wersja mobilna
Online: 352 Wtorek, 2016.09.27

Temat miesiąca

Automatyka w przemyśle spożywczym

wtorek, 30 października 2012 13:42

Przemysł spożywczy od lat stanowi jeden z najważniejszych dla dostawców automatyki rynków końcowych i jednocześnie bardzo perspektywiczną branżę. Nakłady finansowe na wyposażenie fabryk w przemyśle spożywczym od lat rosną. Dzięki temu są w nich wdrażane najnowocześniejsze rozwiązania techniczne, przykładowo na wielu stanowiskach pracują roboty przemysłowe, a cechy produktów kontrolowane są za pomocą automatycznych systemów inspekcji. W rezultacie odpowiednio do wzrostu wolumenu oraz złożoności produkcji rosną także jej wydajność, rentowność oraz jakość.

Spis treści » Pompy odpowiadają za transport
» Uwaga na zawory
» Systemy transportu
» Maszyny specjalistyczne
» Roboty w produkcji spożywczej
» Aplikacje zrobotyzowane
» Specyfika systemów zrobotyzowanych
» Czujniki ważnym elementem instalacji technologicznych
» Monitoring procesów i otoczenia
» Sterowanie produkcją spożywczą
» DSC a PLC
» Podsumowanie
» Pokaż wszystko

Produkcja żywności to proces wieloetapowy, który rozpoczyna się od dostarczenia do magazynów zakładu surowców pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego. Następnie są one poddawane wstępnej obróbce. Usuwa się m.in. łodygi, liście oraz korzenie owoców i warzyw, a w przypadku surowego mięsa skórę oraz tłuszcz.

Produkty mrożone rozmraża się. Później surowce są sortowane, na przykład według rozmiaru lub jakości. W kolejnym etapie rośliny obiera się ze skórki, z ryb usuwa ości, a mięso oddziela od kości. Tak przygotowane produkty tnie się na części, kroi na plasterki, sieka, mieli, kruszy lub rozciera. Następnie surowce oraz różne dodatki są ze sobą mieszane.

Kolejne etapy obróbki to m.in. wędzenie, blanszowanie, pieczenie, smażenie, prażenie, mrożenie lub suszenie. Przed rozlaniem do butelek, włożeniem do plastikowych pudełek, kartonów, metalowych puszek lub wyłożeniem na tackach, które są foliowane, produkty konserwuje się (sterylizuje, pasteryzuje). Opakowania te umieszcza się później w pojemnikach zbiorczych.

Te ostatnie są ładowane do samochodów dostawczych i wysyłane do odbiorców lub transportowane do magazynów. Wiele z tych zadań może być zautomatyzowanych. W artykule przedstawiamy przykładowe komponenty systemów automatyki używane na różnych etapach produkcji spożywczej oraz kryteria ich wyboru.

POMPY ODPOWIADAJĄ ZA TRANSPORT

W zależności od stanu skupienia surowców, półproduktów i gotowych wyrobów do ich transportu używa się różnych urządzeń. Na przykład produkty w stanie ciekłym, które do zakładu są dostarczane w cysternach dalej pompuje się rurociągami. W ten sposób transportuje się m.in. zupy, syropy, koncentraty, soki, oleje, mleko, wino, płynną czekoladę, wsady owocowe oraz jogurty.

Pompy wykorzystuje się również do przemieszczania produktów półpłynnych (ciast), zmielonych (wsady kiełbas) oraz sypkich (cukier). Wybierając takie urządzenie należy się upewnić, że jego elementy mające kontakt z żywnością są wykonane z materiałów dopuszczonych do użytku w produkcji spożywczej (patrz ramka).

Istotna jest także ich odporność na środki chemiczne używane do mycia i dezynfekcji oraz wytrzymałość na ścieranie. To ostatnie może być wynikiem długotrwałego kontaktu z produktem lub substancjami wydzielającymi się w czasie jego przetwarzania. Przykładem są kryształki formujące się w określonych warunkach z rozpuszczonego cukru.

Jeżeli urządzenie będzie myte ręcznie, trzeba sprawdzić łatwość jego demontażu. Jeżeli natomiast w planach jest mycie lub sterylizacja na miejscu, czyli bez rozmontowywania (Cleaning In Place - CIP, Steam In Place - SIP), konstrukcja pompy powinna to umożliwiać. Sprawdzić trzeba także, czy dopuszczalne wartości temperatury (zewnętrznej i wewnętrznej), ciśnienia roboczego oraz odporności na wstrząsy pompy odpowiadają wymaganiom aplikacji.

Należy też ocenić, czy konkretny typ pompy nadaje się do transportu produktu o danej konsystencji, gęstości oraz lepkości. Przykładowo do transportu cieczy o dużej lepkości zaleca się pompy membranowe, zwłaszcza z podwójną membraną oraz zębate. Do pompowania produktów płynnych z cząstkami stałymi, na przykład jogurtów z kawałkami owoców, nadają się natomiast pompy krzywkowe.

Nie naruszają one bowiem struktury takich składników. Pompy śrubowe z kolei sprawdzają się w transporcie produktów o dużej gęstości, na przykład mielonego mięsa, serów oraz ciast. Ten rodzaj pomp również nie niszczy pompowanego produktu. W wypadku płynów o małej lepkości lepiej korzystać z pomp odśrodkowych.

Surowce i gotowe produkty, zwłaszcza te w formie płynnej, półpłynnej (ciasta, syropy) oraz sypkiej (mąka, różne proszki) łatwo mogą zanieczyścić wyposażenie linii produkcyjnych. Dlatego zapewnianie jej odpowiedniej higieny wiąże się z jej częstym myciem i odkażaniem. Z tych powodów obudowy urządzeń używanych w produkcji spożywczej muszą być odpowiednio wytrzymałe oraz szczelne.

Inaczej różne substancje z zewnątrz mogłyby przenikać do środka maszyny, uszkadzając ją lub później zanieczyszczając również inne produkty. Stopień ochrony obudowy jest określany przez wartość kodu IP. Jego pierwsza cyfra charakteryzuje poziom ochrony przed zanieczyszczeniami stałymi, na przykład pyłem, druga natomiast opisuje szczelność obudowy w razie zalania lub zanurzenia jej w wodzie.

Im większa jest wartość IP, tym większy poziom ochrony. Przykładowo jeśli spodziewany jest rzadki kontakt urządzenia z wodą, wystarczającym zabezpieczeniem może być obudowa z IP65. Stopień ochrony IP69K jest natomiast wymagany, jeśli obudowa będzie często spłukiwana strumieniem wody (o temperaturze do +80°C) pod dużym ciśnieniem (80-100 barów).

Szczelność obudowy to nie wszystko - ważny jest również dobór zastosowanego materiału. Szczególnie popularne w zastosowaniach w branży spożywczej są obudowy wykonywane ze stali nierdzewnej. Powierzchnie z tego materiału łatwo jest czyścić, charakteryzuje je także duża odporność na korozję.

Jest to o tyle istotne, że jeżeli zjawisko to rozwinie się, może dojść do rozszczelnienia obudowy. Odporność na korozję stali nierdzewnej wynika z faktu, że zawiera ona chrom. Wchodząc w reakcję z tlenem z powietrza, tworzy on na powierzchni materiału warstwę tlenku chromu. W ten sposób powstaje powłoka ochronna zabezpieczająca przed czynnikami korozyjnymi.

Jeżeli ulegnie ona uszkodzeniu, na przykład pod wpływem chemikaliów, szybko następuje jej samoistna odbudowa, nawet przy niewielkiej dostępności tlenu. Dlatego stal nierdzewną można bez obaw spłukiwać wodą tuż po zastosowaniu środków myjących.

Ze stali tego typu wykonywane są nie tylko ścianki obudów, ale też elementy mocujące (śruby, wpusty, pierścienie zaciskowe, itp.). Inne materiały zabezpiecza się zwykle powłokami antykorozyjnymi.

Wysoki stopień ochrony obudowy zapewnia też wykonanie jej jako jednoczęściowej, często z dodatkową komorą do podłączenia okablowania. Elementy ruchome, na przykład pokrywy, zabezpiecza się z kolei dodatkowymi mocowaniami uniemożliwiającymi ich przypadkowe otwarcie. Kondensacji wewnątrz obudowy zapobiega się, wyposażając ją w otwory / kanały do odprowadzania skroplin.

Obowiązkowym elementem obudów o wysokim IP są też uszczelnienia (często wielokrotne) - na przykład gniazd przyłączy, wałów, itp. Wykonuje się je m.in. z NBR (kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego) odpornego na oleje pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz wodę.

Inne popularne materiały to PTFE (teflon) i EPDM (kauczuk etylenowo-propylenowy), które są odporne na wysokie temperatury i środki chemiczne oraz FPM (kauczuk fluorowy), odporny na smary i oleje.

UWAGA NA ZAWORY

Niezbędnym komponentem systemów przesyłu produktów rurociągami są zawory. Wybierając to urządzenie, należy m.in. sprawdzić chropowatość jego powierzchni. Powinna ona być jak najmniejsza, dzięki czemu dokładne czyszczenie zaworu będzie łatwiejsze i szybsze. Na powierzchni nie mogą także występować zarysowania i szczeliny.

Aby zmniejszyć szorstkość, producenci stosują na przykład polerowanie mechaniczne i elektrolityczne. Zawór nie może też zawierać elementów, w których gromadzą się zabrudzenia. Dlatego na przykład korpusy zaworów higienicznych wykonuje się z jednego odlewu (konstrukcje bezspawowe), nie umieszcza się nitów i śrub w komorze z produktem, a ostre kąty wewnątrz i na zewnątrz obudowy zaokrągla się.

W zaworze nie powinny występować też tzw. strefy martwe, czyli bez przepływu. Trudno je bowiem wyczyścić, co sprawia, że osadzają się w nich resztki produktów oraz pozostałości środków myjących. To pierwsze w przypadku surowców organicznych sprzyja rozwojowi bakterii, natomiast resztki chemikaliów mogą skazić produkt.

Aby zapewnić szczelność zaworu, wytrzymałość materiału i konstrukcji jego uszczelnień powinna być dostosowana do warunków pracy (temperatury, ciśnienia). Żeby ograniczyć odkształcanie się uszczelek, niektórzy producenci wzmacniają je na przykład metalowymi pierścieniami.

Również sam typ zaworu powinien być dobrany z uwzględnieniem właściwości transportowanego materiału. Przykładowo w wypadku cieczy o niskiej i średniej lepkości można zastosować zawory motylkowe, natomiast cieczy lepkich i z cząstkami stałymi - zawory kulowe.

SYSTEMY TRANSPORTU

Surowce, półprodukty i gotowe wyroby są również przewożone w pudełkach, workach lub luzem z użyciem wózków widłowych oraz przenośników. Te ostatnie dzieli się ze względu na rodzaj powierzchni nośnej na taśmowe, łańcuchowe, paskowe, rolkowe, modularne i płytkowe oraz sposób organizacji przestrzennej na poziome, pionowe oraz łukowe.

Najpopularniejsze są systemy transportu poziomego. Przenośniki pionowe są natomiast używane na stanowiskach o ograniczonej powierzchni lub w wypadku, gdy produkty muszą być transportowane między piętrami lub dostarczane na odpowiednią wysokość. Oszczędność miejsca zapewniają też taśmociągi łukowe.

Wybór typu powierzchni nośnej zależy z kolei przede wszystkim od właściwości transportowanego produktu. Kluczowe znaczenie mają zwłaszcza wymiary, waga, temperatura (produkty gorące, mrożone, schładzane), stabilność struktury (krucha, miękka, twarda, plastyczna), cechy specyficzne (ostre krawędzie, tłusta powierzchnia), sposób pakowania (bez osłony, w opakowaniach oddzielnych, zbiorczych) oraz rodzaj opakowania (szklane, metalowe, papierowe).

Przenośniki taśmowe są zalecane do transportu pojedynczych oraz odpowiednio zapakowanych produktów, łańcuchowe w wypadku obiektów o dużej masie i szerokości, natomiast pasowe do przenoszenia produktów o dużych rozmiarach, ale lekkich. Wspólną zaletą tych trzech typów przenośników jest cicha praca.

Dzięki temu mogą być używane na liniach produkcyjnych, w obrębie których przez dłuższy czas pracują też ludzie. Do transportu produktów dużych i ciężkich używa się też przenośników rolkowych. Przenośniki modułowe sprawdzają się natomiast, gdy wymagana jest odporność na wysokie temperatury, chemikalia oraz uszkodzenia mechaniczne.

Zaletą taśmociągów płytkowych jest z kolei łatwość naprawy. W razie uszkodzenia wystarczy bowiem wymienić tylko daną część taśmy (jedną lub kilka płytek), co zmniejsza koszty oraz skraca przestoje.

Rezystancyjny termometr Omnigrad M TR48 w wykonaniu higienicznym dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego i chemicznego firmy Endress+Hauser. Urządzanie składa się z czujnika pomiarowego (Pt10 0 o klasie dokładności A według DIN EN 60751) bez osłony ochronnej oraz głowicy, w której można zainstalować przetwornik pomiarowy.

Montaż w instalacji procesowej dokonywany jest poprzez wspawanie przyłącza kulistego. Elementy zwilżane termometru wykonano ze stali kwasoodpornej 316L/1.4435, natomiast głowicę ze stali kwasodpornej, aluminium lub tworzywa sztucznego (w zależności od wersji urządzenia).

Stopień ochrony to co najmniej IP65, dostępne są też czujniki w wersji IP68. Zakres pomiarowy termometru: -50°C...+200°C, maksymalne ciśnienie w 20°C: 140 barów. Urządzenie dostępne jest też w wersji z podwójnym sensorem Pt100, który zapewnia redundancję lub umożliwia walidację pomiarów.
www.pl.endress.com

Czujnik prędkości MCP-2K firmy Meskon składa się z enkodera połączonego z wałkiem ułożyskowanym w bloku łożyskowym z dwoma obustronnie uszczelnionymi łożyskami ze stali nierdzewnej. Całość umieszczona jest w obudowie ze stali nierdzewnej o stopniu ochrony IP65 z odkręcaną i uszczelnioną pokrywą.

Na zewnątrz skrzynki znajduje się płytka z dwoma prętami (widelec), które ustalają położenie czujnika względem obiektu oraz zapobiegają obrotowi sensora wokół osi wałka pomiarowego. MCP-2K jest przeznaczony do pomiaru małych prędkości obrotowych lub liniowych (jeżeli zostanie sprzężony z rolką lub bębnem o znanej średnicy).

Urządzenie można m.in. zastosować do pomiaru prędkości wag taśmociągowych i wagoprzenośników używanych do ważenia i dozowania materiałów sypkich.
www.meskon.com.pl

Chwytak podciśnieniowy TVCB 250 do butli z wodą o dużej wadze z oferty firmy Tevac. Urządzenie wykonano z anodowanego aluminium, zastosowano też dwa pierścienie uszczelniające. Nie występują w nim ruchome elementy mechaniczne.

Chwytak waży 3,6 kg, a siła jego trzymania to 200 kg. TVCB 250 można m.in. wykorzystać do przenoszenia butli z wodą o pojemności 18,9 l i 11 l, zdejmowania butli z linii rozlewniczych, z pozycji pionowych i poziomych oraz ich układania na regałach.
www.tevac.pl

Chwytak widłowy FlexGripper do paletyzacji z oferty ABB dla robotów IRB 460 i IRB 660. Przeznaczony jest do przenoszenia worków o masie do 50 kg oraz wysokości: 120-250 mm, długości: 300-750 mm i szerokości: 250-450 mm. Waga chwytaka: 60 kg, odstęp między widełkami: 80 mm, zakres obrotów kabla: ± 180°.
www.abb.pl



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Elastyczne rurki izolacyjne 3/8...2" odporne na działanie wody i olejów

2016-09-27   |
Elastyczne rurki izolacyjne 3/8...2

AutomationDirect wprowadza do oferty elastyczne rurki izolacyjne firmy Electri-Flex, odporne na działanie wody i olejów. Są one produkowane w trzech wariantach na zakres średnic od 3/8" do 2", zbrojonych stalą nierdzewną i niemetalicznych.
czytaj więcej

System opisowy elementów szafy sterowniczej

2016-09-27   | Weidmüller Sp. z o.o.
System opisowy elementów szafy sterowniczej

MultiMark firmy Weidmüller to system do tworzenia opisów, który bazuje na oprogramowaniu M-Print PRO oraz drukarce termotransferowej THM MMP. Pozwala on na szybki druk praktycznie wszystkich typów etykiet do opisu elementów szaf sterowniczych.
czytaj więcej

Nowy numer APA