.

Pe lângă clasificarea IP69K, senzorii din aceste aplicații trebuie adesea să fie construiți folosind materiale care îndeplinesc cerințele Food and Drug Administration (FDA), cum ar fi aliajul de oțel inoxidabil SAE 360 L care este foarte rezistent la coroziune și care poate rezista la procedurile CIP de rutină. În alte aplicații, este adecvată utilizarea unei carcase fabricate din plastic de calitate FDA.

Articolul de față începe cu o prezentare generală a cerințelor IP69K, așa cum sunt definite în DIN 40050-9, analizează performanța diferitelor oțeluri inoxidabile FDA, inclusiv seriile SAE 200, 300 și 400, și analizează materialele plastice FDA disponibile și situațiile în care acestea pot fi utilizate.

Apoi, prezintă mai mulți senzori noi de la Banner Engineering care sunt potriviți pentru utilizarea în liniile de procesare a alimentelor, băuturilor și produselor farmaceutice, împreună cu câteva sugestii de aplicare și instalare. Se încheie prin examinarea unei aplicații de montare a capacelor sticlelor care are nevoie de performanța senzorului IP69K, dar nu și de o carcasă realizată dintr-un material aprobat de FDA.

Senzorii IP69K îndeplinesc și cerințele IP68?

Un senzor poate fi proiectat pentru a îndeplini ambele standarde. Cifra „6” din aceste clasificări IP înseamnă că aceste dispozitive sunt etanșe la praf și că praful nu pătrunde în interiorul lor.

Cu toate acestea, respectarea standardului IP69K nu înseamnă automat că senzorul îndeplinește IP68. Standardul 40050-9 al Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC) se bazează pe un standard german care extinde sistemul de clasificare IP IEC 60529 prin adăugarea IP69K pentru aplicații de spălare la presiune ridicată și temperatură ridicată care diferă într-o oarecare măsură de celelalte clasificări IP.

Protecția împotriva pătrunderii apei IP68 se bazează pe IP67. IP67 prevede scufundarea temporară în apă până la un metru adâncime timp de cel puțin 30 de minute. IP68 prevede, de asemenea, scufundarea în apă, condițiile de testare fiind stabilite prin acord între producătorul dispozitivului și utilizator, iar acestea trebuie să fie mai severe decât IP67. De exemplu, senzorii clasificați IP68 de la Banner Engineering pot rezista cel puțin 24 de ore la imersiune continuă în apă adâncă de doi metri.

IP69K nu prevede imersia în apă. Testarea pentru IP69K include trei elemente:

• Capacitatea de a pulveriza dispozitivul cu apă la +80 °C la un debit de la 14 până la 16 litri pe minut (L/min) și la o presiune de 10 MPa (1 500 de livre pe inch pătrat, psi)
• Duza de pulverizare trebuie ținută la o distanță de la 10 până la 15 cm de dispozitiv la unghiuri de 0°, +30°, +60° și +90° timp de 30 de secunde în fiecare caz, pentru un total de 120 de secunde
• Dispozitivul este rotit pe o placă turnantă o dată la 12 secunde

Senzorii clasificați IP69K de la Banner Engineering sunt testați suplimentar la o imersiune în apă de cel puțin un metru adâncime, o cerință care depășește testarea standard IP69K (Figura 1). După testare, senzorul este inspectat pentru a vedea dacă există apă în interior. Pentru a trece testul, senzorul nu trebuie să aibă apă în interior și trebuie să continue să funcționeze normal.

Figura 1: Senzorii clasificați IP69K, precum acesta, pot rezista la spălare la presiune ridicată și temperatură ridicată. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Corodarea este, de asemenea, importantă

Sistemul de clasificare IP arată cât de bine protejează o carcasă împotriva pătrunderii particulelor solide și a lichidelor. Acesta nu ia în considerare funcționarea într-un mediu coroziv. Cerințele FDA acoperă acest aspect.

FDA reglementează materialele carcasei pentru a se asigura că acestea sunt sigure pentru utilizarea cu alimente și produse farmaceutice. De exemplu, oțelul inoxidabil alimentar trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

• Trebuie să aibă un conținut minim de crom de 16 %. O peliculă de oxid de crom care se auto-vindecă în prezența oxigenului face oțelul inoxidabil rezistent la coroziune.
• Trebuie să fie din seria de oțeluri inoxidabile SAE 200, 300 sau 400, care includ aliaje de crom-nichel-mangan, aliaje de crom-nichel și, respectiv, aliaje de crom.
• Trebuie să aibă o suprafață netedă, ușor de curățat.
• Trebuie să reziste la apariția craterelor, ciobire, crăpare, zgâriere și crestare și să fie suficient de gros pentru a rezista la spălări repetate la presiune ridicată și temperatură ridicată.
• Nu trebuie să transmită mirosuri, gusturi sau culori alimentelor.

Pentru o soluție de greutate redusă, aluminiul anodizat este considerat „în general recunoscut ca fiind sigur” de către FDA. Manipularea și prelucrarea corespunzătoare sunt necesare atunci când se utilizează aluminiu.

Există o varietate de materiale plastice aprobate de FDA. Caracteristicile comune includ o rezistență ridicată la uzură, flexare și modificări dimensionale. Câteva exemple sunt:

• Policarbonatul este un material ușor, transparent și extrem de rezistent.
• Polibutilenul tereftalat (poliester PBT) are rezistență, rigiditate și stabilitate dimensională ridicate. Este rezistent la substanțe chimice, oxidare și apă și este rezistent la căldură până la 150 °C.
• Acrilicul este un plastic non-toxic, transparent, aprobat pentru manipularea materialelor. De asemenea, este rezistent la căldură și adecvat pentru utilizarea în medii dificile.
• Nailonul are proprietăți excepționale de protecție împotriva oxigenului și umidității. Acesta este utilizat pentru a proteja piesele de mediul exterior.

Senzori fotoelectrici din oțel inoxidabil FDA

Senzorii fotoelectrici din seria Q4X de la Banner Engineering oferă o gamă de detecție de la 25 la 610 mm, în funcție de model. De exemplu, modelul Q4XFKLAF310-Q8 are un interval de detecție de la 35 la 310 mm.

Carcasa este fabricată din oțel inoxidabil 316 L de calitate FDA și este clasificată IP68 conform IEC60529 și IP69K conform DIN 40050-9. Este compatibil cu substanțele chimice acide sau caustice de curățare și dezinfectare utilizate în mod obișnuit pentru curățarea și igienizarea echipamentelor și este certificat ECOLAB.

Atunci când senzorul este în modul de funcționare, afișajul cu 4 cifre și 7 segmente indică valoarea curentă de măsurare sau valoarea de ieșire analogică corespunzătoare (Figura 2). Caracteristicile suplimentare includ:

• Modele discrete, analogice (de la 0 V până la 10 V sau de la 4 mA până la 20 mA), cu obiect clar și IO-Link
• Modele de înaltă rezoluție cu ieșire analogică și un exces de câștig mai mare pentru aplicații mai dificile
• Detectează o varietate de culori, materiale și suprafețe țintă în funcție de distanță
• Modul cu învățare duală (intensitate + distanță) poate fi utilizat pentru aplicații cu protecție împotriva erorilor și permite detectarea clară a obiectelor fără a fi nevoie de un retroreflector

Figura 2: Acest fotosenzor clasificat IP69K și IP68 este capsulat în oțel inoxidabil FDA. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Accelerarea configurării și a schimbărilor

Afișajul opțional RSD1QP pentru senzori la distanță (RSD) poate fi utilizat cu seria Q4X și cu alte familii de senzori de la Banner pentru configurare și monitorizare (Figura 3). Acesta poate accelera schimbarea produselor în fabricile din Industria 4.0 și poate rămâne conectat sau deconectat după finalizarea configurării. De asemenea, simplifică monitorizarea senzorilor în locații greu accesibile. Alte utilizări pentru RSD includ:

• Copierea setărilor între senzori
• Suportă înlocuirea rapidă a senzorilor
• RSD poate stoca până la șase configurații pentru diferite operațiuni

Figura 3: RSD1 poate fi utilizat pentru configurarea și monitorizarea de la distanță a senzorilor precum cei din seria Q4X de la Banner. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Fotosenzori în carcase de plastic

Senzorul de spălare T18-2VPRL-2M (T18-2) este un senzor fotoelectric autonom conceput pentru utilizarea în medii dificile, cum ar fi liniile de producție alimentară, prelucrarea cărnii de pasăre, detectarea cutiilor și declanșarea funcționării unei stații de verificare a greutății.

Carcasa este fabricată din poliester PBT negru și galben, iar tuburile de lumină indicatoare și fereastra sunt fabricate din acril alb translucid. Carcasa din plastic este sudată cu ultrasunete pentru a asigura o etanșare completă, iar componentele electronice sunt încapsulate într-un strat epoxidic clasificat IP69K, asigurând o etanșare redundantă (Figura 4). Acești senzori sunt, de asemenea, clasificați IP68.

Figura 4: Acest fotosenzor clasificat IP69K și IP68 este capsulat în materiale plastice aprobate de FDA. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Senzori radar IP69K în aluminiu

Senzorii radar precum cei din seria Q90R pot aduce beneficii în aplicații precum protejarea oamenilor de utilaje, lucrul cu roboți colaborativi (coboți) sau pentru măsurarea nivelului rezervoarelor în liniile de procesare a alimentelor, băuturilor și produselor farmaceutice. Carcasa din aluminiu clasificată IP69K este robustă și ușoară. Acești senzori au un interval de temperatură de funcționare de la -40 °C la +65 °C, ceea ce îi face potriviți pentru utilizarea în medii dificile, cum ar fi zonele umede și cețoase.

De exemplu, modelul Q90R-4040-6KDQ variază de la 150 mm la 20 m și are două ieșiri, una PNP/NPN cu comunicare IO-Link și una cu 1 PNP/NPN. Toți senzorii Q90R pot personaliza parametrii de detecție, cum ar fi forma ferestrei și valorile de referință țintă. IO-Link poate accepta transferuri de date în timp real.

Detectarea obiectelor se poate baza pe distanță, viteză și poziție unghiulară în raport cu senzorul, oferind performanțe multidimensionale configurabile. Două zone independente pot detecta și măsura simultan mai multe ținte (Figura 5).

Figura 5: Acest senzor radar cu carcasă din aluminiu poate fi utilizat pentru monitorizarea nivelului rezervoarelor în liniile de procesare a alimentelor, băuturilor și produselor farmaceutice. (Sursa imaginii: DigiKey)

Iluminat pentru sistemele de vedere

Sistemele de vedere pentru controlul calității și aplicațiile de inspecție au nevoie de o iluminare bună pentru funcționare optimă. Barele luminoase etanșate cu leduri BL60 de la Banner oferă o iluminare puternică și focalizată. Sunt disponibile modele care produc patru lungimi de undă vizibile de înaltă intensitate plus infraroșu (IR) și două lungimi de undă ultraviolete (UV). Prin selectarea celei mai potrivite opțiuni de iluminare, performanța sistemului de vedere poate fi îmbunătățită suplimentar.

Carcasele din aluminiu rezistente la ulei, substanțe chimice și apă sunt clasificate IP69K și sunt disponibile în lungimi de 340 și 640 mm. Există trei opțiuni de ferestre: policarbonat transparent sau difuz și sticlă borosilicată. Acestea au un control al varierii intensității luminoase de la 1 la 10 V și o funcție stroboscopică reglabilă de modulare în lățime a impulsurilor (PWM). Exemplele de culori ale luminii disponibile pentru barele luminoase cu leduri de 340 mm includ:

• Alb neutru (5000K), BL60W340L14ASQ
• Roșu, BL60R340L14ASQ
• Verde, BL60G340L14ASQ
• Albastru, BL60B340L14ASQ
• Infraroșu, BL60I340L14ASQ.
• Ultraviolet 365 nm, BL60UV365-340GL30ASQ
• Ultraviolet 395 nm, BL60UV395-340L30ASQ

Senzor laser IP69K din zinc placat cu nichel pentru capace de sticle

Nu toate aplicațiile senzorilor din liniile de procesare a alimentelor, băuturilor și produselor farmaceutice necesită un material de carcasă aprobat de FDA. Capacele pentru sticle reprezintă un exemplu bun.

Capacele de sticle sunt adesea livrate în vrac și trebuie sortate înainte de a fi utilizate pe linia de umplere. Capacele nealiniate, cum ar fi cele răsturnate, pot duce la sticle fără capac sau pot bloca mașina de aplicare a capacelor, reducând productivitatea. Un senzor laser precum Q3XTBLD-Q8 (Q3X) poate identifica rapid dacă capacele sunt orientate greșit înainte ca acestea să ajungă la sistemul de livrare a capacelor.

Q3X are o suprimare a fundalului de 100 mm, ceea ce îl face potrivit pentru aplicații de detectare a orientării. Cu suprimarea fixă a fundalului, senzorii Q3X pot fi setați să recunoască o anumită distanță și să ignore orice se află în afara valorii de referință.

Într-o aplicație de sortare a capacelor de sticle, Q3X poate fi configurat pentru a detecta când partea superioară a unui capac este îndreptată spre senzor. În cazul în care capacul este orientat în direcția opusă, acesta este ignorat. Dacă este îndreptat spre senzor, se trimite un semnal de eșec, iar capacul este respins. Acesta poate fi reciclat în sortatorul de capace pentru o nouă încercare.

Rata de detecție rapidă a Q3X este importantă în liniile de umplere de mare viteză. Acest senzor poate detecta o piesă în doar 250 µs și poate capta până la 2 000 de evenimente pe secundă. Afișajul unghiular cu 3 cifre oferă feedback utilizatorului și accelerează configurarea și punerea în funcțiune. Carcasa din zinc placat cu nichel este clasificată IP67 și IP69K, ceea ce o face potrivită pentru medii umede (Figura 6).

Figura 6: Acest senzor laser cu grad de protecție IP69K este închis într-o capsulă de zinc placat cu nichel, potrivită pentru procesele de aplicare a capacelor sticlelor. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Concluzie

În liniile de procesare a alimentelor, băuturilor și produselor farmaceutice sunt necesari senzori rezistenți care îndeplinesc cerințele IP69K și care pot rezista la operațiuni CIP la presiune și temperatură ridicate. Mulți dintre acești senzori sunt, de asemenea, proiectați să îndeplinească cerințele IP68 pentru imersiunea în apă. În majoritatea cazurilor, aceștia trebuie să fie capsulați în materiale aprobate de FDA, dar există și excepții, cum ar fi operațiunile de aplicare a capacelor pentru sticle.