Wat zijn enkele nieuwe IP69K-sensoropties voor voedsel-, drank- en farmaceutische verwerkingslijnen?

Sanitaire voorzieningen zijn verplicht bij de verwerking van voedingsmiddelen, dranken en farmaceutische producten. Net als alle andere Industry 4.0-activiteiten vereisen deze verwerkingslijnen een hoge mate van automatisering, ondersteund door talloze sensoren.

Dat betekent dat er voor de omgeving geharde sensors met IP-bescherming (69K) moeten worden gebruikt die bestand zijn tegen hogedrukreiniging en routinematige CIP-procedures (clean-in-place) om een hygiënische werkomgeving te handhaven en tegelijkertijd een efficiënte werking te garanderen.

Naast een IP69K-classificatie moeten sensoren in deze toepassingen vaak worden gemaakt van materialen die voldoen aan de vereisten van de Food and Drug Administration (FDA), zoals de roestvrijstalen SAE 360 L-legering die zeer corrosiebestendig is en bestand tegen routinematige CIP-procedures. In andere toepassingen is een behuizing van FDA-kwaliteit kunststof geschikt.

Dit artikel begint met een overzicht van de vereisten van IP69K zoals gedefinieerd in DIN 40050-9, bespreekt de prestaties van verschillende FDA roestvrijstalen, waaronder SAE 200-, 300- en 400-serie, en gaat in op beschikbare FDA-grade kunststoffen en wanneer deze kunnen worden gebruikt.

Vervolgens worden verschillende nieuwe sensors van Banner Engineering gepresenteerd die geschikt zijn voor gebruik in verwerkingslijnen voor voedingsmiddelen, dranken en farmaceutische producten, samen met enkele toepassings- en installatiesuggesties. Tot slot wordt er gekeken naar een toepassing voor het aftoppen van flessen waarbij een IP69K-sensor nodig is, maar geen behuizing van FDA-goedgekeurd materiaal.

Voldoen IP69K-sensors ook aan IP68?

Een sensor kan worden ontworpen om aan beide normen te voldoen. De "6" in deze IP-classificaties betekent dat deze apparaten stofdicht zijn en dat er geen stof kan binnendringen.

Voldoen aan IP69K betekent echter niet automatisch dat de sensor voldoet aan IP68. De International Electrotechnical Commission (IEC) 40050-9 is gebaseerd op een Duitse norm die het IP-classificatiesysteem IEC 60529 uitbreidt met IP69K voor hogedruk- en hogetemperatuur-wastoepassingen die enigszins afwijken van de andere IP-classificaties.

De IP68-bescherming tegen binnendringend water is gebaseerd op IP67. IP67 vereist tijdelijke onderdompeling in water tot een meter diep gedurende ten minste 30 minuten. IP68 houdt ook onderdompeling in water in, waarbij de testomstandigheden worden bepaald in overleg tussen de fabrikant en de gebruiker, en moet strenger zijn dan IP67. Sensors van Banner Engineering met IP68-classificatie kunnen bijvoorbeeld minstens 24 uur ononderbroken onderdompeling in twee meter water aan.

IP69K vereist geen onderdompeling in water. Het testen voor IP69K omvat drie elementen:

• Mogelijkheid om het apparaat te besproeien met water van 80 °C met een stroomsnelheid van 14 tot 16 liter per minuut (L/min) en een druk van 10 MPa (1500 pounds per square inch, psi)
• De sproeikop moet op 10 tot 15 cm van het apparaat worden gehouden onder hoeken van 0°, +30°, +60° en +90° voor telkens 30 seconden, in totaal 120 seconden.
• Het apparaat wordt om de 12 seconden op een draaitafel gedraaid

De IP69K-sensors van Banner Engineering zijn bovendien getest tot minstens één meter onderdompeling in water, een vereiste die de standaard IP69K-tests overtreft (Afbeelding 1). Na het testen wordt de sensor geïnspecteerd om te zien of er water in zit. Er mag geen water in zitten en de sensor moet normaal blijven functioneren om de test te doorstaan.

Afbeelding 1: Sensors met IP69K-classificatie, zoals deze, zijn bestand tegen wasbeurten onder hoge druk en hoge temperaturen. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Corrosie is ook belangrijk

Het IP-classificatiesysteem geeft aan hoe goed een behuizing beschermt tegen vaste deeltjes en het binnendringen van vloeistoffen. Er wordt geen rekening gehouden met gebruik in een corrosieve omgeving. De vereisten van de FDA dekken dat.

De FDA reguleert de behuizingsmaterialen om ervoor te zorgen dat ze veilig zijn voor gebruik met voedsel en geneesmiddelen. Voedselveilig roestvrij staal moet bijvoorbeeld aan de volgende eisen voldoen:

• Het moet minimaal 16% chroom bevatten. Een chroomoxidefilm die zichzelf heelt in aanwezigheid van zuurstof maakt roestvast staal bestand tegen corrosie.
• Het moet van de SAE 200-, 300- of 400-serie roestvast staal zijn dat respectievelijk chroom-nikkel-mangaanlegeringen, chroom-nikkellegeringen en chroomlegeringen bevat.
• Het moet een glad, gemakkelijk schoon te maken oppervlak hebben.
• Het moet bestand zijn tegen putjes, afschilferen, craqueleren, krassen en krassen en dik genoeg zijn om bestand te zijn tegen herhaaldelijk wassen onder hoge druk en hoge temperaturen.
• Het mag geen geur, smaak of kleur afgeven aan voedsel.

Voor een lichtere oplossing wordt geanodiseerd aluminium door de FDA beschouwd als "algemeen erkend als veilig". De juiste behandeling en verwerking zijn noodzakelijk bij het gebruik van aluminium.

Er zijn verschillende door de FDA goedgekeurde kunststoffen. Gemeenschappelijke kenmerken zijn onder andere een hoge weerstand tegen slijtage, buigen en dimensionale veranderingen. Enkele voorbeelden zijn:

• Polycarbonaat is een lichtgewicht, transparant en uitzonderlijk sterk materiaal.
• Polybutyleentereftalaat (PBT polyester) heeft een hoge sterkte, stijfheid en dimensionale stabiliteit. Het is bestand tegen chemicaliën, oxidatie en water en is hittebestendig tot 150 °C.
• Acryl is een niet-giftige, transparante kunststof die is goedgekeurd voor materials handling. Het is ook hittebestendig en geschikt voor gebruik in ruwe omgevingen.
• Nylon heeft uitzonderlijke zuurstof- en vochtbarrière-eigenschappen. Het wordt gebruikt om onderdelen te beschermen tegen de buitenomgeving.

Foto-elektrische sensors in FDA-kwaliteit roestvrij staal

De foto-elektrische sensors uit de Q4X-serie van Banner Engineering bieden een detectiebereik van 25 tot 610 mm, afhankelijk van het model. Model Q4XFKLAF310-Q8 heeft bijvoorbeeld een detectiebereik van 35 tot 310 mm.

De behuizing is gemaakt van 316 L roestvrij staal van FDA-kwaliteit en heeft een IP68-classificatie volgens IEC60529 en IP69K volgens DIN 40050-9. Het is compatibel met zure of bijtende reinigings- en ontsmettingschemicaliën die vaak worden gebruikt bij het reinigen en saneren van apparatuur en is ECOLAB-gecertificeerd.

Wanneer de sensor in de runstand staat, toont het 4-cijferige 7-segments display de huidige meetwaarde of corresponderende analoge uitgangswaarde (Afbeelding 2). Andere kenmerken zijn onder andere:

• Discrete, analoge (0 V tot 10 V of 4 mA tot 20 mA), clear object- en IO-Link-modellen
• Modellen met hoge resolutie met analoge uitgang en een hogere overversterking voor meer uitdagende toepassingen
• Detecteert een verscheidenheid aan doelkleuren, materialen en oppervlakken, afhankelijk van de afstand
• De dubbele leermodus (intensiteit + afstand) kan worden gebruikt voor foutbestendige toepassingen en maakt duidelijke objectdetectie zonder retro-reflector mogelijk

Afbeelding 2: Deze IP69K en IP68 gekeurde fotosensor is verpakt in roestvrij staal van FDA-kwaliteit. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Snellere configuratie en omschakelingen

De optionele RSD1QP-afstandssensordisplay (RSD) kan met de Q4X-serie en andere sensorfamilies van Banner worden gebruikt voor configuratie en bewaking (Afbeelding 3). Het kan productwissels in Industry 4.0-fabrieken versnellen en aangesloten blijven of verwijderd worden nadat de configuratie is voltooid. Het vereenvoudigt ook de bewaking van sensors op moeilijk toegankelijke locaties. Andere toepassingen voor de RSD zijn:

• Instellingen kopiëren tussen sensors
• Ondersteunt snelle vervanging van sensoren
• RSD kan tot zes configuraties opslaan voor verschillende bewerkingen

Afbeelding 3: De RSD1 kan worden gebruikt voor configuratie en bewaking op afstand van sensors zoals de Q4X-serie van Banner. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Fotosensors in kunststof behuizingen

De T18-2VPRL-2M (T18-2) washdownsensor is een autonome fotocel die ontworpen is voor gebruik in veeleisende omgevingen, zoals voedselproductielijnen, pluimveeverwerking, doosdetectie en het activeren van de werking van een controleweegstation.

De behuizing is gemaakt van zwart en geel PBT-polyester en de indicatielampjes en het venster zijn gemaakt van doorschijnend wit acryl. De kunststof behuizing is ultrasoon gelast voor een volledige afdichting en de elektronica is ingekapseld in een epoxy IP69K, waardoor een redundante afdichting ontstaat (Afbeelding 4). Deze sensoren zijn ook IP68-gecertificeerd.

Afbeelding 4: Deze IP69K en IP68 gekeurde fotosensor is verpakt in FDA-goedgekeurde kunststof. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

IP69K radarsensors in aluminium

Radarsensors zoals de Q90R-serie kunnen nuttig zijn voor toepassingen zoals het beschermen van mensen tegen machines, het werken met samenwerkende robots (cobots) of voor tankniveaumetingen in voedsel-, drank- en farmaceutische verwerkingslijnen. De aluminium behuizing met IP69K-classificatie is stevig en licht. Deze sensors hebben een bedrijfstemperatuurbereik van -40 °C tot 65 °C, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in veeleisende omgevingen zoals natte en mistige omgevingen.

Het model Q90R-4040-6KDQ heeft bijvoorbeeld een bereik van 150 mm tot 20 m en twee uitgangen, één PNP/NPN met IO-Link-communicatie en één PNP/NPN. Alle Q90R-sensors kunnen detectieparameters zoals venstervorm en doelinstellingen aanpassen. IO-Link ondersteunt real-time gegevensoverdracht.

Objectdetectie kan worden gebaseerd op afstand, snelheid en hoekpositie ten opzichte van de sensor, wat configureerbare, multidimensionale prestaties oplevert. Twee onafhankelijke zones kunnen meerdere doelen tegelijk detecteren en meten (Afbeelding 5).

Afbeelding 5: Deze radarsensor met aluminium behuizing kan worden gebruikt voor het monitoren van het tankniveau in voedsel-, drank- en farmaceutische verwerkingslijnen. (Bron afbeelding: DigiKey)

Verlichting voor vision-systemen

Vision-systemen voor kwaliteitscontrole en inspectietoepassingen hebben goede verlichting nodig voor een optimale werking. De BL60 verzegelde LED-balklampen van Banner bieden een heldere, gerichte verlichting. Er zijn modellen verkrijgbaar die vier zichtbare golflengtes met hoge intensiteit produceren plus infrarood (IR) en twee ultraviolette (UV) golflengtes. Door de meest geschikte verlichtingsoptie te kiezen, kunnen de prestaties van het vision-systeem verder worden verbeterd.

De olie-, chemicaliën- en waterbestendige aluminium behuizingen zijn IP69K en verkrijgbaar in lengtes van 340 en 640 mm. Er zijn drie raamopties: helder of diffuus polycarbonaat en borosilicaatglas. Ze hebben een dimfunctie van 1 tot 10 V en een instelbare pulsbreedtemodulatie (PWM) stroboscoopfunctie. Voorbeelden van beschikbare lichtkleuren voor de 340 mm LED staaflampen zijn:

• Daglicht wit (5000 K), BL60W340L14ASQ
• Rood, BL60R340L14ASQ
• Groen, BL60G340L14ASQ
• Blauw, BL60B340L14ASQ
• Infrarood, BL60I340L14ASQ.
• 365 nm ultraviolet, BL60UV365-340GL30ASQ
• 395 nm ultraviolet, BL60UV395-340L30ASQ

IP69K vernikkelde zinken lasersensor voor flessendoppen

Niet elke sensortoepassing in voedsel-, drank- en farmaceutische verwerkingslijnen vereist een door de FDA goedgekeurd behuizingsmateriaal. Het afdekken van flessen is een goed voorbeeld.

Flessendoppen worden vaak in bulk geleverd en moeten worden gesorteerd voordat ze op de afvullijn worden gebruikt. Verkeerd uitgelijnde doppen, zoals omgekeerde doppen, kunnen leiden tot flessen zonder dop of de sluitmachine blokkeren, waardoor de productiviteit daalt. Een lasersensor zoals de Q3XTBLD-Q8 (Q3X) kan snel vaststellen of doppen de verkeerde kant op staan voordat ze het dopafgiftesysteem bereiken.

De Q3X heeft 100 mm achtergrondonderdrukking, waardoor hij zeer geschikt is voor oriëntatiedetectietoepassingen. Met vaste achtergrondonderdrukking kunnen Q3X-sensors worden ingesteld om een specifieke afstand te herkennen en alles buiten de instelwaarde te negeren.

In een toepassing voor het sorteren van flessendoppen kan de Q3X worden ingesteld om te detecteren wanneer de bovenkant van een dop naar de sensor is gericht. Als de dop van je af wijst, wordt hij genegeerd. Als de dop naar de sensor is gericht, wordt een mislukte uitvoer verzonden en wordt de dop geweigerd. Het kan gerecycled worden in de dopsorteerder voor een nieuwe poging.

De snelle detectiesnelheid van de Q3X is belangrijk in hogesnelheidsvullijnen. Deze sensor kan een onderdeel in slechts 250 µs detecteren en tot 2000 gebeurtenissen per seconde vastleggen. Het schuine 3-cijferige display geeft feedback aan de gebruiker en versnelt de instelling en inbedrijfstelling. De behuizing van vernikkeld zink voldoet aan IP67 en IP69K, waardoor deze geschikt is voor natte omgevingen (Afbeelding 6).

Afbeelding 6: Deze IP69K-lasersensor zit in een vernikkelde zinken behuizing die geschikt is voor het aftoppen van flessen. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Conclusie

Robuuste sensors die voldoen aan IP69K en bestand zijn tegen CIP-bewerkingen onder hoge druk en hoge temperaturen zijn nodig in voedsel-, drank- en farmaceutische verwerkingslijnen. Veel van deze sensoren voldoen ook aan de vereisten van IP68 voor onderdompeling in water. In de meeste gevallen moeten ze worden verpakt in FDA-goedgekeurde materialen, maar er zijn uitzonderingen, zoals het afdekken van flessen.