מהן האפשרויות החדשות של חיישני IP69K עבור קווי עיבוד מזון, משקאות ותרופות?

סניטציה היא חובה בעיבוד מזון, משקאות ותרופות. כמו כל הפעולות של Industry 4.0, קווי עיבוד אלה דורשים רמות גבוהות של אוטומציה הנתמכות על ידי חיישנים רבים.

המשמעות היא שימוש בחיישנים בעלי דירוג IP69K‏ להגנת חדירות היכולים לעמוד בשטיפות בלחץ גבוה ובנוהלי ניקיון-במקום (CIP) שגרתיים כדי לשמור על סביבת פעולה סניטרית תוך אבטחת תפעול יעיל.

בנוסף לדירוג IP69K, החיישנים ביישומים אלה נדרשים לעתים קרובות להיות בנויים מחומרים העומדים בדרישות מנהל המזון והתרופות (FDA), כמו סגסוגת פלב"ם SAE 360 L‏ שהיא חסינה ביותר בפני קורוזיה ויכולה לעמוד בהליכי CIP שגרתיים. ביישומים אחרים, בית עשוי פלסטיק בדירוג FDA יכול גם כן להתאים.

מאמר זה פותח בסקירה כללית של הדרישות של IP69K כפי שהוגדרו ב-DIN 40050-9, סוקר את הביצועים של סוגי פלב"ם שונים של ה-FDA, כולל סדרות SAE‏ 200‏, 300‏ ו-400, ובוחן פלסטיק בדירוג FDA ומתי ניתן להשתמש בהם.

לאחר מכן הוא מציג מספר חיישנים חדשים של Banner Engineering‏ המתאימים לשימוש בקווי עיבוד מזון, משקאות ותרופות, יחד עם כמה הצעות ליישום והתקנה. המאמר מסיים בבחינה של יישום מכסה בקבוק הזקוק לביצועי חיישן IP69K אך לא בית עשוי מחומר המורשה על ידי ה-FDA.

האם חיישני IP69K עומדים גם ב-IP68?

ניתן לתכנן חיישן כך שיעמוד בשני התקנים. ה-"6" בדירוגי IP אלה אומר שהתקנים אלה הם אטומים לאבק ואין חדירת אבק.

עם זאת, עמידה ב-IP69K אין משמעותה באופן אוטומטי שהחיישן עומד ב-IP68. תקן IEC 40050-9‏ מבוסס על תקן גרמני המרחיב את מערכת דירוג IP של IEC 60529 ומוסיף את דירוג IP69K עבור יישומי שטיפה בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה החורגים במידת מה מדירוגי IP האחרים.

הגנת חדירות מים של IP68 מבוססת על IP67. IP67 דורש טבילה זמנית במים בעומק של עד מטר למשך 30 דקות לפחות. IP68 כולל גם טבילה במים עם תנאי הבדיקה שנקבעו בהסכמה בין יצרן ההתקן לבין המשתמש, והיא חייבת להיות חמורה יותר מ-IP67. לדוגמה, חיישנים בדירוג IP68 של Banner Engineering יכולים להתמודד עם לפחות 24 שעות של טבילה רצופה בשני מטרים של מים.

IP69K אינו דורש טבילה במים. בדיקה עבור IP69K כוללת שלושה אלמנטים:

• יכולת לרסס את ההתקן עם מים ב-80°C‏+ בקצב זרימה של 14 עד 16 ליטר לדקה (L/min‏) ולחץ של Mpa‏ 10‏ (1,500 פאונד לאינץ' רבוע, psi‏)
• יש להחזיק את נחיר הריסוס במרחק של 10 עד 15 ס"מ מההתקן בזוויות של 0°‏, ִ°‏30‏+, °‏60‏+ ו-°‏90‏+ למשך 30‏ שניות, עד סה"כ של 120 שניות
• ההתקן מסתובב על פלטה אחת ל-12 שניות

חיישנים בדירוג IP69K של Banner Engineering נבדקים בנוסף בטבילה במים של מטר אחד לפחות, דרישה העולה על הנדרש בבדיקת IP69K סטנדרטית (איור 1). לאחר הבדיקה, החיישן נבדק כדי לראות אם יש מים בפנים. אם אין מים בפנים, החיישן חייב להמשיך לתפקד כרגיל כדי לעבור את הבדיקה.

איור 1: חיישנים המדורגים ל-IP69K, כמו זה, יכולים לעמוד בשטיפות בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה. (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

גם קורוזיה היא חשובה

מערכת דירוג IP מציינת עד כמה המארז מגן מפני חלקיקים מוצקים וחדירת נוזלים. זה לא מתייחס לפעולה בסביבה קורוזיבית. דרישות ה-FDA מכסות את זה.

ה-FDA מסדיר את חומרי הבתים הסגורים כדי להבטיח שהם בטוחים לשימוש עם מזון ותרופות. לדוגמה, פלב"ם בדירוג מזון חייב לעמוד בדרישות הבאות:

• הוא חייב להיות בעל תכולת כרום מינימלית של 16%. פילם תחמוצת-כרום מתרפא-מעצמו בנוכחות חמצן הופך את הפלב"ם לעמיד בפני קורוזיה.
• זה חייב להיות פלב"ם מסדרות SAE‏ 200‏, 300‏ ו-400 הכוללות סגסוגות כרום-ניקל-מנגן, סגסוגות כרום-ניקל וסגסוגות כרום, בהתאמה.
• עליו להיות בעל משטח חלק וקל לניקוי.
• הוא חייב לעמוד בפני חריצים, שבבים, סדקים, שריטות ובקעים ולהיות עבה מספיק כדי לעמוד בשטיפות חוזרות ונשנות בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה.
• אסור שהוא יעביר למזון ריחות, טעמים או צבעים.

עבור פתרון יותר קל-משקל, אלומיניום מאולגן (Anodized‏) נחשב "מוכר בדרך כלל כבטוח" על ידי ה-FDA. טיפול ועיבוד נכונים נדרשים בעת שימוש באלומיניום.

יש מגוון רחב של סוגי פלסטיק המורשים על ידי ה-FDA. מאפיינים נפוצים כוללים עמידות גבוהה בפני שחיקה, כיפוף ושינויים במידות. כמה דוגמאות הן:

• פוליקרבונט הוא חומר קל-משקל, שקוף וחזק במיוחד.
• לפוליבוטילן טרפתלט (PBT פוליאסטר) יש חוזק גבוה, קשיחות ויציבות הממדים. הוא עמיד בפני כימיקלים, חמצון ומים ועמיד בחום עד C‏°‏ 150‏.
• אקריליק הוא פלסטיק לא-רעיל ושקוף המורשה עבור טיפול בחומרים. הוא גם עמיד בחום ומתאים לשימוש בסביבות קשות.
• לניילון תכונות מחסום חמצן ורטיבות יוצאות-דופן. הוא משמש להגנה על חלקים מהסביבה החיצונית.

חיישנים פוטו-אלקטריים בפלב"ם בדירוג FDA

החיישנים הפוטואלקטריים סדרת Q4X‏ של Banner Engineering מציעים טווח חישה בין 25 ל-610 מ"מ, בתלות בדגם. לדוגמה, לדגם Q4XFKLAF310-Q8‏ יש טווח גילוי של 35 עד 310 מ"מ.

המארז עשוי פלב"ם בדירוג FDA‏ ‎316 L‏ ומדורג IP68 לפי IEC60529 ו-IP69K לפי DIN 40050-9. הוא תואם עם כימיקלים חומציים או קאוסטיים לניקוי וחיטוי הנפוצים בציוד ניקוי וסניטציה והוא מורשה ECOLAB.

כאשר החיישן הוא באופן פעולה, התצוגה בת 4 ספרות, 7 סגמנטים מציגה את קריאת המדידה הנוכחית או את ערך היציאה האנלוגית המתאים (איור 2). מאפיינים נוספים כוללים:

• דגמים בדידים, אנלוגיים (V‏ 0‏ עד V‏ 10‏ או mA‏ 4‏ עד mA‏ 20‏), אובייקטים שקופים ו-IO-Link‏
• דגמים ברזולוציה גבוהה עם יציאה אנלוגית והגבר עודף גבוה יותר עבור יישומים מאתגריםגבוה יותר ליישומים מאתגרים יותר
• מגלה מגוון של צבעי מטרה, חומרים ומשטחים בתלות במרחק
• אופן לימוד-כפול (עוצמה + מרחק) יכול לשמש עבור יישומים חסיני-שגיאות ומאפשר גילוי אובייקטים שקופים ללא צורך ברטרו-רפלקטור

איור 2: פוטו-חיישן תמונה זה בדירוג IP69K ו-IP68 נתון בתוך מארז פלב"ם בדירוג-FDA‏. (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

האצת הגדרות תצורה והחלפות

ניתן להשתמש בתצוגת חיישן מרוחק (RSD‏) RSD1QP‏ האופציונלית עם סדרת Q4X‏ ומשפחות חיישנים אחרות של Banner לצורך הגדרת-תצורה וניטור (איור 3). זה יכול להאיץ את החלפות המוצרים במפעלי Industry 4.0 ולהישאר מחובר או מוסר לאחר השלמת הגדרת התצורה. זה גם מפשט את הניטור של חיישנים במקומות קשים לגישה. שימושים אחרים עבור ה-RSD כוללים:

• העתקת הגדרות בין חיישנים
• תמיכה בהחלפה מהירה של חיישנים
• ה-RSD יכול לאחסן עד שש תצורות עבור פעולות שונות

איור 3: ניתן להשתמש ב-RSD1 עבור הגדרת תצורה וניטור מרחוק של חיישנים כמו סדרת Q4X של Banner. (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

פוטו-חיישנים בבתי פלסטיק

חיישן השטיפה T18-2VPRL-2M‏ (T18-2) הוא חיישן פוטו-אלקטרי עצמאי המיועד לשימוש בסביבות קשות, כגון קווי ייצור מזון, עיבוד עופות, גילוי תיבות והפעלת תחנת משקל בדיקה.

המארז עשוי מפוליאסטר PBT שחור וצהוב, וצינורות האור לחיווי והחלון עשויים מאקריליק לבן שקוף. מארז הפלסטיק מרותך באולטרה-סאונד כדי להבטיח אטימה מלאה, והאלקטרוניקה עטופה באפוקסי בדירוג IP69K, המספק אטימה יתירה (איור 4). גם חיישנים אלו הם בדירוג IP68.

איור 4: חיישן תמונה זה בדירוג IP69K ו-IP68 נתון במארז פלסטיק מורשה-FDA. (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

חיישני ראדאר IP69K מאלומיניום

חיישני ראדאר כמו סדרת Q90R‏ יכולים להועיל ליישומים כמו הגנה על אנשים ממכונות, עבודה עם רובוטים שיתופיים (קובוטים), או למדידות רמת מכל בקווי עיבוד מזון, משקאות ותרופות. בית האלומיניום בדירוג IP69K הוא יציב וקל משקל. לחיישנים אלו תחום טמפרטורות פעולה של 40‎°C- עד 65°C+,ההופך אותם למתאימים לשימוש בסביבות מאתגרות כמו אזורים רטובים וערפיליים.

לדוגמה, דגם Q90R-4040-6KDQ‏ הוא בעל טווח של 150 מ"מ עד 20 מטר ויש לו שתי יציאות, אחת PNP/NPN עם תקשורת IO-Link ואחת PNP/NPN. כל חיישני Q90R ניתנים להתאמה-מיוחדת של פרמטרי החישה כמו צורת החלון ונקודות ההגדרה. ה-IO-Link יכול לתמוך בהעברות נתונים בזמן-אמת.

גילוי אובייקטים יכול להתבסס על מרחק, מהירות ומיקום זוויתי ביחס לחיישן, ומעניק ביצועים רב-ממדיים ניתנים-להגדרה. שני אזורים עצמאיים יכולים לגלות ולמדוד מספר מטרות בו-זמנית (איור 5).

איור 5: חיישן ראדאר זה הנתון בבית מאלומיניום יכול לשמש לניטור מפלס המכל בקווי עיבוד מזון, משקאות ותרופות. (מקור תמונה: DigiKey‏)

תאורה עבור מערכות ראייה

מערכות ראייה עבור יישומי בקרת איכות ובדיקות זקוקות לתאורה טובה עבור תפעול מיטבי. נורות LED אטומות BL60 של Banner‏ מספקות תאורה בהירה וממוקדת. הדגמים מייצרים ארבעה אורכי גל של אור נראה בעוצמה גבוהה פלוס אינפרה-אדום (IR) ושני אורכי גל אולטרה-סגול (UV). על ידי בחירת אפשרות התאורה המתאימה ביותר, ניתן לשפר עוד יותר את ביצועי מערכת הראייה.

בתי האלומיניום העמידים בפני שמן, כימיקלים ומים הם בדירוג IP69K וזמינים באורך של 340 ו-640 מ"מ. עבור החלונות ישנן שלוש אפשרויות: פוליקרבונט שקוף או מפוזר וזכוכית בורוסיליקט. יש להם בקרת עמעום של 1 עד 10 וולט ופונקציית Strobe‏ מתכווננת עבור אפנון רוחב פולס (PWM). דוגמאות של צבעי האור הזמינים עבור נורות פסי LED‏ 340 מ"מ כוללות:

• לבן אור יום (5000K‏), BL60W340L14ASQ‏
• אדום, BL60R340L14ASQ‏
• ירוק, BL60G340L14ASQ‏
• כחול, BL60B340L14ASQ‏
• אינפרה-אדום, BL60I340L14ASQ‏.
• 365 ננומטר אולטרה סגול, BL60UV365-340GL30AS‏
• 395 ננומטר אולטרה סגול, BL60UV395-340L30ASQ‏

חיישן לייזר אבץ בציפוי ניקל IP69K עבור פקקי בקבוקים

לא כל יישום חיישן בקווי עיבוד מזון, משקאות ותרופות דורש חומר בית מורשה-FDA‏. מכסה בקבוק הוא דוגמה טובה.

מכסי בקבוקים מועברים לרוב בתפזורת ודורשים מיון לפני השימוש בקו המילוי. מכסים לא מיושרים, כמו אלו שהם הפוכים, עלולים לגרום לבקבוקים ללא מכסה או לתקוע את מכונת המכסים, ולהפחית את הפרודוקטיביות. חיישן לייזר כמו Q3XTBLD-Q8‏ (Q3X) יכול לזהות במהירות אם מכסים כלשהם פונים לכיוון הלא נכון לפני שהם מגיעים למערכת העברת המכסה.

ל-Q3X יש שיכוך רקע של 100 מ"מ, ההופך אותו למתאים היטב עבור יישומי גילוי כיווניות. עם שיכוך רקע קבוע, ניתן להגדיר חיישני Q3X לזהות מרחק מסוים ולהתעלם מכל דבר מחוץ לנקודת ההגדרה.

ביישום מיון מכסי בקבוקים, ניתן להגדיר את ה-Q3X כך שיגלה כאשר החלק העליון של המכסה פונה לכיוון החיישן. אם המכסה פונה החוצה, מתעלמים ממנו. אם הוא פונה לכיוון החיישן, נשלח חיווי כשל והמכסה נדחה. ניתן למחזר אותו לסדרן המכסים לניסיון נוסף.

קצב הגילוי המהיר של ה-Q3X חשוב בקווי מילוי מהירים. חיישן זה יכול לזהות חלק בתוך µs‏ 250‏ בלבד ולתעד עד 2,000 אירועים בשנייה. התצוגה בזווית בעלת 3 הספרות מעניקה משוב למשתמש ומאיצה את ההגדרה וההפעלה. בית האבץ המצופה ניקל מדורג ל-IP67 ו-IP69K, ההופכים אותו למתאים עבור סביבות רטובות (איור 6).

איור 6: חיישן לייזר זה בדירוג IP69K נתון במארז אבץ מצופה ניקל המתאים עבור תהליכי הרכבת מכסים על בקבוקים. (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

סיכום

יש צורך בחיישנים חסונים העומדים ב-IP69K ויכולים לעמוד בלחץ גבוה ופעולות CIP בטמפרטורה גבוהה בקווי עיבוד מזון, משקאות ותרופות. רבים מהחיישנים הללו נועדו גם לעמוד בדרישות IP68 עבור טבילה במים. ברוב המקרים הם חייבים להיות ארוזים בחומרים מורשי-FDA‏, אך ישנם יוצאי דופן כמו פעולות הרכבת מכסי בקבוקים.