Um kontinuierlich Qualitätsprodukte herstellen zu können, ist in Molkereien eine hohe Prozessleistung notwendig, während die Hygienevorschriften häufige Reinigung erfordern. Diese Reinigung erfolgt inline per Cleaning in Place (CIP). CIP ist ein automatischer Vorgang, bei dem Reinigungsmittel durch den Produktionsprozess zirkuliert werden, ohne Produktions-Equipment abzuklemmen oder abzubauen. In regelmäßigen Intervallen werden die mediumsberührten Prozessleitungen und Prozesstanks mit frischem und Rücklaufwasser, Säure, Lauge und Desinfektionsmitteln gereinigt. Klassischerweise erfolgt die Messung der Reinigungsmittel-Konzentration durch eine einfache Leitfähigkeitsmessung im Zulaufrohr zum Prozesstank.

Eine typische Reinigungssequenz für eine Molkereianlage umfasst folgende Schritte:
1.    Vorspülen mit Wasser zum Entfernen von grobem Schmutz
2.    Spülen mit heißer Lauge zum Lösen und Auflösen noch vorhandener Verschmutzung                     (Kohlenhydrate, Proteine und Fett)
3.    Wasserspülung zum Entfernen von Laugenrückständen
4.    Spülen mit Säure zum Entfernen von Milchstein und anderen Verschmutzungen
5.    Wasserspülung
6.    Spülen mit Desinfektionsmittel
7.    Abschließende Wasserspülung

Kontrolliert werden diese Schritte durch eine Leitfähigkeitsmessung im CIP-Rücklauf, da die Reinigungslösungen unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. Auch die Leitfähigkeit des Spülwassers ist spezifisch und von der Wasserquelle abhängig. Für den Leitfähigkeitssensor bedeutet dies, dass er all diese Medien unterscheiden muss, um die Phasen trennen und so die Menge des jeweiligen Reinigungsmittels und des Spülwassers optimieren zu können.

Ein geeignetes Gerät ist beispielsweise der Sensor ‚Indumax CLS54D‘ von Endress+Hauser mit spaltfreiem Design aus Lebensmittel-PEEK. Seine mediumsberührenden Materialien sind FDA-gelistet nach EU VO 1935/2004 und EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group) sowie 3A-zertifiziert. Darüber hinaus ist ein Zertifikat über den Bioaktivitätstest nach USP Class VI inklusive Rückverfolgung und Verbinden von Batches erhältlich. Der Sensor-Anschluss erfolgt dank ‚Memosens‘ per „Hot Plug & Play“, so dass der Messumformer ihn umgehend erkennt. Sensor-relevante Daten wie die Zellkonstante werden automatisch ausgelesen und vom Messumformer übernommen.

Montage-Aufwand reduziert

In der Lebensmittel-, Getränke- und Life-Sciences-Industrie werden die Anlagen häufig von Maschinenbauern oder Skidbuildern mit kompletten, betriebsbereiten Skids für die Utilities wie Wasseraufbereitung, WFI (Water for injection) und Dampferzeugung oder mit Schaltschränken für die ­Kernprozesse wie Fermenter ausgestattet. In diesen Skids oder Schaltschränken ist der Einbauraum begrenzt. Endress+Hauser bietet für solche Anforderungen das Hutschienengerät ‚Liquiline CM44xR‘ optional mit separatem Display an.

Anwender sparen Kabel- und Einbauzeit, sofern der Transmitter direkt auf der Hutschiene in der Nähe der SPS montiert wird. So erübrigt sich die Verdrahtung von der Schaltschranktür zu den Sensoren, zur Spannungsversorgung und zur SPS. Auch der Einbau des separaten Displays ist einfach – spezielle Werkzeuge zum Ausschneiden der Schaltschranktür sind überflüssig, eine einzelne Person mit Standardbohrmaschine genügt, um das Display über fünf Bohrlöcher an der Schranktür zu befestigen. Der Dichtungsrahmen des Displays entspricht Schutzklasse IP65.

Der Messumformer wird auf die Hutschiene neben die SPS geklickt.

© Endress+Hauser

Während des CIP-Prozesses ist ein weiter Leitfähigkeitsmessbereich abzudecken, um die Phasentrennung zu erkennen und detaillierte Prozessinformationen zu erhalten. Zudem gilt es, Einstellungen wie zum Beispiel Grenzwertschalter oder Konzentrations-Tabellen anzupassen. Als hilfreich erweist sich hier eine Messbereichsumschaltung (MRS) des ‚Liquilines‘; beispielsweise ermöglicht es das Umschalten zwischen vier verschiedenen Parametersätzen pro Messkanal. Sind also zwei Leitfähigkeitssensoren an ein Hutschienengerät angeschlossen, kann der Anwender zwischen acht verschiedenen Parametersätzen umschalten.

Üblicherweise erfolgt die Fernumschaltung von der SPS über getrennte Steuerleitungen. In Applikationen, die die Messbereichsumschaltung mit 0/4 bis 20 mA nutzen, sind die entsprechenden Steuerleitungen oft bereits vorhanden, so dass die bestehende Verdrahtung nicht geändert werden muss. Sind die Leitungen nicht vorhanden oder wird in einer Anlage bereits ein digitaler Feldbus verwendet, ist ebenfalls keine zusätzliche Verdrahtung erforderlich – die gesamte Steuerung kann über einen der digitalen Feldbusse der ‚Liquiline‘ erfolgen.

Messstellenkonfiguration für den CIP-Prozess

Ein Blick in die konkrete Anwendung: Eine Molkerei mit einer Ethernet/IP-Infrastruktur hat zwei Prozessbatchtanks. Der Edelstahl-Schaltschrank in der Nähe der Batchtanks bietet nur noch wenig Einbauraum. Da bereits eine SPS mit farbigem Touchscreen vorhanden ist, der zusätzliche Prozessdaten anzeigt, ist ein separates Display zum Anzeigen der Leitfähigkeit an der Schaltschranktür nicht nötig. An die Sensoren sind die typischen hygienischen Anforderungen gestellt.

Das ‚Liquiline CM442R‘ ist ein platzsparendes Hutschienengerät mit separatem Display.

© Endress+Hauser

Für die Messstellenkonfiguration wird ergo ein ‚Liquiline CM442R‘ für zwei digitale Sensoren mit digitalem Feldbusmodul und Messbereichsumschaltung benötigt. Beide im Batchtank installierten ‚CLS54D‘-Sensoren werden an das Hutschienengerät angeschlossen. Neben der Spannungsversorgung für den Messumformer und den beiden Sen-sorkabeln ist noch ein Ethernet- oder Feldbuskabel für den Anschluss an die SPS erforderlich.

Nachdem das Hutschienengerät entweder direkt (über ein portables Service-Display oder via SD-Karte) oder remote (über den Ethernet-Webserver am Farbmonitor der SPS oder am Laptop) konfiguriert wurde, zeigt der SPS-Monitor die Messwerte an. Sobald ein CIP-Reinigungszyklus entweder manuell oder automatisch gestartet wird, schaltet das Hutschienengerät auf den richtigen Parametersatz um und passt den Messbereich, die Grenzwertschalter oder die Konzentrationstabellen über den digitalen Feldbus an. Die SPS oder das SCADA-System kann die Konzen-tration des Reinigungsmittels automatisch steuern und den gesamten Reinigungsprozess optimieren.

Autor: Oliver Durm ist Produktmanager Liquiline Plattform bei Endress+Hauser in Gerlingen.