Существуют ли порошковые смесители со встроенной технологической сенсорикой (крутящий момент, температура, влажность) и подключением к Индустрии 4.0 для мониторинга процесса?
Да. Порошковые смесители можно оснастить технологической сенсорикой и цифровыми интерфейсами. Конкретный объём зависит от типа смесителя, продукта, требований к гигиене и взрывозащите, а также желаемой степени автоматизации. Не каждую измеряемую величину можно напрямую или экономически целесообразно фиксировать инлайн в каждом порошковом процессе.
Крутящий момент и потребляемая мощность фиксируют нагрузку на привод. Они дают указания на степень наполнения, поведение текучести, уплотнение, налипание и изменения продукта. Ход сигнала при подходящей валидации может поддерживать воспроизводимую конечную точку смешивания или грануляции. Однако один только крутящий момент не является общезначимым доказательством однородности смешивания.
Температурные датчики, такие как Pt100 или термопары, контролируют температуру у стенки ёмкости, в области продукта или в теплоносителе. Они помогают контролировать теплоту трения, рост температуры, а также процессы нагрева и охлаждения. Положение датчика имеет решающее значение, поскольку температура стенки и продукта могут различаться.
Измерение влажности особенно актуально при грануляции, сушке, увлажнении и нанесении покрытий. Спектроскопическое инлайн-измерение влажности, а также микроволновые или ёмкостные системы могут — в зависимости от продукта и места установки — фиксировать содержание влаги; при подходящей калибровке с их помощью можно дополнительно контролировать однородность и конечную точку смешивания.
Дополнительно можно контролировать уровень наполнения, давление, вакуум, остаточное содержание кислорода, расход газа, вибрации, состояние подшипников и уплотнений. Прямое инлайн-измерение размера частиц в смесительном пространстве, напротив, технически сложно и не является распространённой практикой.
Цифровое подключение осуществляется через систему управления машиной, например через стандартизированные коммуникационные протоколы и промышленные шины, такие как Profinet, EtherNet/IP или Modbus TCP. Это обеспечивает протоколирование загрузки по времени смешивания, частоте вращения, крутящему моменту, температуре, значениям рецептуры, аварийным сигналам и вмешательствам оператора. Так можно сравнивать ход процесса, выявлять отклонения и планировать обслуживание по фактическому состоянию.
В регулируемых областях необходимо учитывать целостность данных, аудиторский след (audit trail), права пользователей и при необходимости требования GMP или FDA 21 CFR Part 11. Датчики и технологические подключения должны также быть выполнены гигиенично, пригодно для очистки и — для продуктов, взрывоопасных по пыли, — в соответствии с ATEX.
В итоге современные порошковые смесители обеспечивают всестороннюю цифровую технологическую мониторинговую систему. Особенно целесообразны крутящий момент, температура, уровень наполнения и — при валидированном применении — спектроскопическое инлайн-измерение влажности или рамановская сенсорика. Решающее значение имеет ориентированная на продукт стратегия сенсорики, а не максимально возможное число измерительных приборов.
Так amixon® использует технологическую сенсорику при расчёте порошковых смесителей
amixon® интегрирует технологическую сенсорику там, где она приносит применимую пользу для конкретной задачи смешивания, грануляции, сушки или реакции. Типичные измеряемые величины — крутящий момент, потребляемая мощность, температура, давление, вакуум, влажность, уровень наполнения и количество накапливающегося конденсата брюдена при процессах вакуумной сушки.
Крутящий момент и потребляемая мощность дают указания на поведение текучести, уплотнение, налипание или изменения структуры продукта. Они могут поддерживать воспроизводимую конечную точку процесса, но сами по себе не являются общезначимым доказательством однородности смешивания. У вакуумных смесителей-сушилок и реакторов давление, температура продукта и ход выделения брюдена дополняют технологический мониторинг. Сочетание этих измеряемых величин позволяет достоверно оценивать ход сушки и реакции.
Аппараты amixon® рассчитываются под конкретный проект в соответствии с техническим заданием эксплуатирующей организации (URS). Поэтому датчики, точки измерения, объём управления, протоколирование загрузок и интерфейсы к системе управления производством определяются под конкретную технологическую задачу. Программы смешивания можно закладывать в СПС. Передача данных в системы SCADA, MES или ERP может осуществляться через согласованные в проекте интерфейсы. В регулируемых областях требования к целостности данных, правам пользователей, аудиторскому следу и электронной документации загрузок учитываются уже при расчёте автоматизации.
Особую роль играет испытательный центр amixon®. Там, по данным предприятия, доступны более 35 испытательных машин для испытаний смешивания, доработки, вакуумирования, сушки и реакции. Некоторые испытательные установки оснащены сенсорикой в смесительном инструменте, в боковой стенке ёмкости и в области дна. Они фиксируют локальные механические нагрузки в разных точках слоя продукта. При этом рассматриваются не только показания как чистая величина: анализироваться могут направленные компоненты контактных сил и сдвиговых нагрузок. Технически точным здесь является разграничение: давление — скалярная величина; контактные силы имеют направление, а сдвиговые напряжения описываются как напряжённое состояние с направленными компонентами.
Эти данные измерений особенно ценны для расчёта крупных порошковых смесителей. Они помогают лучше понять движение продукта, выявить зоны с повышенной нагрузкой и согласовать геометрию инструмента, частоту вращения, степень наполнения и время смешивания с оригинальным продуктом. Благодаря этому масштабирование от испытательной машины до производственного смесителя становится более достоверным. Для термических процессов в испытательном центре можно исследовать давления от 5 мбар до 26 бар абс. и температуры до 350 °C.
Собственно технологическая надёжность возникает из взаимодействия подходящей геометрии смешивания, воспроизводимой программы смешивания, валидированных измеряемых величин и чётких критериев качества. Сенсорика не заменяет испытание с оригинальным продуктом. Однако она делает его значительно более информативным и даёт основу данных для надёжного расчёта, автоматизации и последующего технологического мониторинга.