Vụ việc Dầu cọ Seri: Đo mức dầu ăn và siro bằng ăng-ten dạng que radar 80 GHz

Trong nhà máy thực phẩm, chu trình làm sạch là một phần của vấn đề đo lường. Bài viết này xoay quanh một bài học về đặc tính kỹ thuật từ một nhà máy chế biến thực phẩm: các thiết bị đo mức trên thùng chứa dầu ăn và xi-rô đường phải tồn tại trong chu trình CIP trước khi chúng được phép đo bất cứ thứ gì. Môi trường là dầu thực vật (hằng số điện môi xấp xỉ 3) và xi-rô, đựng trong thùng thép không gỉ được làm sạch bằng xút nóng, nước và hơi nước. Các máy phát chênh lệch áp suất trước đây bị trôi do số đọc của chúng phụ thuộc vào mật độ, mật độ này thay đổi giữa các sản phẩm; thiết bị siêu âm bị hỏng trong hơi nước và bọt. Thiết bị thay thế - một radar FMCW 80 GHz có ăng-ten hình que dành cho môi trường điện môi thấp và kết nối quy trình vệ sinh - đo bề mặt trực tiếp, do đó mật độ giảm xuống khỏi phương trình, đồng thời vật liệu và thiết kế của nó chịu được môi trường CIP. Bài viết giải thích các quyết định về đặc điểm kỹ thuật theo thứ tự mà người mua thực sự đáp ứng được.

Hồ sơ khách hàng: Seri Palm Oil Manufacturing Sdn. Bhd (Malaysia)

Chế biến dầu cọ Seri Sdn. Bhd. là một nhà máy lọc và phân tách dầu cọ ở Malaysia vận hành các bể chứa dầu ăn và xi-rô để cung cấp cho nhà bếp trộn. Các thùng chứa được làm sạch tại chỗ bằng xút và hơi nước nóng, do đó, thiết bị đo mức phải tồn tại trong chu trình CIP và trở lại phép đo chính xác ngay sau đó - đồng thời xử lý tiếng vang radar yếu của dầu ăn có độ điện môi thấp.

2. Xe tăng: Dầu và Xi-rô trong cùng một tòa nhà

Nhà máy lưu trữ dầu thực vật và xi-rô đường trong các thùng thép không gỉ thẳng đứng phục vụ nhà bếp theo mẻ. Dầu được giữ đủ ấm để bơm; xi-rô được bảo quản ở môi trường xung quanh và được chia theo mẻ theo công thức. Mỗi bể chứa đều được làm sạch tại chỗ: dung dịch xút nóng, nước rửa và pha hơi, được cung cấp qua bóng phun CIP. Do đó, thiết bị trên mỗi bể phải trải qua một chu kỳ mà hầu hết các cảm biến đo mức không bao giờ tồn tại - và nó phải quay lại phép đo chính xác ngay sau đó, vì quá trình trộn bắt đầu ngay khi bể được tuyên bố là sạch. Bất kỳ thông số kỹ thuật nào bỏ qua chu trình CIP đều không thành công trong tháng đầu tiên, bất kể phép đo trong bể sạch có tốt đến đâu.

3. Hai phương tiện, hai bài toán vật lý

Dầu thực vật có hằng số điện môi xấp xỉ 3 nên nó chỉ phản xạ một phần nhỏ sóng radar - tiếng vang yếu và chỉ có tần số và thiết kế ăng-ten phù hợp mới nhìn thấy được. Xi-rô có hằng số điện môi cao hơn nhưng mật độ thay đổi theo nồng độ và nhiệt độ. Hai phương tiện này cho thấy hai dạng hư hỏng cổ điển của phép đo mức: tiếng vang yếu từ chất lỏng có độ điện môi thấp và số đọc phụ thuộc vào mật độ từ phương pháp thủy tĩnh. Bất kỳ giải pháp nào cũng phải xử lý cả hai - và sau đó tồn tại trong chu trình CIP trên cùng.

4. Tại sao máy phát áp lực bị trôi

Bộ truyền áp suất chênh lệch đo mức từ đầu thủy tĩnh: áp suất chia cho mật độ. Phương pháp này chỉ đúng khi mật độ không đổi và đã biết. Ở nhà máy này cũng không phải vậy - dầu và xi-rô có mật độ khác nhau, và mật độ xi-rô thay đổi theo nồng độ và nhiệt độ - do đó, cùng một độ cao chất lỏng tạo ra các số đọc khác nhau ở những thời điểm khác nhau. Việc đối chiếu hàng tồn kho không thành công và các lô được định lượng ở mức không phù hợp với mức chứa trong bể. Các đường xung điện còn gặp thêm vấn đề thứ hai: chúng cần được bảo trì và có thể bị tắc do xi-rô. Các thiết bị siêu âm được thử nghiệm trong một số bể chứa đều thất bại theo cách khác: giai đoạn hơi nước của CIP làm suy giảm xung hoàn toàn và việc đổ đầy bọt tạo ra các bước nhảy. Cả hai công nghệ đều không đáp ứng được yêu cầu thực tế: đo bề mặt một cách trực tiếp, không phụ thuộc vào mật độ, thông qua hơi nước và bọt.

5. Thông số kỹ thuật ẩn: Sống sót sau chu trình CIP

Chu trình CIP là thông số kỹ thuật lọc ra hầu hết các công cụ và nó phải được ghi vào hồ sơ dự thầu trước bất kỳ điều gì khác. Thiết bị phải chịu được chất ăn da nóng ở cự ly gần từ các quả bóng phun, hơi nước ở vỏ và đầu vào cáp cũng như chu kỳ nhiệt - sau đó đo chính xác trong vòng vài phút sau khi chu kỳ kết thúc. Điều này đã dẫn đến ba quyết định. Đầu tiên, kết nối quy trình vệ sinh không có kẽ hở (kẹp vệ sinh hoặc mặt bích) bằng vật liệu được phê duyệt tiếp xúc với thực phẩm, do đó thiết bị được làm sạch cùng với bể chứa thay vì phải tháo ra. Thứ hai, vật liệu ăng-ten chịu được xút và hơi nước - PTFE hoặc bề mặt được phủ. Thứ ba, vỏ được xếp hạng cho môi trường rửa trôi (IP66/IP67). Đây không phải là phụ kiện; chúng là sự khác biệt giữa một công cụ tồn tại được nhiều năm và một công cụ thất bại ở CIP đầu tiên. Mối nối hợp vệ sinh phải không có kẽ hở vì lý do vật lý: kẽ hở chứa sản phẩm và vi khuẩn và không thể tiếp cận được bằng bình xịt CIP, đó là lý do tại sao hình dạng của mối nối là một phần của đặc điểm kỹ thuật an toàn thực phẩm chứ không phải là một chi tiết thẩm mỹ.

Dụng cụ Qinwei được đề xuất cho ứng dụng này

7. Ăng-ten thanh và tiếng vang điện môi thấp

Khi yêu cầu CIP được giải quyết, thiết kế đo lường có thể được tiến hành. Một radar FMCW 80 GHz đã được chọn, với ăng-ten hình que được tối ưu hóa cho môi trường điện môi thấp. Lý do: băng tần 80 GHz tập trung nhiều năng lượng hơn vào chùm tia hẹp hơn, giúp thu lại tiếng vang có thể sử dụng được từ dầu; thanh này hoạt động như một ống dẫn sóng ngắn tập trung năng lượng bức xạ dọc theo trục ăng-ten, nâng cao tiếng vang từ bề mặt điện môi thấp. Hơi nước không phải là vấn đề đối với lò vi sóng giống như đối với siêu âm - tín hiệu truyền qua hơi nước và ánh sáng ngưng tụ, do đó bầu không khí sau CIP không làm mù thiết bị. Máy phát tương tự đo xi-rô mà không cần cấu hình lại, vì hằng số điện môi cao hơn của xi-rô chỉ làm cho tiếng vang mạnh hơn.

8. Bảng cấu hình

Cấu hình được cố tình tối thiểu. Đã nhập chiều cao thùng và độ lệch lắp đặt; đầu ra có thang đo 4-20 mA trên phạm vi làm việc; HART được kích hoạt để chẩn đoán từ xa. Ngưỡng tiếng vang được đặt cho môi trường điện môi thấp trên thùng dầu, do đó tiếng vang yếu của dầu được phát hiện một cách đáng tin cậy; ngưỡng tiêu chuẩn đủ cho xi-rô. Giảm chấn được đặt ở mức vài giây để làm dịu đi sự hỗn loạn của chất làm đầy và tiếng ồn do bọt gây ra. Hướng không an toàn được đặt sao cho tiếng vang bị mất - ví dụ như trong giai đoạn hơi nước của CIP - điều khiển đầu ra đến trạng thái xác định mà PLC coi là 'không thể đo được' thay vì ở mức thực. Cài đặt duy nhất đó ngăn chặn bếp trộn định lượng dữ liệu sai sau một chu trình làm sạch.

9. Lắp đặt hợp vệ sinh

Việc lắp đặt tôn trọng cả chương trình đo lường và vệ sinh. Radar được gắn phía trên trên kết nối vệ sinh với thanh bên dưới vòi phun vào bể, đặt cách xa đường phun trực tiếp của quả cầu phun CIP nếu có thể - một chi tiết nhỏ giúp kéo dài tuổi thọ ăng-ten bằng cách giữ cho chất ăn da không tiếp xúc với mặt. Chiều dài thanh đã được kiểm tra để chạm tới bên dưới vòi phun nhưng tránh xa ổ cắm phía dưới và bất kỳ máy khuấy nào. Dụng cụ được gắn theo chiều dọc; một ăng-ten nghiêng làm thay đổi khoảng cách đo được. Miếng đệm hợp vệ sinh là loại dùng cho thực phẩm và được lên kế hoạch thay thế bằng các miếng đệm khác của bể. Cáp chạy trong ống dẫn có vòng nhỏ giọt để nước ngưng tụ không thể lọt vào vỏ.

10. Chạy thử CIP trực tiếp

Việc vận hành bao gồm cả quá trình đo lường và chu trình làm sạch vì cả hai đều là một phần của nhiệm vụ. Bản đồ phổ trống và tiếng vang giả được ghi lại khi bể trống và sạch; mức đầu ra đã được xác minh theo lô nhúng hoặc cân ở hai hoặc ba mức - đối với dầu, dự kiến ​​sẽ có sự chênh lệch trong khoảng +/- 5 mm tùy thuộc vào điều kiện bề mặt. Sau đó, chu trình CIP được chạy với thiết bị đang hoạt động. Đường cong tiếng vang được theo dõi trong giai đoạn hơi nước: máy phát phải báo cáo trạng thái 'không thể đo được' đã xác định, chứ không phải mức sai và phục hồi hoàn toàn khi hơi nước tan đi. Ngưỡng tiếng vang và độ giảm chấn được điều chỉnh nếu pha hơi nước tạo ra tiếng vang biên. Cuối cùng, việc tích hợp PLC theo lô đã được kiểm tra từ đầu đến cuối, các giá trị cấp độ, chẩn đoán và trạng thái cảnh báo đều được đưa đến hệ thống điều khiển một cách chính xác.

Tại sao chọn dụng cụ Qinwei

Xi'an Qinwei Instrument Factory (thương hiệu QINWEIYB) là nhà sản xuất được thành lập vào năm 2010 chuyên về các thiết bị tự động hóa công nghiệp, với 500-800 nhân viên và 50%-60% sản lượng được xuất khẩu trên toàn thế giới. Đối với dịch vụ cấp thực phẩm, Qinwei cung cấp radar ăng-ten hình que được tối ưu hóa cho môi trường điện môi thấp, kết nối quy trình vệ sinh và thiết kế không có kẽ hở, chịu được ăn da và hơi nước CIP. Tất cả các thiết bị đều được hiệu chuẩn tại nhà máy với các chứng chỉ có thể truy nguyên; MOQ bắt đầu từ 1 bộ, giao hàng là 5-8 ngày làm việc và hỗ trợ tùy chỉnh OEM/ODM.

12. Nhà bếp hàng loạt đã thấy gì

Sau khi vận hành thử, thay đổi xuất hiện đầu tiên trong bảng đối chiếu. Hiện nay, bể tương tự đo dầu và xi-rô mà không cần thay đổi phạm vi, vì phép đo mang tính hình học chứ không phải thủy tĩnh - mật độ bị loại khỏi phương trình. Giai đoạn hơi nước của CIP không còn tạo ra kết quả sai nữa; công cụ đã báo cáo trạng thái không khả dụng và được khôi phục hoàn toàn. Bọt trong quá trình đổ đầy không còn gây ra lỗi trộn. Hàng tồn kho có thể được điều chỉnh bằng việc giao hàng có cân nhắc - điều mà việc lắp đặt DP phụ thuộc vào mật độ không thể thực hiện nhất quán. Số liệu đối chiếu theo địa điểm cụ thể không được cung cấp; thiết kế đã loại bỏ ba nguồn lỗi - mật độ, hơi nước và bọt - để chu trình làm sạch không còn làm gián đoạn phép đo đáng tin cậy nữa.

13. Giá trị kỹ thuật và các ứng dụng tiếp theo

Chuỗi giá trị trong nhà máy thực phẩm là trực tiếp: sự độc lập về mật độ sẽ loại bỏ các lỗi trộn và bảo vệ tính nhất quán của công thức; Dung sai CIP giúp loại bỏ công sức tháo, làm khô và lắp lại dụng cụ; thiết kế hợp vệ sinh giúp nhà máy tuân thủ các cuộc kiểm toán; và thiết kế tiếng vang yếu có nghĩa là vỏ cứng hơn (dầu) được đo đáng tin cậy như vỏ dễ dàng (xi-rô). Cấu hình tương tự áp dụng cho dầu ăn và tinh dầu, xi-rô, mật đường, nước trái cây và các thực phẩm lỏng khác trong bể chứa và bể trộn, cũng như cho bất kỳ bể nào mà hơi nước CIP đánh bại các thiết bị siêu âm. Đối với phương tiện rất nhớt hoặc dính bao phủ ăng-ten, hãy xác minh hoạt động tự làm sạch trước khi lắp đặt; trong trường hợp xe tăng chứa cồn hoặc dung môi trong khu vực được phân loại, hãy chỉ định phiên bản Xếp hạng Ex của cùng một radar. Khi yêu cầu báo giá cho phép đo mức cấp thực phẩm, hãy cung cấp sản phẩm và nhiệt độ điển hình, chiều cao bể và kích thước kết nối, liệu CIP với hơi nước có được sử dụng hay không và tiêu chuẩn vệ sinh cần thiết cho kết nối quy trình.