Trójwymiarowe czujniki przyspieszają produkcję w branży spożywczej

Wykorzystanie ultranowoczesnych czujników i rozwiązań systemowych z gamy smart factory w fabrykach i zakładach wytwarzających produkty spożywcze przynosi realne oszczędności, ważne także w dobie ograniczeń powodowanych przez pandemię koronawirusa. To dlatego już około połowa polskich przedsiębiorstw wdrożyła technologie Przemysłu 4.0., wśród której prym wiedzie technika 3D. Wykorzystywanie jej na etapie pakowania eliminuje w czasie rzeczywistym krytyczne błędy, pojawiające się przy manualnych pomiarach i ręcznym zapisie, zmniejsza nakłady, optymalizuje procesyw zakresie oszczędności czasu i środków.

Według danych Eurostatu Polska od kilku lat bezsprzecznie należy do głównych producentów żywności w Europie. Udział rodzimych wytwórców i producentów w rynkowej skali całego Starego Kontynentu wynosi aż 9 procent. Według danych Głównego Urzędu Statystycznego ten sektor pracuje na około 16 procent całkowitej produkcji sprzedanej polskiego przemysłu. W kraju nad Wisłą w średnim ujęciu rocznym zatrudnionych w branży spożywczej jest na stałe około 380 tysięcy osób.  Zdaniem specjalistów jednym z wiodących czynników sukcesu i dobrych wyników w krajowych przedsiębiorstwach spożywczych jest Przemysł 4.0. i zastosowanie przyjaznych oraz oszczędnych technologii ze zróżnicowanej palety rozwiązań smart factory.

Cyfrowa automatyzacja

Potwierdza to badanie przeprowadzone w 2019 roku przez Kantar Polska, przy współudziale Ministerstwa Przedsiębiorczości i Technologii. Na jego podstawie stwierdzono, że już jedno na pięć średnich i dużych przedsiębiorstw w Polsce prowadzi działania systemowe związane z konkretnymi aspektami Przemysłu 4.0. Więcej niż jedna na trzy firmy korzysta z wyspecjalizowanych do tego działów, odpowiadających za zarządzanie zmianami i wdrażanie technologicznych innowacji. W blisko połowie krajowych przedsiębiorstw innowacyjne rozwiązania już działają, tyle że są jeszcze w początkowej fazie etapów implementowania rozwiązań zaliczanych do czwartej rewolucji przemysłowej.

Oferta produktów dostępnych na rynku, stworzonych specjalnie do zastosowań w przemyśle spożywczym, obejmuje chociażby innowacyjne czujniki pozycji, czujniki procesowe, systemy sterowania i technikę łączeniową oraz 3D. Stale rosnącą popularnością w polskich fabrykach cieszą się czujniki  służące do pomiaru: ciśnienia, poziomu, przewodności, temperatury, monitorowania drgań, ale również innowacyjne zastosowania w dziedzinie okablowania.

Wszystkie te produkty wykonane są z wysokiej klasy materiałów dopuszczonych do kontaktu z żywnością. Mają obudowę spełniającą wymagania higieniczne, wyróżniają się wysoką szczelnością i odpornością temperaturową. Ofertę uzupełniają odpowiednie konektory o wysokim stopniu ochrony oraz akcesoria montażowe ze stali kwasoodpornej przeznaczone specjalnie dla branży spożywczej. Wszystkie urządzenia i systemy spełniają wymagania światowych norm oraz unijnych dyrektyw.

Niezawodna technologia

Jednym z tego typu nowoczesnych i innowacyjnych rozwiązań jest czujnik 3D typu O3D 300, 302, 310 lub 312, który jest fotoelektrycznym czujnikiem mierzącym odległość pomiędzy czujnikiem a najbliższą powierzchnią. Niezawodne określenie objętości w technologii przechowywania i przenoszenia. Bezdotykowe wymiarowanie obiektów prostokątnych, jak opakowania tekturowe lub paczki czy precyzyjne pomiary wysokości, szerokości i długości do wyliczenia długości taśmy i objętości. Do tego niezawodne wykrywanie wielkości, orientacji i położenia obiektów do planowania przestrzeni w magazynach automatycznych oraz wyjścia przełączające i interfejs Ethernet danych procesowych. Tak w kilku zdaniach można podsumować funkcjonowanie czujnika 3D.

– Konkurencyjność na tym rynku zmusza do szybkiego reagowania na wymagania branży i aspekty środowiskowe. Najwyższe bezpieczeństwo procesów i stała wysoka jakość produktów, to wymogi obowiązujące w przemyśle spożywczym w produkcji napojów, słodyczy, branży mleczarskiej i przetwórstwie mięsnym. Nawet drobne błędy podczas pakowania produktów mogą oznaczać straty z powodu wycofania ze sklepów całej partii albo rzutować na kosztowne powtarzanie procesów produkcji. Precyzyjne cyfrowe dane zapewnią zakładom produkcyjnym stabilność pomiarów. Technologiczne nowinki eliminują bądź ograniczają równocześnie ryzyko nieszczelności, uszkodzeń czy zanieczyszczeń – wymienia Aleksandra Banaś, prezes zarządu katowickiej spółki ifm electronic, produkującej innowacyjne czujniki stosowane między innymi właśnie w branży spożywczej.

Elastyczność dla klienta

Gdy paleta z jednym tylko niekompletnym opakowaniem dociera do klienta, ten często odsyła cały towar. Oprócz poczucia niezadowolenia generowane są dodatkowe koszty. Rozwiązaniem tego problemu jest sprawdzanie kompletności. Często montowane są w tym celu pojedyncze czujniki nad każdą pozycją opakowania. Jest to jednak sposób mało elastyczny, zwłaszcza gdy zmieni się rodzaj lub wielkość, wtedy konieczna jest zmiana. Jeśli natomiast zmianie ulegnie kolor lub tekstura opakowania, zwykłe czujniki napotykają granice swoich możliwości.

– Wszystkie te problemy nie występują w przypadku sprawdzania kompletności w systemach pakowania za pomocą czujnika 3D, jaki swoim działaniem obejmuje pojemnik z góry w całości i porównuje obraz z przyuczonymi uprzednio przez użytkownika modelami. Rozbieżności są sygnalizowane za pomocą wyjścia przyłączającego. Na podstawie stałej wymiany opinii z użytkownikami oraz kompleksowych testów obsługi zadbaliśmy również o łatwą obsługę oraz integrację czujnika. To urządzenie nowej generacji punkt po punkcie wykorzystuje tak zwaną metodę pomiaru czasu przelotu światła pmd. Czujnik oświetla widok światłem podczerwonym i oblicza odległość wykorzystując światło odbite od powierzchni – opisuje Marta Hetmanowicz, specjalista ds. marketingu ifm electronic.  

Innowacyjne koncepcje, ułatwiające intuicyjną obsługę dają możliwość przyuczenia do różnych typów opakowań. Gwarantowana jest niezawodna detekcja niedomiaru lub przepełnienia czy automatyczna kompensacja pozycji. Technologia pomiaru czasu przelotu światła (PMD) oznacza dodatkowo niewrażliwość na światło zewnętrzne niezależnie od koloru. Do dyspozycji klienta oddawane są wspomniane wyjścia przełączające oraz interfejs Ethernet.

Obrazowanie procesów

Z kolei wartości procesowe są generowane na podstawie danych opracowywanych przez wewnętrzny proces przetwarzania obrazu i w następstwie porównywanie tych wyników z wartościami progowymi. Wartości procesowe i wyniki porównań są przesyłane na wyjścia cyfrowe. Pozwala to na realizację wielu zastosowań. Dane pomiarowe i wartości procesowe mogą być przesyłane przez Ethernet i przetwarzane przez użytkownika. Parametryzacja kamery również może być wykonana przez Ethernet.

W czasie montażu należy zwrócić uwagę na kilka zasadniczych kwestii. Po pierwsze stosować kable z reduktorami naprężeń. Trzeba pamiętać, aby w bezpośredniej styczności nie znajdowały się inne obiekty, a obiekt wykrywany był względem innych zlokalizowany najbliżej czujnika. Urządzenie należy zamontować w taki sposób, by umożliwić swobodny dostęp śrubokrętem do pokrętła regulacji ostrości. Producent zaleca by zamocować czujnik, wykorzystując podkładki sprężyste z momentem maksymalnym 3 Nm. Jeżeli urządzenie pracuje ciągle w strefach wilgotnych, to nakrętka M12 przemysłowego kabla Ethernet (np. E11898) może korodować. Trzeba wtedy stosować kable z wysokiej jakości kwasoodporną nakrętką ze stali nierdzewnej.

Ze względu na wymagania w zakresie emisji zakłóceń elektromagnetycznych urządzenie jest przeznaczone do stosowania w środowisku przemysłowym. Urządzenie nie jest odpowiednie do zastosowań w warunkach domowych. Czujnik może pracować tylko w warunkach pracy podanych w karcie katalogowej. A bezpieczeństwo urządzenia jest ocenione dla konkretnych warunków pracy. To między innymi zastosowanie wewnątrz budynków, zlokalizowanych na wysokości maksymalnie do 2000 metrów n.p.m. Wilgotność względna powietrza nie może przekraczać wartości maksymalnej 90 procent bez kondensacji. Warto również zwrócić uwagę, że funkcjonowanie urządzenia jest dopuszczalne przy maksymalnie trzecim stopniu zanieczyszczenia powietrza.

Profesjonalna obsługa

Czy taki nowoczesny czujnik może jednak ulec awarii? Okazuję się, że to praktycznie niemożliwie, ponieważ w przypadku prawidłowego użytkowania, konserwacja i naprawa nie jest potrzebna. Jeśli jednak trafi się wadliwe urządzenie, to dzięki odpowiednim procedurom może ono być naprawione jedynie przez producenta, który gwarantuje jego wieloletnią przydatność do użycia. Z pewnością przyda się jednak kilka porad dotyczących bieżącego działania czujnika. Przednie soczewki należy utrzymywać w czystości. Do czyszczenia stosować środki do czyszczenia szyb. Środki czyszczące zawierające rozpuszczalniki mogą uszkodzić plastikowe soczewki. Nie należy jednak otwierać urządzenia, gdyż to może być wykonywane wyłącznie przez producenta. Utylizację urządzenia należy przeprowadzić w sposób przyjazny dla środowiska zgodnie z odpowiednimi przepisami.

Inżynierowie przypominają, że czujniki 3D wchodzą w skład elementów przeznaczonych do integracji z systemem, a za bezpieczeństwo systemu odpowiada jego producent, po którego stronie leży również przeprowadzenie oceny ryzyka i stworzenie dokumentacji zgodnie z wymaganiami prawa i odpowiednich norm, w celu dostarczenia jej użytkownikowi i operatorowi systemu. Dokumentacja ta powinna zawierać wszystkie niezbędne informacje i instrukcje dotyczące bezpieczeństwa dla operatora i użytkownika oraz, jeżeli to niezbędne, dla każdego pracownika serwisu autoryzowanego przez producenta systemu.

Należy upewnić się, że urządzenie może zostać zastosowane w aplikacjach bez jakichkolwiek zastrzeżeń. Instalacja, podłączenie elektryczne, konfiguracja, obsługa i konserwacja urządzenia muszą być przeprowadzone przez wykwalifikowany personel upoważniony przez użytkownika maszyny. Bezwzględnie należy też chronić urządzenie i przewody przed mechanicznymi uszkodzeniami.

Opatentowane doświadczenie

Spółka ifm electronic od 1969 roku opracowuje, produkuje i dystrybuuje czujniki, sterowniki i systemy do automatyki przemysłowej na cały świat. Hasło „ifm - close to you!” – sprawdza się nie tylko w codziennej pracy na rzecz produkcji i rozwoju. Efekt to także utrzymywanie pozytywnych relacji z klientami i stosowanie dobrych praktyk w sprzedaży oraz obsłudze posprzedażowej nowoczesnych systemów i rozwiązań. Przyjęty w przedsiębiorstwie model działalności, który na każdym kroku obliguje do stosowania systemu etycznego jest fundamentem budowania wartości regionalnych i realizacji współdziałania z wieloma lokalnymi instytucjami na rzecz miejscowej społeczności oraz rozwoju całego regionu i jego mieszkańców.

– Dzięki temu nasi klienci otrzymują gwarancję najwyższej jakości. Własna technologia produkcji „ifm film technology”, spełnia wyśrubowane ekologiczne normy i procedury. Zawsze z poszanowaniem środowiska naturalnego. Inwestowanie w kadrę i rozwój pracowników na wszystkich szczeblach, przy udziale w branżowych wydarzeniach i dbaniu o ekologię, zapewnia nam możliwość wdrażania najnowszych technologii i innowacji z myślą o najbardziej wymagających klientach i ich profesjonalnej obsłudze. Oferta naszej firmy obejmuje ponad 10 tysięcy artykułów, rozwiązań systemowych i produktów kompatybilnych z wieloma komponentami – wylicza Aleksandra Banaś, prezes zarządu ifm electronic.

W szerokim asortymencie są pojedyncze czujniki z różnorodnymi akcesoriami, jak również kompletne systemy automatyki. Ponad 600 pracowników w dziale badawczo-rozwojowym oraz ścisła współpraca z instytucjami badawczymi, uczelniami, uniwersytetami oraz start-upami, doprowadziły do zgłoszenia ponad 600 wniosków patentowych i uzyskania około 440 tak zwanych patentów aktywnych. Te osiągnięcia zapewniają niezmiennie wysoką jakość i innowacyjność całej palety oferowanych produktów.