Sensor-Performance für die Automation

Hygiene und Reproduzierbarkeit sind in der Lebensmittelindustrie entscheidende Faktoren, um effizient und sicher mit einem hohen Automatisierungsgrad zu produzieren. Dies hat Auswirkungen auf die eingesetzte Messtechnik. Da es für die Automatisierung keine Pauschallösungen gibt, ist das Programm der Anuga FoodTec-Aussteller an Systemen, die sich einfach in die Anlagen einbinden lassen, breit gefächert. Es reicht vom einfachen Regelventil über Sensoren bis hin zu dezentralen Lösungen, die vielfältige Diagnosemöglichkeiten eröffnen.

Speziell für die hygienische Produktion bieten die Messtechnikhersteller auf die hohen Anforderungen der Lebensmittelbranche zugeschnittene Lösungen. Dank hochwertiger Werkstoffe widerstehen diese selbst aggressiven Reinigungsmitteln und erfüllen alle Standards nach EHEDG, 3-A Sanitary und FDA. Konstruktiv zeichnen sich die zum Einsatz kommenden Sensoren durch ein spalt- und totraumfreies Hygienedesign, frontbündige Prozessanschlüsse sowie robuste Edelstahlgehäuse aus, die allen Aspekten einer CIP-Reinigung (Cleaning-In-Place) gerecht werden. Gerade bei den für Getränkeproduzenten so wichtigen CIP-Anwendungen liegt großes Einsparpotenzial. Hier senken hochgenaue Messwerte und kurze Reaktionszeiten den Energie- und Medienaufwand deutlich. Baumer etwa bietet hygienische Sensoren, die präzise und schnell Parameter wie Leitfähigkeit, Durchfluss, Temperatur, Füllstand und Druck messen. Ein aktuelles Beispiel ist der ultra-kompakte Leitfähigkeitssensor PAC50. Um die Abmessungen auf ein Minimum zu bringen, gingen die Konstrukteure bei der Entwicklung bis an die Grenzen des physikalisch Machbaren. Das Gehäuse ist nicht länger als 60 Millimeter, selbst das Display begnügt sich mit 32 x 25 Millimeter. Der Sensor zeichnet sich durch hohe Performance und Temperaturrobustheit bis 140 Grad aus und ist ideal geeignet für den Einsatz in kleinen Anlagen in der Brau- und Getränkeindustrie.

Dank der patentierten SAW-Technologie (Surface Acoustic Waves) können die FLOWave Durchflussmesser von Bürkert Fluid Control Systems vollständig auf messstoffberührende Sensorelemente im Messrohr verzichten. Die zu messenden Flüssigkeiten kommen nicht mit Sensorelementen in Kontakt und es gibt keine Toträume. Somit misst FLOWave Typ 8098 den Durchfluss unter vollkommen hygienischen Bedingungen. Der Multiparameter-Sensor kann sowohl Durchfluss, Dichte und Temperatur als auch die Stammwürze-Konzentration messen, was ihn für den Einsatz in Brauereien prädestiniert. Die hohe Wiederholgenauigkeit des Messwerts sorgt auch dann für gleichbleibende Sudparameter, wenn es bei den jeweiligen Biersorten Veränderungen bei den Rohstoffen gibt. Da sich das Messrohr strömungstechnisch nicht von jedem anderen geraden Rohrstück der Anlage unterscheidet, gibt es auch keinen Druckabfall. Die Messung funktioniert bei stehenden Flüssigkeiten ebenso wie bei schneller Strömung. Die SAW-Technologie verdeutlicht dabei den jüngsten Trend in der Sensorik: Haben die Anbieter von Prozessmesstechnik in der Vergangenheit versucht, Sensoren für jede Anforderung zu entwickeln, lösen sie die immer individueller werdenden Aufgabenstellungen in der Lebensmittelindustrie heute mittels innovativer Sensor-Software-Konzepte.

In den "intelligenten" Sensoren (Smart Sensors) erkennen Experten die Tendenz hin zu Multiparametersystemen, die die zunehmende Komplexität hygienischer Prozesse beherrschen. Sie befähigen bestehende Technologien, die traditionell für Durchfluss und Füllstand eingesetzt werden, zur Messung von Eigenschaften wie Dichte oder Viskosität. Zusätzliche Prozessdaten und Diagnoseinformationen erlauben präzise Voraussagen über den aktuellen Zustand und künftigen Wartungsbedarf der Anlage. So werden Ausfallzeiten und Kontaminationsrisiken reduziert. Mit den drei Messprinzipien – Druck, kontinuierlicher Füllstand und Grenzstand – hilft beispielsweise die neue "Compact Line" von Endress+Hauser, die Produktivität zu steigern. Während die Schutzart IP69 der Gehäuse eine effiziente Reinigung der Messgeräte gewährleistet, hält die geschweißte Edelstahlkonstruktion auch einer Sterilisation vor Ort stand (Sterilization-In-Place, SIP). Garant für dieses 360-Grad-Hygienedesign ist nicht zuletzt auch die Memosens-Technologie. Sie hat die Flüssigkeitsanalyse revolutioniert und steht für Digitalisierung der Messwerte direkt im Sensorkopf, das heißt: für die kontaktlose, digitale Signalübertragung sowie für Diagnose und Speicherung aller relevanten Daten direkt im Sensor. Feuchtigkeit und Korrosion haben dadurch keine Chance mehr. Mit allen gängigen Feldbussen sind Memosens-Systeme offen für alle Prozessleit- und Asset-Managementsysteme. Dabei haben Anwender die Möglichkeit, Memosens-kompatible Komponenten voneinander unabhängig agierenden Anbietern zu beziehen und frei miteinander zu kombinieren.

Es sind vor allem medienunabhängige Messprinzipien, die hoch in der Gunst der Lebensmittelproduzenten stehen. Mit dem CombiLevel PLP70 macht Baumer die kontinuierliche Füllstandsmessung noch einmal deutlich flexibler. Der potentiometrische Füllstandssensor passt sich selbst an homogene Medien mit sehr geringer Leitfähigkeit (größer als fünf Mikrosiemens pro Zentimeter) automatisch an und ermöglicht dank großem Touch-Display eine bedienerfreundliche Prozessüberwachung. Der Füllstandssensor mit IO-Link-Schnittstelle bietet eine Ansprechzeit von weniger als 100 Millisekunden und ist ideal geeignet für hochdynamische Prozesse mit schnellen Füllstandswechseln. Damit stößt der Sensor in bislang unerreichte Grenzbereiche vor, denn: „Der PLP70 lässt sich besonders gewinnbringend einsetzen bei hoher Sortenvielfalt oder häufigem Medienwechsel. Durch das medienunabhängige Messprinzip bietet der Sensor auch bei den anspruchsvollsten Applikationen höchste Genauigkeit und Wiederholbarkeit“, sagt Produktmanager Julian Budde. Als Beispiele nennt Budde Prozesse mit schwer messbaren pastösen, anhaftenden oder schäumenden Medien mit niedriger Leitfähigkeit. Dank des robusten und spaltfreien Sensordesigns wird eine einfache und zuverlässige Reinigbarkeit der prozessberührenden Teile sichergestellt. Darüber hinaus minimiert der Sensor dank seinem schwimmerlosen Messprinzip das Risiko für Fehlfunktionen sowie Ausfälle des Sensors und steigert somit die Prozess- und Anlagensicherheit.

Ausgestattet mit IO-Link und vielseitigen Hygieneadaptern trifft auch der Füllstandsensor Vegapuls 42 den Nerv der Branche: komplexe Messaufgaben schneller, einfacher und kostengünstiger zu lösen. Innerhalb seines IO-Link-Portfolios bringt Vega damit die Vorteile der Radarmesstechnik in die hygienesensiblen Prozesse der Lebensmittelindustrie. Radar ist hier oft eine bessere Alternative zur kontinuierlichen und berührungslosen Füllstandmessung, und lässt sich, anders als etwa Ultraschall, nicht von Prozess- und Umgebungsbedingungen beeinflussen. „Wir haben mit Bedacht alle entscheidenden Funktionalitäten auf dem höchsten Stand der Technik in den Sensor integriert“, erläutert Produktmanager Marvin Moser. Entsprechend basiere der Vegapuls 42 auf dem derzeit besten am Markt verfügbaren Radar-Chip. Gleichzeitig wurde konsequent darauf verzichtet, ihn zu überdesignen. Kurz gesagt: Der Vegapuls 42 ist auf das wirklich Notwendige reduziert. So ist er maßgeschneidert für alle Standardanwendungen, in denen mehr Funktionalitäten die Arbeit nur komplizierter machen würden. Konkret heißt dies, dass der Sensor auf mittlere Messdistanzen von bis 15 Meter oder Temperaturen von bis zu maximal 150 Grad Celsius ausgelegt ist. Die Ausstattung richtet sich auf Produktionskreisläufe, Dosierungsprozesse oder nachgelagerte Prozesse wie in Förder- und Abfüllanlagen. Für zuverlässige Abläufe sorgt er, wo immer sich die Füllstände von Flüssigkeiten und Schüttgütern schnell ändern und eine kontinuierliche Überwachung erfordern.