Vi ser på noen nye IP69K-sensoralternativer for behandlingslinjer for mat, drikke og legemidler

Sanitet er obligatorisk ved behandling av mat, drikke og legemiddelprodukter. I likhet med alle Industri 4.0-virksomheter, krever disse behandlingslinjene høy grad av automatisering som støttes av mange sensorer.

Det betyr å bruke miljøherdede sensorer (IP – ingress protection) med IP69K-klassifisering som tåler høytrykksvasking og rutinemessige CIP-prosedyrer (CIP – clean-in-place) for å opprettholde et sanitært driftsmiljø og samtidig sikre effektiv drift.

I tillegg til IP69K-klassifisering, må sensorer i disse utrustningene ofte konstrueres ved å bruke materialer som oppfyller kravene til FDA (Food and Drug Administration), for eksempel SAE 360 L i rustfri stål som er svært motstandsdyktig mot korrosjon og tåler rutinemessige CIP-prosedyrer. I andre utrustninger kan et hus laget av FDA-godkjent plast være egnet.

Denne artikkelen begynner med en oversikt over kravene til IP69K, som er definert i DIN 40050-9. Den gjennomgår deretter ytelsen til diverse FDA-godkjent rustfritt stål, deriblant SAE 200-, 300- og 400-serien, og vurderer tilgjengelig FDA-klassifisert plast og brukstilfeller der disse er egnet.

Den presenterer deretter flere nye sensorer fra Banner Engineering som er egnet for bruk i behandlingslinjer for mat, drikke og legemiddelprodukter, samt noen forslag til bruksområder og installasjoner. Den avslutter med å se på en utrustning for flaskekorkpåføring som trenger IP69K-sensorytelse, men ikke hus laget av et FDA-godkjent materiale.

Oppfyller IP69K-sensorer også IP68?

En sensor kan være konstruert slik at den oppfyller begge standardene. «6» i disse IP-klassifiseringene betyr at enhetene er støvtette og at det ikke er noen støvinntrengning.

Oppfyllelse av IP69K betyr imidlertid ikke at sensoren automatisk oppfyller IP68. IEC (International Electrotechnical Commission) 40050-9 er basert på en tysk standard som utvider IEC 60529 IP-klassifiseringssystemet ved å legge til IP69K for vaskeutrustninger med høyt trykk og høye temperaturer som avviker noe fra andre IP-klassifiseringer.

Vanninntrengningsbeskyttelsen til IP68 er basert på IP67. IP67 krever midlertidig nedsenking i vann i en dybde på opptil en meter i minst 30 minutter. IP68 involverer også nedsenking i vann med testforholdene som er fastsatt etter avtale mellom enhetsprodusenten og brukeren, og må være strengere enn IP67. For eksempel kan de IP68-klassifiserte sensorene til Banner Engineering håndtere minst 24 timer med kontinuerlig nedsenking i to meter vann.

IP69K krever ikke nedsenking i vann. Testing for IP69K inkluderer tre elementer:

• Evnen til å sprøyte enheten med +80 °C vann med en strømningshastighet på 14 til 16 liter per minutt (l/min) og et trykk på 10 MPa (1500 psi)
• Spraydysen må holdes 10 til 15 cm fra enheten i vinkler på 0°, +30°, +60° og +90° i 30 sekunder hver, i totalt 120 sekunder
• Enheten roteres på en dreieskive en gang hvert 12. sekund

IP69K-klassifiserte sensorer fra Banner Engineering testes også nedsenket i vann på minst en meter, et krav som overstiger standard IP69K-testing (figur 1). Etter testing inspiseres sensoren for å se om det er vann på innsiden. Det må ikke være noe vann på innsiden, og sensoren må fortsette å fungere normalt for å bestå testen.

Figur 1: Sensorer som er klassifisert for IP69K, slik som denne, tåler nedvasking med høyt trykk og høye temperaturer. (Bildekilde: Banner Engineering)

Korrosjon er også en viktig faktor

IP-klassifiseringssystemet angir hvor godt et kabinett beskytter mot faste partikler og væskeinntrengning. Det tar ikke hensyn til drift i korrosive miljøer. FDA-krav dekker dette.

FDA regulerer kabinettmaterialene for å sikre at de er trygge for bruk med mat og legemiddelprodukter. For eksempel må rustfritt stål av matvarekvalitet oppfylle følgende krav:

• Den må ha et minimum krominnhold på 16 %. En kromoksidfilm som selvhelbredes i nærvær av oksygen, gjør rustfritt stål motstandsdyktig mot korrosjon.
• Det må være fra SAE 200-, 300- eller 400-serien med rustfritt stål, som omfatter henholdsvis krom-nikkel-mangan-legeringer, krom-nikkel-legeringer og krom-legeringer.
• Det må ha en jevn overflate som er lett å rengjøre.
• Det må motstå gropdannelse, flising, krakelering og fin og grov ripedannelse, og det må være tykt nok til å tåle gjentatte nedvaskinger med høyt trykk og høye temperaturer.
• Det må ikke overføre lukter, smaker eller farger til mat.

Anodisert aluminium er en lettere løsning som «vanligvis er anerkjent som trygt» av FDA. Korrekt håndtering og behandling er nødvendig når aluminium brukes.

Det finnes en rekke FDA-godkjente plastalternativer. Vanlige egenskaper inkluderer høy bestandighet mot slitasje, bøyning og dimensjonelle endringer. Noen eksempler er:

• Polykarbonat er et lett, transparent og usedvanlig sterkt materiale.
• Polybutylentereftalat (PBT-polyester) har høy styrke, stivhet og dimensjonell stabilitet. Det er motstandsdyktig mot kjemikalier, oksidasjon og vann, og er varmebestandig opp til 150 °C.
• Akryl er en ikke-toksisk, transparent plast som er godkjent for materialhåndtering. Det er også varmebestandig og egnet for bruk i tøffe omgivelser.
• Nylon har eksepsjonelle oksygen- og fuktighetsbarriereegenskaper. Det brukes til å beskytte deler mot utendørsomgivelser.

Fotoelektriske sensorer i FDA-godkjent rustfritt stål

Fotoelektriske sensorer i Q4X-serien fra Banner Engineering har et deteksjonsområde fra 25 til 610 mm, avhengig av modellen. For eksempel har Q4XFKLAF310-Q8-modellen et deteksjonsområde på 35 til 310 mm.

Huset er laget av FDA-klassifisert 316 L rustfritt stål og er klassifisert som IP68 i henhold til IEC60529, og IP69K i henhold til DIN 40050-9. Det er kompatibelt med syreholdige eller kaustiske rengjørings- og desinfiseringskjemikalier som ofte brukes i forbindelse med rengjøring og sanitæranlegg, og er ECOLAB-sertifisert.

Når sensoren er i kjøremodus, viser displayet med 4 siffer og 7 segmenter den gjeldende måleavlesningen eller den korresponderende analoge utgangsverdien (figur 2). Ytterligere funksjoner omfatter:

• Frittstående, analoge (0 V til 10 V eller 4 mA til 20 mA), transparente objekter og IO-Link-modeller
• Høyoppløselige modeller med analog utgang og høyere overskytende forsterkning for mer utfordrende utrustninger
• Detekterer en rekke målfarger, -materialer og -overflater, avhengig av avstanden
• Dobbel læringsmodus (intensitet + avstand) kan brukes for feilsikringsutrustninger og muliggjør deteksjon av transparente objekter, uten at det er behov for noen retroreflektor

Figur 2: Denne IP69K- og IP68-klassifiserte fotosensoren er innkapslet i FDA-godkjent rustfritt stål. (Bildekilde: Banner Engineering)

Fremskynde konfigurasjon og omstillinger

Det valgfrie eksterne RSD1QP-sensordisplayet (RSD – remote sensor display) kan brukes med Q4X-serien og andre sensorfamilier fra Banner for konfigurasjon og overvåking (figur 3). Det kan fremskynde produktomstillinger i Industri 4.0-fabrikker og forbli tilkoblet eller fjernet etter at konfigurasjonen er fullført. Det forenkler også overvåkingen av sensorer på steder som ikke er lett tilgjengelige. Andre bruksområder for RSD, omfatter:

• Kopiere innstillinger mellom sensorer
• Støtter rask utskifting av sensorer
• RSD kan lagre opptil seks konfigurasjoner for ulike handlinger

Figur 3: RSD1 kan brukes for ekstern konfigurasjon og overvåking av sensorer som Q4X-serien fra Banner. (Bildekilde: Banner Engineering)

Fotosensorer i plasthus

T18-2VPRL-2M-nedvaskingssensoren (T18-2) er en frittstående fotoelektrisk sensor konstruert for bruk i tøffe omgivelser, for eksempel matproduksjonslinjer, fjærfeprosessering, boksdeteksjon og utløsing av handlinger i en vektkontrollstasjon.

Kabinettet er laget av svart og gul PBT-polyester, og indikatorlysrørene og vinduet er laget av gjennomskinnelig hvit akryl. Plasthuset er ultralydsveiset for å sikre fullstendig forsegling, og elektronikken er innkapslet i en IP69K-klassifisert epoksy, noe som gir redundant forsegling (figur 4). Disse sensorene er også IP68-klassifisert.

Figur 4: Denne IP69K- og IP68-klassifiserte fotosensoren er innkapslet i FDA-godkjent plastikk. (Bildekilde: Banner Engineering)

IP69K-radarsensorer i aluminium

Radarsensorer som Q90R-serien kan være nyttige for bruksområder som innebærer å beskytte mennesker mot maskiner, arbeide med samarbeidsroboter (cobot) eller for tanknivåmålinger i behandlingslinjer for mat, drikke og legemiddelprodukter. Det IP69K-klassifiserte aluminiumshuset er solid og lett. Disse sensorene har et driftstemperaturområde fra –40 °C til +65 °C, noe som gjør dem egnet for bruk i utfordrende miljøer som våte og tåkete områder.

For eksempel varierer Q90R-4040-6KDQ-modellen fra 150 mm til 20 m og har to utganger, en PNP/NPN med IO-Link-kommunikasjon og en 1 PNP/NPN. Alle Q90R-sensorer kan tilpasse deteksjonsparametere som vindusform og settpunkter for målretting. IO-Link kan støtte dataoverføringer i sanntid.

Objektdeteksjon kan være basert på avstand, hastighet og vinkelposisjon relativt til sensoren, noe som gir konfigurerbar, flerdimensjonell ytelse. To uavhengige soner kan detektere og måle flere mål samtidig (figur 5).

Figur 5: Denne radarsensoren i aluminiumshus kan brukes for tanknivåovervåking i behandlingslinjer for mat, drikke og legemiddelprodukter. (Bildekilde: DigiKey)

Belysning for maskinsyn

Maskinsyn for utrustninger forbundet med kvalitetskontroll og inspeksjon trenger god belysning for å gi optimal drift. Forseglede BL60 LED-lysbjelker fra Banner gir lyssterk, fokusert belysning. Modeller som produserer fire høyintensive synlige bølgelengder, pluss infrarød (IR) og to ultrafiolette (UV) bølgelengder, er tilgjengelige. Ved å velge det best egnede belysningsalternativet kan maskinsynytelsen forbedres ytterligere.

De olje-, kjemikalie- og vannbestandige aluminiumshusene er IP69K-klassifiserte og tilgjengelige i lengder på 340 og 640 mm. Det er tre vindusalternativer: Klar eller diffus polykarbonat og borsilikatglass. De har dimmestyring på 1 til 10 V og en strobefunksjon med justerbar pulsbreddemodulasjon (PWM – pulse width modulation). Eksempler på tilgjengelige lysfarger for de 340 mm LED-lysbjelkene, omfatter:

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

IP69K forniklet sinklasersensor for flaskekorker

Ikke alle sensorutrustninger i behandlingslinjer for mat, drikke og legemiddelprodukter krever et hus av FDA-godkjent materiale. Flaskekorkpåsetting er et godt eksempel.

Flaskehetter leveres ofte i bulk og krever sortering før de brukes på påfyllingslinjen. Feiljusterte korker, f.eks. opp-ned, kan resultere i flasker uten kork eller fastkjøring av korpåsettingsmaskinen, noe som reduserer produktiviteten. En lasersensor som Q3XTBLD-Q8 (Q3X) kan raskt identifisere om noen korker er vendt feil vei før de når frem til korkleveringssystemet.

Q3X har 100 mm bakgrunnsdemping, noe som gjør den godt egnet i utrustninger for orienteringsdeteksjon. Med fast bakgrunnsdemping kan Q3X-sensorer konfigureres til å gjenkjenne en bestemt avstand og ignorere alt som ligger utenfor settpunktet.

I en utrustning for sortering av flaskekorker kan Q3X konfigureres til å detektere når korkens topp vender mot sensoren. Hvis korken vender bort, ignoreres den. Hvis den vender mot sensoren, sendes et feilsignal, og korken avvises. Den kan resirkuleres til korksorteringsutrustningen for et nytt forsøk.

Den raske deteksjonsraten til Q3X er viktig i fyllingslinjer med høy hastighet. Denne sensoren kan detektere en del på bare 250 µs og fange opp opptil 2000 hendelser per sekund. Det vinklede tresifrede displayet gir feedback til brukeren og raskere oppsett og idriftsetting. Det forniklede sinkhuset er IP67- og IP69K-klassifisert, noe som gjør det egnet for våte omgivelser (figur 6).

Figur 6: Denne IP69K-klassifiserte lasersensoren kommer i en forniklet sinkkapsling som er egnet for prosesser for flaskekorkpåføring. (Bildekilde: Banner Engineering)

Konklusjon

Robuste sensorer som oppfyller IP69K og tåler CIP-handlinger med høyt trykk og høye temperaturer, er nødvendig i behandlingslinjer for mat, drikke og legemiddelprodukter. Mange av disse sensorene er også konstruert for å oppfylle kravene til IP68 for nedsenking i vann. I de fleste tilfeller må de innkapsles i FDA-godkjente materialer, men det finnes unntak som konstruksjoner for flaskekorkpåføring.