Messen und Kontrollieren: von kontaktlos bis KI

Themen wie Hygiene, Schnelligkeit und Flexibilität spielen eine wichtige Rolle, wenn es um eine effiziente und zuverlässige Produktion in der Lebensmittelindustrie geht. Die Mess- und Regeltechnik unterstützt dabei die entsprechenden Prozesse in den verschiedenen Phasen der Produktion. Berührungslos, sicher und mitunter mit den Möglichkeiten der aktuellen Generation der KI-Technologie.

Die Mess- und Regeltechnik ist ein Bereich, der seit langem eine herausragende Rolle spielt, wenn es um eine zuverlässige, effiziente und vor allem sichere Produktion geht. Auch in der Lebensmittelindustrie. Dabei sammelt die Messtechnik die verschiedenen relevanten Prozessdaten, mit denen die Steuerungstechnik diese Prozesse in die richtige Richtung lenkt. Richtig zu messen und zu steuern bedeutet in der Lebensmittelindustrie den Unterschied zwischen einem perfekten und einem misslungenen Produkt. Denn sowohl die richtigen (Mengen-)Zutaten als auch z.B. Prozessdrücke und -temperaturen bestimmen die Qualität des Endprodukts.

Typische Prozessparameter

In der Lebensmittelindustrie werden während der Produktion Parameter wie Druck, Temperatur, Füllstand, Durchfluss, Zeit und Gewicht gemessen. In der Qualitätskontrolle kommen u.a. Farberkennung und Abmessungen hinzu, während in der Verpackungsphase Ort, Geschwindigkeit und Anwesenheit eine wichtige Rolle spielen.

All diese Daten werden von einer Steuerung eingelesen und verarbeitet, um sie dann zu steuern oder anzupassen. Im letzteren Fall wird die Rückkopplung genutzt, um sicherzustellen, dass die Prozesse trotz kleiner Schwankungen z. B. bei den Inhaltsstoffen reibungslos weiterlaufen.

Auf der Grundlage der Messdaten und Regelalgorithmen steuert sie unter anderem Ventile und Klappen, um die richtige Menge eines bestimmten Mediums oder einer Zutat durchzulassen. Die SPS steuert auch Elemente wie Mischer, Förderbänder, Ofenheizelemente oder Pick & Place-Geräte. Bei der Qualitätskontrolle ist die Bildverarbeitung eine zunehmend verbreitete Technologie, da sie die berührungslose Erfassung verschiedener Merkmale ermöglicht, von Abmessungen und Mengen bis hin zu Farbe, Glanzgrad oder der Position von Details.

Entwicklungen in der Messtechnik

Einer der Hauptunterschiede zwischen der Lebensmittelindustrie und der "normalen" Industrie sind die hohen Hygieneanforderungen. Dies wirkt sich auch auf die Messgeräte für die Lebensmittelindustrie aus. Einerseits müssen diese teilweise extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, säurehaltigen Medien oder aggressiven Reinigungsmitteln standhalten. Andererseits dürfen sie bei der Messung im oder am Prozess keinerlei Kontamination verursachen.

Eine Lösung zur Bekämpfung der Verschmutzung ist der Einsatz von berührungslosen Messverfahren wie Radar oder Licht. Diese Arten von Messgeräten werden hauptsächlich zur Messung von Füllständen, Abständen oder Anwesenheit verwendet. Berührungslose Messungen können auch durchgeführt werden, um zu prüfen, ob z. B. Eisenpartikel in Lebensmitteln vorhanden sind - um dann Maßnahmen zu ergreifen. Je nach Anwendung werden die Daten von den Messgeräten berührungslos oder über die bekannten industriellen Bussysteme wie IO-Link übertragen.

Entwicklungen in der Steuerungstechnik

Bei den Entwicklungen in der Steuerungstechnik ist die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung besonders auffällig. Steuerungen sind in der Lage, gleichzeitig immer mehr Daten in immer höherer Geschwindigkeit zu verarbeiten. Dies kann zu höherer Genauigkeit, höherer Flexibilität, aber auch zu höherer Geschwindigkeit der Produktionsprozesse beitragen. Das Gleiche gilt für die Vorverarbeitungsphase, in der die Lebensmittel zubereitet werden, und für die Verpackungsphase.

Relativ neu ist die Anwendung von KI vor allem bei Inspektionsprozessen. Ein wichtiger Vorteil ist, dass sie die manuelle Prüfung, die billiger ist, teilweise ersetzen kann. Außerdem ist die KI oft genauer und leidet nicht unter Ermüdung oder Konzentrationsschwäche, so dass Inspektionen fehlerfrei und in rasender Geschwindigkeit durchgeführt werden können. Die gewonnenen Daten können auch zur Optimierung von Prozessen genutzt werden. So können diese Daten beispielsweise anzeigen, dass es mehr Ausschuss gibt, wenn ein bestimmter Bediener an der Maschine steht oder wenn ein Lieferant gewechselt hat. Oder umgekehrt: weniger Ausschuss, wenn Wartungsarbeiten durchgeführt werden, wenn die Geschwindigkeit der Verpackungsmaschine reduziert wird usw. In dieser Hinsicht sind die Möglichkeiten der Datenerfassung und -analyse noch nicht voll entwickelt.