Neue Elektronik

Die European Business Review schätzt, dass Unternehmen seit der Covid-Pandemie nicht nur verstärkt auf Automatisierung setzen, um komplexe Aufgaben schneller und kontinuierlicher erledigen zu können, sondern dass sie in einigen Fällen auch die einzige verfügbare Methode war, da der Zugang zum Arbeitsplatz für menschliche Arbeitskräfte eingeschränkt war.

Die Industrie hat im letzten Jahrhundert große Fortschritte in der Automatisierung gemacht. Es ist 110 Jahre her, dass Henry Ford das bewegliche Fließband in seinem Werk einführte, nachdem er eine Fleischverpackungsfabrik besucht hatte, wo er den Prozess gesehen hatte. Die Tatsache, dass die Arbeiter stationär waren und Fahrzeugteile produzierten, anstatt sich entlang der Fertigungsstraße zu bewegen, um ein einzelnes Modell T zusammenzubauen, beschleunigte 1913 die Produktivität.

Das Montagemodell wurde weithin übernommen und Industrien aller Branchen haben nie zurückgeschaut. Die Einführung von Robotern und motorisierten Produktionslinien hat nicht nur die Produktionsgeschwindigkeit beschleunigt, sondern das Personal auch von Routineaufgaben oder schweren Hebeaufgaben entlastet.

Das Hinzufügen von Intelligenz zu Roboterprozessen und -abläufen ist ein Sektor, der ebenfalls wächst, um flexible, skalierbare und reaktionsfähige Produktionssysteme aufzubauen. Deloitte schätzt, dass der Sektor der intelligenten Automatisierung mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 40,6 % wächst und bis 2027 ein Volumen von 25,66 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Dazu gehören robotergestützte Prozessautomatisierung (RPA) mithilfe von maschinellem Lernen sowie Geräte zur Automatisierung sich wiederholender manueller Aufgaben.

Essen für unterwegs

Die Lebensmittelqualitätsprüfung ist ein großer Teil dieser Automatisierung. Advantech hat das KI-Inferenzsystem MIC-710AIX auf Basis des Embedded-Computers Jetson Xavier NX von NVIDIA entwickelt. Das kompakte und lüfterlose Design unterstützt Deep Learning und wird für die KI-gestützte optische Sortierung und Klassifizierung verwendet.

Die eingebetteten Computersysteme bilden den optischen KI-Sortierer, der beispielsweise von Kaffeeproduzenten zur Inspektion grüner Kaffeebohnen vor dem Rösten eingesetzt wird. Die Automatisierung dieses Prozesses zur Erkennung von Verfärbungen, Gärung, Schimmel, Insektenschäden und abgebrochenen oder zerbrochenen Schalen vor dem Rösten kann die Produktion beschleunigen und das Fehlerrisiko verringern.

Der optische KI-Sortierer von Advantech basiert auf den KI-Inferenzsystemen MIC-710AIX auf Basis des NVIDIA Jetson Xavier NX (im Bild) und dem kompakten, lüfterlosen modularen Industrie-PC MIC-770V2 des Unternehmens, der den Intel LGA1200) und Intel W480E/H420E-Chipsatz.

Mithilfe von CPUs und GPUs für die Bilderfassung und -verarbeitung trainiert ein datengesteuerter Algorithmus das System, um die Qualität der Bohne zu bestimmen und sie zu klassifizieren, bevor das Bild verarbeitet und anhand einer Reihe von „guten Bohne“-Kriterien analysiert wird.

Der MIC-770V2 verfügt über eine integrierte CameraLink-Kamera, die Bilder von Kaffeebohnen aufnimmt, während sie sich durch das Fördersystem der Zuführung bewegen. Diese Bilder werden an das MIC-710AIX übertragen, das drahtlos mit Sensoren entlang des Förderbands verbunden ist, das die Kaffeebohnen vom Trichter zum Sammelpunkt transportiert. Wenn eine fehlerhafte Bohne erkannt wird, schleust ein Druckluftstrahl die aussortierte Bohne über einen Auswurfmechanismus in einen separaten Sammelbereich aus.

Hohe Hygienestandards

In der Lebensmittelindustrie gelten strenge Hygienestandards für automatisierte Geräte, einschließlich regelmäßiger Hochdruck- und Hochtemperaturreinigungen. Aus diesem Grund müssen Industriecomputer, die Zutaten und Zubereitungsprozesse überwachen und steuern, sowohl hinsichtlich der Rechenleistung als auch hinsichtlich ihrer Rechenleistung robust und wasserdicht ausgelegt sein.

Das taiwanesische Unternehmen Wincomm hat eine Reihe flacher PCAP-Panel-PCs aus Edelstahl mit Schutzart IP69K speziell für die Lebensmittelindustrie entwickelt. Die WTP-PCs sind versiegelt, um dem Wash-Down-Prozess standzuhalten, zu dem häufig Reinigungsmittel zur Sterilisierung der Ausrüstung und der umliegenden Bereiche gehören – Temperaturen können bis zu 80 °C und Drücke bis zu 30 Bar betragen.

Die PCs basieren auf den Prozessoren Intel Core i5-7200U Kaby Lake und Celeron J1900 und sind in Stahlgehäusen aus SUS304-Edelstahl mit flachen Kanten untergebracht. Die Frontplatte ist außerdem flach, um die Ansammlung von Partikeln auf den Blenden zu verhindern. Die wasserdichten M12-Stecker des PCs können gegen SUS304-Edelstahlstecker ausgetauscht werden, die im Vergleich zu Steckern aus Zinklegierung eine höhere Säurebeständigkeit bieten.

Das Gehäuse verfügt über Lüftungsschlitze, um die heiße Luft abzuleiten und so das Luftdruckgleichgewicht im Panel-PC aufrechtzuerhalten, der in einer Umgebung mit steigenden und fallenden Temperaturen betrieben wird.

Ein weiterer Designaspekt für Panel-PCs in dieser anspruchsvollen Umgebung ist die Unterstützung der drahtlosen Kommunikation zwischen Prozessbereichen und einer zentralen Steuerung. Wincomm verwendet anstelle herkömmlicher drahtloser Dipolantennen eine PCB-Antenne und eine Abdeckung, die leicht gereinigt werden kann. Die Dipol-Versionen können beim Reinigen angestoßen und beschädigt werden. Außerdem benötigen sie mehr Platz als eine integrierte PCB-Antenne.

Das Unternehmen bietet auch die WTD-Serie versiegelter Monitore für den Einbau in Lebensmittelverarbeitungssysteme an. Diese Monitore verfügen über ein flaches, 5-Draht-resistives Touchpanel und sind in einem Edelstahlgehäuse untergebracht. Sie sind an der Unterseite mit Anschlüssen ausgestattet, um Installationsraum zu sparen.

Die versiegelten Wincomm WTD-Monitore aus Stahl in Industriequalität sind in verschiedenen Größen erhältlich: 15, 19 und 22 Zoll von Relec Electronics. Der Händler kann die Monitore auch mit PCAP-Touch-Technologie (Projected Capacitive) liefern. Diese berührungsempfindliche Display-Technologie verwendet ein leitfähiges Gitter zwischen dem Glas und dem LCD-Panel. Durch Berühren des Glases wird das elektromagnetische Feld des Gitters verändert, um den Berührungspunkt anzuzeigen. Ein Designvorteil besteht darin, dass PCAP-Touchdisplays keine großen Rahmen benötigen, sodass sie problemlos in enge Räume integriert werden können.

Relec bietet auch die Elgen-Reihe lüfterloser Panel-PCs an, die auf den Intel Kaby Lake-U- oder Skylake-U-Kernen der 7./6. Generation und einem PCAP-Touchpanel sowie LAN-, USB-, HDMI-, DisplayPort- und COM-Anschlüssen basieren.

Sie sind in verschiedenen Größen von 12,1 bis 21,5 Zoll erhältlich, werden in Edelstahlgehäusen geliefert und sind für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie zertifiziert. Gehärtetes Glas schützt den PC vor der Reinigung mit Hochdruckwasserstrahlen, verfügt aber auch über eine optische Bindung der Mosmite-Folie, die verhindert, dass sich Kondenswasser ansammelt und die Daten auf dem Bildschirm verdeckt, wenn die Temperatur während der Reinigungs- und Spülvorgänge mit Hitze und Kälte steigt und fällt Wasser. Auch diese Panel-PCs sind bis IP69K zertifiziert.

Abwägung des Ethernet

In den meisten Bereichen der industriellen Automatisierung ist Ethernet das Kommunikationsprotokoll der Wahl. Bei Industrial Ethernet handelt es sich überwiegend um TCP/IP vor Ethernet-basierten Feldbussen zur Verbindung von Leitsystemen. EtherCAT ist ein jüngerer Kommunikationsstandard, der auf IEEE 802.3 basiert und für ein schnelleres Kommunikationsprotokoll nur Daten überträgt. Ethernet überträgt Daten und Konfigurationsinformationen, um die gesamte Infrastruktur anzusprechen, während EtherCAT Daten nicht über verschiedene Knoten in einer Master/Slave-Konfiguration leitet, sondern Daten von einem Master an einen Knoten im Netzwerk sendet. Dieser schnellere Single-Stream-Betrieb bedeutet, dass EtherCAT typischerweise in Robotersystemen, Verpackungsmaschinen und automatisierten Montagesystemen eingesetzt wird.

Eine der ungewöhnlicheren Entwicklungen war die Wägeelektronik. Im beschleunigten Tempo der Lebensmittelverarbeitung trägt die Fähigkeit, Produkte mit hoher Genauigkeit zu entnehmen und zu wiegen, zu einem schnellen Durchsatz und zur Qualitätssicherung bei.

Das Siwarex WP351 ist ein intelligentes Wägemodul mit den Maßen 20 x 65 mm. Laut Siemens handelt es sich um eine der kleinsten Wägeelektronikeinheiten auf dem Markt. Es verfügt über eine Abtastrate von 1.000 Hz und liefert eine digitale Antwort in weniger als einer Millisekunde. Es ist mit einer intelligenten Firmware ausgestattet, die es Benutzern ermöglicht, den Wägevorgang zu steuern, und das Gerät kann über einen über Ethernet angeschlossenen Webserver in Betrieb genommen oder gewartet werden.

Da sich industrielle Prozesse im Laufe der Jahrzehnte weiterentwickelt und verbessert haben, haben sie viele der technologischen Fortschritte übernommen, die außerhalb der Fabrikumgebung erzielt wurden, wie z. B. drahtlose Kommunikation und Digitalisierung analoger Funktionen. Mit der Einführung von KI werden diese Prozesse weiter voranschreiten, da Daten und Intelligenz ebenso Teil des Produktionszyklus sind wie Überwachung und Steuerung.