เซ็นเซอร์ IP69K ใหม่ๆ สำหรับสายการผลิตอาหาร เครื่องดื่ม และยา มีรุ่นไหนบ้าง?

การสุขาภิบาลเป็นสิ่งสำคัญในการแปรรูปอาหาร เครื่องดื่ม และยา เช่นเดียวกับการดำเนินงานของอุตสาหกรรม 4.0 ทั้งหมด สายการผลิตเหล่านั้นต้องใช้ระบบอัตโนมัติในระดับสูงที่รองรับด้วยเซ็นเซอร์จำนวนมาก

นั่นหมายถึงการใช้เซ็นเซอร์ที่มีการป้องกันการเข้าออกที่แข็งแกร่งต่อสิ่งแวดล้อม (IP) 69K ที่สามารถทนต่อการล้างด้วยแรงดันสูงและขั้นตอนการทำความสะอาดในสถานที่ตามปกติ (CIP) เพื่อรักษาสภาพแวดล้อมการทำงานที่ถูกสุขอนามัยไปพร้อมๆ กับการรับรองการทำงานที่มีประสิทธิภาพ

นอกเหนือจากระดับ IP69K แล้ว เซ็นเซอร์ในการใช้งานเหล่านี้ยังต้องสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุที่เป็นไปตามข้อกำหนดของสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (FDA) เช่น โลหะผสมสแตนเลส SAE 360 L ที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงและสามารถทนต่อขั้นตอน CIP ทั่วไปได้ ในการใช้งานอื่น ๆ ตัวเรือนที่ทำด้วยพลาสติกเกรด FDA ก็เหมาะสม

บทความนี้เริ่มต้นด้วยการสรุปข้อกำหนดของ IP69K ตามที่กำหนดใน DIN 40050-9 ทบทวนประสิทธิภาพของสแตนเลส FDA รุ่นต่างๆ รวมถึงซีรีส์ SAE 200, 300 และ 400 รวมถึงพิจารณาพลาสติกเกรด FDA ที่มีจำหน่าย และเวลาที่สามารถใช้งานได้

ถัดไปจะนำเสนอเซ็นเซอร์ใหม่หลายตัวจาก Banner Engineering ที่เหมาะสำหรับการใช้งานในสายการแปรรูปอาหาร เครื่องดื่ม และยา พร้อมด้วยข้อเสนอแนะการใช้งานและการติดตั้งบางประการ ปิดท้ายด้วยการดูแอปพลิเคชันการปิดฝาขวดที่ต้องใช้เซ็นเซอร์ที่มีประสิทธิภาพระดับ IP69K แต่ไม่ใช่ตัวเรือนที่ทำจากวัสดุที่ได้รับการรับรองจาก FDA

เซ็นเซอร์ IP69K เป็นไปตาม IP68 ด้วยหรือไม่?

เซ็นเซอร์สามารถออกแบบให้ตอบสนองทั้งสองมาตรฐานได้ ตัวเลข “6” ในระดับ IP นี้หมายถึงอุปกรณ์เหล่านี้ป้องกันฝุ่นได้และไม่มีฝุ่นเข้ามา

อย่างไรก็ตาม การเป็นไปตามมาตรฐาน IP69K ไม่ได้หมายความโดยอัตโนมัติว่าเซ็นเซอร์จะเป็นไปตามมาตรฐาน IP68 มาตรฐานคณะกรรมาธิการอิเล็กโทรเทคนิคระหว่างประเทศ (IEC) 40050-9 มีพื้นฐานมาจากมาตรฐานเยอรมันที่ขยายระบบระดับ IP ของ IEC 60529 เพื่อเพิ่มระดับ IP69K สำหรับการใช้งานล้างแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง ซึ่งแตกต่างจากระดับ IP อื่นๆ บ้าง

การป้องกันน้ำเข้าของ IP68 อิงตาม IP67 IP67 ต้องแช่อยู่ในน้ำลึกไม่เกิน 1 เมตรเป็นเวลาอย่างน้อย 30 นาที IP68 ยังเกี่ยวข้องกับการแช่อยู่ในน้ำโดยมีเงื่อนไขการทดสอบที่กำหนดโดยข้อตกลงระหว่างผู้ผลิตอุปกรณ์และผู้ใช้ และจะต้องเข้มงวดกว่า IP67 ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ IP68 ของ Banner Engineering สามารถทนต่อการจุ่มลงในน้ำลึก 2 เมตรได้ต่อเนื่องอย่างน้อย 24 ชั่วโมง

IP69K ไม่จำเป็นต้องแช่อยู่ในน้ำ การทดสอบ IP69K มีองค์ประกอบ 3 ประการ ได้แก่:

• ความสามารถในการพ่นอุปกรณ์ด้วยน้ำ +80°C ที่อัตราการไหล 14 ถึง 16 ลิตรต่อนาที (L/min) และแรงดัน 10 MPa (1,500 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว, psi)
• ต้องถือหัวฉีดสเปรย์ห่างจากอุปกรณ์ 10 ถึง 15 ซม. ในมุม 0°, +30°, +60° และ +90° เป็นเวลา 30 วินาทีต่ออัน รวมเป็นเวลา 120 วินาที
• อุปกรณ์จะหมุนบนจานหมุนทุก ๆ 12 วินาที

เซ็นเซอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ IP69K ของ Banner Engineering ได้รับการทดสอบเพิ่มเติมโดยการจุ่มลงในน้ำลึกอย่างน้อยหนึ่งเมตร ซึ่งถือเป็นข้อกำหนดที่เกินมาตรฐานการทดสอบ IP69K (รูปที่ 1) หลังจากการทดสอบแล้วเซ็นเซอร์จะถูกตรวจสอบเพื่อดูว่ามีน้ำอยู่ภายในหรือไม่ ไม่ควรมีน้ำอยู่ข้างในและเซ็นเซอร์จะต้องทำงานตามปกติจึงจะผ่านการทดสอบ

รูปที่ 1: เซ็นเซอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ IP69K เช่นตัวนี้ สามารถทนต่อการชะล้างที่มีแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงได้ (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

การกัดกร่อนก็สำคัญเช่นกัน

ระบบระดับ IP เป็นตัวบ่งบอกว่ากล่องนั้นสามารถป้องกันอนุภาคแข็งและการรั่วซึมของของเหลวได้ดีเพียงใด ไม่คำนึงถึงการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ข้อกำหนดของ FDA ครอบคลุมถึงเรื่องนั้นด้วย

อย.ควบคุมวัสดุที่ใช้ทำกล่องบรรจุเพื่อให้แน่ใจว่าปลอดภัยต่อการใช้กับอาหารและยา ตัวอย่างเช่น สเตนเลสเกรดอาหารจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

• ต้องมีปริมาณโครเมียมขั้นต่ำ 16% ฟิล์มโครเมียมออกไซด์ที่สามารถรักษาตัวเองได้เมื่อมีออกซิเจน ทำให้สแตนเลสทนทานต่อการกัดกร่อน
• จะต้องมาจากเหล็กกล้าไร้สนิมซีรีส์ SAE 200, 300 หรือ 400 ที่ประกอบด้วยโลหะผสมโครเมียม-นิกเกิล-แมงกานีส โลหะผสมโครเมียม-นิกเกิล และโลหะผสมโครเมียม ตามลำดับ
• ต้องมีพื้นผิวเรียบทำความสะอาดง่าย
• จะต้องทนทานต่อการเกิดหลุม การกระเทาะ การแตกร้าว รอยขีดข่วน และการขูดขีด และต้องมีความหนาเพียงพอที่จะทนต่อการล้างด้วยแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงซ้ำ ๆ กัน
• จะต้องไม่ทำให้อาหารมีกลิ่น รส หรือสี

สำหรับโซลูชันที่มีน้ำหนักเบากว่านั้น อลูมิเนียมอโนไดซ์ถือว่า "ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าปลอดภัย" โดย FDA การใช้อลูมิเนียมจำเป็นต้องมีการจัดการและการประมวลผลที่เหมาะสม

พลาสติกที่ได้รับการรับรองจาก FDA มีอยู่หลายชนิด ลักษณะทั่วไป ได้แก่ ความต้านทานการสึกหรอ การดัดงอ และการเปลี่ยนแปลงมิติสูง ตัวอย่างเช่น:

• โพลีคาร์บอเนตเป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบา โปร่งใส และแข็งแรงเป็นพิเศษ
• โพลีบิวทิลีนเทเรฟทาเลต (โพลีเอสเตอร์ PBT) มีความแข็งแรง ความแข็ง และเสถียรภาพของขนาดสูง ทนทานต่อสารเคมี ออกซิเดชั่น และน้ำ ทนความร้อนได้สูงถึง 150°C
• อะคริลิกเป็นพลาสติกใสปลอดสารพิษที่ได้รับการอนุมัติให้ใช้สำหรับการจัดการวัสดุ นอกจากนี้ยังทนความร้อนและเหมาะสำหรับใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
• ไนลอนมีคุณสมบัติในการป้องกันออกซิเจนและความชื้นได้เป็นอย่างดี ใช้เพื่อปกป้องชิ้นส่วนจากสภาพแวดล้อมภายนอก

เซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริกแบบสเตนเลสเกรด FDA

Banner Engineering ซีรีย์ Q4X เซนเซอร์โฟโตอิเล็กทริคมีช่วงการตรวจจับตั้งแต่ 25 ถึง 610 mm ขึ้นอยู่กับรุ่น เช่นแบบจำลอง Q4XFKLAF310-Q8 มีระยะการตรวจจับ 35 ถึง 310 mm

ตัวเรือนผลิตจากสเตนเลสสตีล 316L เกรด FDA และได้รับการจัดระดับ IP68 ตามมาตรฐาน IEC60529 และ IP69K ตามมาตรฐาน DIN 40050-9 เข้ากันได้กับสารเคมีทำความสะอาดและฆ่าเชื้อที่มีฤทธิ์เป็นกรดหรือกัดกร่อน ซึ่งมักใช้ในการทำความสะอาดและสุขาภิบาลอุปกรณ์ และได้รับการรับรองจาก ECOLAB

เมื่อเซนเซอร์อยู่ในโหมดทำงาน จอแสดงผล 7 ส่วน 4 หลักจะแสดงค่าการวัดปัจจุบันหรือค่าเอาต์พุตแอนะล็อกที่สอดคล้องกัน (รูปที่ 2) คุณสมบัติเพิ่มเติม ได้แก่

• โมเดลแบบแยกส่วน อนาล็อก (0 V ถึง 10 V หรือ 4 mA ถึง 20 mA) วัตถุที่ชัดเจน และ IO-Link
• โมเดลความละเอียดสูงพร้อมเอาต์พุตอะนาล็อกและค่าเกนส่วนเกินที่สูงขึ้นสำหรับการใช้งานที่ท้าทายยิ่งขึ้น
• ตรวจจับสีเป้าหมาย วัสดุ และพื้นผิวที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับระยะห่าง
• โหมดการสอนแบบคู่ (ความเข้มข้น + ระยะทาง) สามารถใช้สำหรับการป้องกันข้อผิดพลาดและช่วยให้ตรวจจับวัตถุได้ชัดเจนโดยไม่ต้องใช้ตัวสะท้อนแสง

รูปที่ 2: โฟโตเซนเซอร์ระดับ IP69K และ IP68 นี้บรรจุในสเตนเลสเกรด FDA (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

การกำหนดค่าความเร็วและการเปลี่ยนแปลง

RSD1QP จอแสดงผลเซนเซอร์ระยะไกล (RSD) สามารถใช้กับซีรีย์ Q4X และตระกูลเซนเซอร์อื่น ๆ จาก Banner เพื่อการกำหนดค่าและการตรวจสอบ (รูปที่ 3) สามารถเพิ่มความเร็วในการเปลี่ยนแปลงผลิตภัณฑ์ในโรงงานอุตสาหกรรม 4.0 และยังคงเชื่อมต่อหรือลบออกหลังจากกำหนดค่าเสร็จสิ้น และยังช่วยลดความยุ่งยากในการตรวจสอบเซนเซอร์ในตำแหน่งที่เข้าถึงได้ยากอีกด้วย การใช้งานอื่น ๆ สำหรับ RSD ได้แก่:

• การคัดลอกการตั้งค่าระหว่างเซ็นเซอร์
• รองรับการเปลี่ยนเซ็นเซอร์อย่างรวดเร็ว
• RSD สามารถจัดเก็บการกำหนดค่าได้สูงสุด 6 แบบสำหรับการทำงานที่แตกต่างกัน

รูปที่ 3: RSD1 ใช้สำหรับการกำหนดค่าระยะไกลและการตรวจสอบเซนเซอร์ เช่น ซีรีย์ Q4X จาก Banner (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

โฟโตเซนเซอร์ในตัวเรือนพลาสติก

T18-2VPRL-2M เซ็นเซอร์การชะล้าง (T18-2) เป็นเซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริกแบบครบวงจรที่ออกแบบมาเพื่อใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น สายการผลิตอาหาร การแปรรูปสัตว์ปีก การตรวจจับกล่อง และการกระตุ้นการทำงานของสถานีตรวจสอบน้ำหนัก

เคสนี้ผลิตจากโพลีเอสเตอร์ PBT สีดำและสีเหลือง ส่วนท่อไฟแสดงสถานะและหน้าต่างผลิตจากอะคริลิกสีขาวโปร่งแสง เคสพลาสติกเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเพื่อให้แน่ใจว่าปิดผนึกได้สนิท และส่วนอิเล็กทรอนิกส์หุ้มด้วยอีพอกซีที่มีระดับ IP69K เพื่อให้เกิดการปิดผนึกซ้ำซ้อน (รูปที่ 4) เซ็นเซอร์เหล่านี้ยังได้รับระดับ IP68 อีกด้วย

รูปที่ 4: โฟโตเซนเซอร์ระดับ IP69K และ IP68 นี้บรรจุอยู่ในพลาสติกที่ได้รับการรับรองจาก FDA (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

เซ็นเซอร์เรดาร์ IP69K ในอลูมิเนียม

เซ็นเซอร์เรดาร์ เช่น ซีรีย์ Q90R สามารถให้ประโยชน์กับการใช้งานต่าง ๆ เช่น การปกป้องผู้คนจากเครื่องจักร การทำงานกับหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน (โคบอท) หรือการวัดระดับถังในสายการผลิตอาหาร เครื่องดื่ม และยา ตัวเรือนอะลูมิเนียมที่ได้รับระดับ IP69K มีความแข็งแรงและมีน้ำหนักเบา เซ็นเซอร์เหล่านี้มีช่วงอุณหภูมิในการทำงานตั้งแต่ -40°C ถึง +65°C จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย เช่น พื้นที่เปียกและมีหมอก

เช่น แบบจำลอง Q90R-4040-6KDQ ระยะตั้งแต่ 150 mm ถึง 20 ม. และมีเอาต์พุต 2 ตัว คือ PNP/NPN พร้อมการสื่อสาร IO-Link หนึ่งตัว และ PNP/NPN 1 ตัว เซ็นเซอร์ Q90R ทั้งหมดสามารถปรับแต่งพารามิเตอร์การตรวจจับได้ เช่น รูปร่างของหน้าต่างและจุดตั้งค่าเป้าหมาย IO-Link สามารถรองรับการถ่ายโอนข้อมูลแบบเรียลไทม์ได้

การตรวจจับวัตถุสามารถทำได้โดยอาศัยระยะทาง ความเร็ว และตำแหน่งเชิงมุมที่สัมพันธ์กับเซนเซอร์ ซึ่งจะช่วยให้มีประสิทธิภาพการทำงานแบบหลายมิติที่กำหนดค่าได้ โซนอิสระสองโซนสามารถตรวจจับและวัดเป้าหมายได้หลายรายการพร้อมกัน (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: เซ็นเซอร์เรดาร์ที่อยู่ภายในตัวเรือนอะลูมิเนียมนี้ใช้สำหรับการตรวจสอบระดับถังในสายการผลิตอาหาร เครื่องดื่ม และยา (แหล่งที่มาของภาพ: DigiKey)

ระบบแสงสว่างสำหรับระบบการมองเห็น

ระบบวิสัยทัศน์สำหรับการควบคุมคุณภาพและการตรวจสอบต้องมีแสงสว่างที่ดีเพื่อการทำงานที่เหมาะสมที่สุด ไฟ LED แบบแท่งปิดผนึก BL60 ของ Banner ให้แสงสว่างที่สว่างและตรงจุด มีจำหน่ายรุ่นที่ผลิตความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ความเข้มสูง 4 แบบ รวมถึงความยาวคลื่นอินฟราเรด (IR) และความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลต (UV) สองแบบ การเลือกตัวเลือกแสงสว่างที่เหมาะสมที่สุดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบการมองเห็นได้

ตัวเรือนอลูมิเนียมทนน้ำมัน ทนสารเคมี และทนน้ำ ได้รับการจัดอันดับ IP69K และมีให้เลือกความยาว 340 และ 640 mm มีหน้าต่างให้เลือกสามแบบ ได้แก่ โพลีคาร์บอเนตใสหรือโปร่งแสงและกระจกโบโรซิลิเกต มีการควบคุมหรี่แสง 1 ถึง 10 V และฟังก์ชันสโตรบปรับความกว้างพัลส์ (PWM) ตัวอย่างสีไฟที่มีให้เลือกสำหรับไฟบาร์ LED ขนาด 340 mm ได้แก่:

• แสงขาวเดย์ไลท์ (5000K), BL60W340L14ASQ
• สีแดง, BL60R340L14ASQ
• สีเขียว, BL60G340L14ASQ
• สีฟ้า, BL60B340L14ASQ
• อินฟราเรด, BL60I340L14ASQ
• รังสีอัลตราไวโอเลต 365 nm BL60UV365-340GL30ASQ
• รังสีอัลตราไวโอเลต 395 nm BL60UV395-340L30ASQ

เซ็นเซอร์เลเซอร์สังกะสีชุบนิกเกิล IP69K สำหรับฝาขวด

การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ในสายการผลิตอาหาร เครื่องดื่ม และยา ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุตัวเรือนที่ได้รับการรับรองจาก FDA ทุกประการ การปิดฝาขวดถือเป็นตัวอย่างที่ดี

โดยทั่วไปฝาขวดจะถูกส่งมาเป็นกลุ่มและต้องมีการคัดแยกก่อนจึงจะนำไปใช้ในสายการบรรจุได้ ฝาขวดที่ไม่ตรงแนว เช่น ฝาที่คว่ำลง อาจทำให้ขวดเปิดฝาไม่ได้หรือทำให้เครื่องปิดฝาติดขัด ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตลดลง เซ็นเซอร์เลเซอร์ เช่น Q3XTBLD-Q8 (Q3X) สามารถระบุได้อย่างรวดเร็วว่ามีฝาใดที่หันไปทางที่ผิดก่อนที่จะไปถึงจุดส่งฝา

Q3X มีการระงับพื้นหลัง 100 mm ซึ่งทำให้เหมาะอย่างยิ่งกับการใช้งานการตรวจจับการวางแนว ด้วยการระงับพื้นหลังแบบคงที่ เซ็นเซอร์ Q3X สามารถตั้งค่าให้จดจำระยะทางที่กำหนด และละเว้นสิ่งใดก็ตามที่อยู่นอกเหนือจุดตั้งค่าได้

ในแอปพลิเคชันการจัดเรียงฝาขวด สามารถตั้งค่า Q3X ให้ตรวจจับเมื่อส่วนบนของฝาหันไปทางเซ็นเซอร์ได้ หากฝาหันออกด้านนอก แสดงว่าไม่สนใจ หากหันไปทางเซ็นเซอร์ เอาต์พุตที่ล้มเหลวจะถูกส่ง และฝาปิดจะถูกปฏิเสธ สามารถนำกลับไปรีไซเคิลเป็นเครื่องคัดแยกหมวกเพื่อทดลองใช้อีกครั้งได้

อัตราการตรวจจับอย่างรวดเร็วของ Q3X เป็นสิ่งสำคัญในสายการบรรจุความเร็วสูง เซ็นเซอร์นี้สามารถตรวจจับชิ้นส่วนได้ในเวลาเพียง 250 µs และจับภาพเหตุการณ์ได้ถึง 2,000 เหตุการณ์ต่อวินาที จอแสดงผล 3 หลักแบบมุมเอียงให้ข้อมูลตอบรับจากผู้ใช้ และช่วยให้การตั้งค่าและการใช้งานมีความเร็วมากขึ้น ตัวเรือนสังกะสีชุบนิกเกิลได้รับการจัดอันดับ IP67 และ IP69K จึงเหมาะกับสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้น (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: เซ็นเซอร์เลเซอร์ระดับ IP69K นี้มาในบรรจุภัณฑ์สังกะสีชุบนิกเกิล ซึ่งเหมาะสำหรับกระบวนการปิดฝาขวด (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

สรุป

เซ็นเซอร์ที่แข็งแรงทนทานซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน IP69K และสามารถทนต่อแรงดันสูงและการทำงาน CIP ที่อุณหภูมิสูง มีความจำเป็นในสายการผลิตอาหาร เครื่องดื่ม และยา เซ็นเซอร์เหล่านี้หลายตัวได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนด IP68 สำหรับการแช่ในน้ำ ในกรณีส่วนใหญ่ จะต้องบรรจุด้วยวัสดุที่ได้รับการรับรองจาก FDA แต่ก็มีข้อยกเว้น เช่น การดำเนินการปิดฝาขวด