Vilka är de nya sensoralternativen med IP69K i tillverkningslinjer för livsmedel, drycker och läkemedel?

Hygien är obligatoriskt inom livsmedels-, dryckes- och läkemedelsindustrin. Liksom alla verksamheter med Industry 4.0 kräver dessa tillverkningslinjer höga automationsnivåer med stöd av många sensorer.

Det innebär att man måste använda sensorer med inträngningsskydd enligt IP 69K som tål spolning med högt tryck och rutinmässiga metoder för rengöring på plats, för att upprätthålla en hygienisk driftsmiljö och samtidigt garantera en effektiv drift.

Förutom klassificeringen IP69K krävs det ofta att sensorerna i dessa tillämpningar är tillverkade av material som uppfyller krav från FDA (amerikanska livsmedelsverket), som t.ex. den rostfria stållegeringen SAE 360 L som är mycket korrosionsbeständig och klarar rutinmässiga metoder för rengöring på plats. I andra tillämpningar är ett hölje tillverkat av FDA-klassificerad plast lämplig.

Artikeln inleds med en översikt av kraven för IP69K enligt DIN 40050-9, granskar prestandan hos olika FDA-godkända rostfria stålmaterial, inklusive SAE 200-, 300- och 400-serien, och tar upp tillgängliga FDA-godkända plaster och när dessa kan användas.

Därefter presenteras ett antal nya sensorer från Banner Engineering som lämpar sig för användning i tillverkningslinjer för livsmedel, drycker och läkemedel, samt några förslag på tillämpningar och installationer. Avslutningsvis tittar vi på en tillämpning för kapsylförslutning av flaskor som kräver sensorer med IP69K men inte ett hölje tillverkat av ett FDA-godkänt material.

Uppfyller IP69K-sensorer även IP68?

En sensor kan utformas för att uppfylla båda standarderna. Siffran "6" i IP-klassificeringen innebär att enheterna är dammtäta och att damm inte kan tränga in i dem.

Att sensorn uppfyller IP69K innebär dock inte automatiskt att den uppfyller IP68. International Electrotechnical Commission (IEC) 40050-9 är baserad på en tysk standard som utökar systemet IEC 60529 för IP-klassificering med IP69K för tillämpningar med tvätt med högt tryck och hög temperatur som avviker något från övriga IP-klassificeringar.

Skyddet mot vatteninträngning enligt IP68 baseras på IP67. IP67 kräver tillfällig nedsänkning i vatten med upp till en meters djup i minst 30 minuter. IP68 innebär också nedsänkning i vatten med de testförhållanden som fastställts genom överenskommelse mellan tillverkaren och användaren, och den måste vara striktare än IP67. De IP68-klassificerade sensorerna från Banner Engineering tål exempelvis minst 24 timmars kontinuerlig nedsänkning i vatten med två meters djup.

IP69K kräver inte nedsänkning i vatten. Testning för IP69K omfattar tre delar:

• Förmåga att spola enheten med +80 °C vatten med en flödeshastighet på 14 till 16 l/min och ett tryck på 10 MPa (1500 psi)
• Spolningsmunstycket ska hållas 10-15 cm från apparaten i vinklarna 0°, +30°, +60° och +90° i 30 sekunder vardera, under totalt 120 sekunder
• Enheten snurras på en snurrplatta en gång var 12:e sekund

Sensorerna med IP69K-klassificering från Banner Engineering testas dessutom för nedsänkning i vatten med minst en meters djup, ett krav som överstiger standardtestningen för IP69K (figur 1). Efter testningen inspekteras sensorn för att se om något vatten trängt in. Det får inte finnas något vatten inuti och sensorn måste fortsätta att fungera normalt för att klara testet.

Figur 1: Sensorer som är klassificerade för IP69K, som den här, tål rengöring med högt tryck och höga temperaturer. (Bildkälla: Banner Engineering)

Korrosion har också betydelse

Systemet för IP-klassificering anger hur väl ett hölje skyddar mot fasta partiklar och inträngning av vätska. Den tar inte hänsyn till användning i en frätande miljö. FDA:s krav omfattar detta.

FDA reglerar materialen i kapslingen för att säkerställa att de är säkra för användning med livsmedel och läkemedel. Rostfritt stål för livsmedelsanvändning måste exempelvis uppfylla följande krav:

• Det ska ha en kromhalt på minst 16 %. En kromoxidfilm som självläker i närvaro av syre gör rostfritt stål motståndskraftigt mot korrosion.
• Det måste vara rostfritt stål i SAE 200-, 300- eller 400-serien som inkluderar krom-nickel-manganlegeringar, krom-nickellegeringar respektive kromlegeringar.
• Det måste ha en slät yta som är lätt att rengöra.
• Det måste motstå gropfrätning, flisning, krackelering, repor och skåror och vara tillräckligt tjock för att klara upprepade spolningar med högt tryck och hög temperatur.
• Det får inte ge maten någon smak eller färg.

För en lättare lösning anses anodiserat aluminium vara "allmänt erkänt som säkert" av FDA. Korrekt hantering och bearbetning är nödvändig vid användning av aluminium.

Det finns en mängd olika FDA-godkända plaster. Vanliga egenskaper är hög motståndskraft mot slitage, böjning och förändringar i mått. Några exempel:

• Polykarbonat är ett lätt, transparent och utomordentligt starkt material.
• Polybutylentereftalat (PBT-polyester) har hög hållfasthet, styvhet och måttstabilitet. Den är beständig mot kemikalier, oxidering och vatten och är värmebeständig upp till 150 °C.
• Akryl är en giftfri, transparent plast som är godkänd för materialhantering. Den är även värmebeständig och lämplig för användning i tuffa miljöer.
• Nylon har exceptionella egenskaper för att agera syre- och fuktbarriär. Det används för att skydda delar från den yttre miljön.

Fotoelektriska sensorer i FDA-godkänt rostfritt stål

De fotoelektriska sensorerna i serien Q4X från Banner Engineering har ett avkänningsområde från 25 till 610 mm, beroende på modell. Modellen Q4XFKLAF310-Q8 har t.ex. ett avkänningsområde på 35 till 310 mm.

Höljet är tillverkat av FDA-godkänt rostfritt stål 316 L och är IP68-klassificerat enligt IEC60529 och IP69K-klassificerat enligt DIN 40050-9. Det är kompatibelt med de syrabaserade eller kaustiska kemikalier för rengöring- och desinfektion som vanligen används vid rengöring och sanering av utrustning och är ECOLAB-certifierat.

När sensorn är i driftläge visar den fyrsiffriga sjusegmentsdisplayen den aktuella mätningen eller motsvarande analoga utgångsvärde (figur 2). Ytterligare funktioner inkluderar:

• Diskreta, analoga (0 till 10 V eller 4 till 20 mA), rensa objekt och IO-Link-modeller
• Högupplösta modeller med analog utgång och högre förstärkning för mer krävande tillämpningar
• Känner av en mängd olika målfärger, material och ytor beroende på avstånd
• Läge med dubbel teknik (ljusstyrka + avstånd) kan användas för att felsäkra tillämpningar och möjliggöra tydlig avkänning av objekt utan att någon återspeglande reflektor krävs

Figur 2: Den här fotosensorn med IP69K- och IP68-klassificering har ett hölje av FDA-godkänt rostfritt stål. (Bildkälla: Banner Engineering)

Snabbare konfigurering och byten

Tillvalet RSD1QP fjärrsensordisplay (RSD) kan användas med serien Q4X och andra sensorfamiljer från Banner för konfiguration och övervakning (bild 3). Den gör produktbyten i fabriker med Industry 4.0 snabbare och kan förbli ansluten eller tas bort när konfigurationen är klar. Den förenklar även övervakningen av sensorer på svåråtkomliga platser. Andra användningsområden för RSD inkluderar:

• Kopiering av inställningar mellan sensorer
• Stöd för snabbt utbyte av sensorer
• RSD kan lagra upp till sex konfigurationer för olika användningsområden

Figur 3: RSD1 kan användas för fjärrkonfiguration och övervakning av sensorer som t.ex Q4X-serien från Banner. (Bildkälla: Banner Engineering)

Fotosensorer i plasthöljen

T18-2VPRL-2M (T18-2) är en fristående fotoelektrisk sensor som är utformad för användning i tuffa miljöer, som t.ex. tillverkningslinjer för livsmedel, hantering av fjäderfän, avkänning av kartonger och utlösning vid en station för viktkontroll.

Höljet är tillverkat av svart och gul PBT-polyester och indikeringslampornas rör och fönster är tillverkade av genomskinlig vit akryl. Plasthöljet är ultraljudssvetsat för att garantera en fullständig tätning och elektroniken är inkapslad i IP69K-klassificerad epoxi, för att ge en redundant tätning (figur 4). Sensorerna är även IP68-klassificerade.

Figur 4: Fotosensorn med IP69K- och IP68-klassificering har ett hölje av FDA-godkänd plast. (Bildkälla: Banner Engineering)

IP69K-klassificerade radarsensorer i aluminium

Radarsensorer som serien Q90R kan vara till nytta i tillämpningar som skyddar människor från maskiner, arbete med samverkande robotar, eller för mätning av tanknivåer i tillverkningslinjer för livsmedel, drycker och läkemedel. Det IP69K-klassificerade höljet av aluminium är stadigt och lätt. Sensorerna har ett drifttemperaturområde på -40 °C till +65 °C, vilket gör dem lämpliga för användning i utmanande miljöer som våta och dimmiga utrymmen.

Modellen Q90R-4040-6KDQ har t.ex. ett mätområde på 150 mm till 20 m och två utgångar, en PNP/NPN med IO-Link-kommunikation och en 1 PNP/NPN. Alla Q90R-sensorer kan anpassa avkänningsparametrarna som t.ex. fönsterform och målbörvärden. IO-Link kan stödja dataöverföring i realtid.

Avkänning av föremål kan baseras på avstånd, hastighet och vinkelposition i förhållande till sensorn, vilket ger en konfigurerbar, flerdimensionell prestanda. Två oberoende zoner kan känna av och mäta flera mål samtidigt (figur 5).

Figur 5: Denna radarsensor med aluminiumhölje kan användas för övervakning av tanknivån i processlinjer för livsmedel, drycker och läkemedel. (Bildkälla: DigiKey)

Belysning för bildsystem

Bildsystem för kvalitetskontroll och inspektion kräver bra belysning för att fungera optimalt. Den täta LED-strålkastaren BL60 från Banner har en stark och fokuserad belysning. Det finns modeller som producerar fyra synliga våglängder med hög ljusstyrka plus en infraröd (IR) och två ultravioletta (UV) våglängder. Genom att välja det lämpligaste belysningsalternativet kan bildsystemets prestanda förbättras ytterligare.

De olje-, kemikalie- och vattenbeständiga höljena av aluminum är IP69K-klassificerade och finns i längderna 340 och 640 mm. Det finns tre fönsteralternativ: klar eller diffus polykarbonat samt glas av borosilikat. De har en dimmerstyrning från 1 till 10 V och en justerbar strobefunktion med pulsbreddsmodulering (PWM). Exempel på tillgängliga ljusfärger för 340 mm LED-strålkastare är

• Dagsljusvit (5000K), BL60W340L14ASQ
• Röd, BL60R340L14ASQ
• Grön, BL60G340L14ASQ
• Blå, BL60B340L14ASQ
• Infraröd, BL60I340L14ASQ.
• Ultraviolett 365 nm, BL60UV365-340GL30ASQ
• Ultraviolett, 395 nm, BL60UV395-340L30ASQ

IP69K lasersensor i nickelpläterad zink för kapsylering

Det är inte alla sensortillämpningar i tillverkningslinjer för livsmedel, drycker och läkemedel som kräver ett FDA-godkänt material i höljet. Kapsylering av flaskor är ett bra exempel.

Kapsyler levereras ofta i mängd och måste sorteras innan de kan användas i påfyllningslinjen. Felriktade kapsyler, t.ex. upp-och-nedvända, kan leda till att flaskorna inte försluts eller att det blir stopp i kapsyleringsmaskinen, vilket sänker produktiviteten. En lasersensor som Q3XTBLD-Q8 (Q3X) kan snabbt identifiera om några kapsyler är vända åt fel håll innan de når leveranssystemet för kapsyler.

Q3X har en undertryckning av bakgrunden på upp till 100 mm, vilket gör den väl lämpad för tillämpningar inom riktningsdetektering. Med en fast undertryckning av bakgrunden kan Q3X-sensorerna ställas in så att de känner av ett visst avstånd och ignorerar allt utanför börvärdet.

I en tillämpning för sortering av kapsyler kan Q3X ställas in för att detektera när kapsylens ovansida är vänd mot sensorn. Om locket är felvänt ignoreras det. Om det är vänt mot sensorn, aktiveras en utsignal och locket avvisas. Det kan återföras till kapsylsorteraren för ett nytt försök.

Den snabba avkänningshastigheten hos Q3X är viktig i påfyllningslinjer med hög hastighet. Sensorn kan känna av ett objekt på bara 250 µs och registrera upp till 2000 händelser per sekund. Den vinklade tresiffriga displayen ger återkoppling till användaren och gör installation och driftsättning snabbare. Höljet av förnicklad zink är IP67- och IP69K-klassificerat, vilket gör den lämplig för våta miljöer (figur 6).

Figur 6: Den här lasersensorn med IP69K-klassificering har ett hölje av förnicklad zink som är lämplig i kapsyleringsprocesser. (Bildkälla: Banner Engineering)

Sammanfattning

Robusta sensorer som uppfyller IP69K och tål rengöring med högt tryck och höga temperaturer krävs i tillverkningslinjer för livsmedel, drycker och läkemedel. Många av sensorerna är även konstruerade för att uppfylla kraven i IP68 för nedsänkning i vatten. I de flesta fall måste de ha höljen av FDA-godkända material, men det finns undantag som t.ex. vid kapsylering av flaskor.