Feuchtigkeitsmessung für sehr trockene Mehle mit OKS Online

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Die Messstrecke des Stippenzählers in der Mühle. Links SEW Motor, vorne kleiner Schaltkasten aus Edelstahl, abgewinkeltes Rohr mit Produkt, weißer Hintergrund, Kabel
Die Messstrecke des Stippenzählers in der Mühle

Im Oktober 2020 gab es für die Firma Kunkel den Auftrag, die Feuchtigkeit eines Endproduktes nach der Mehltrocknung mit Hilfe des OKS Online-Systems „Stippenzähler“ zu überwachen.

Der Stippenzähler ist ein bewährtes System der Firma Kunkel, bestehend aus Computer, Software, Messstrecke, Produktmelder und Kamerasystem und dient der vollautomatischen Überwachung der Produktqualität in großen Schüttgutbetrieben, wie z.B. Mühlen, Stärke- oder Aluminiumoxid-Produzenten. Stippen sind hierbei die sichtbaren Partikel, die ein Endprodukt verunreinigen und mit Hilfe von modernen Kamerasystemen und der entsprechenden Software gemessen werden können. Außerdem wird mit dem Stippenzähler die Farbe der Endprodukte gemessen. Abweichungen und Produktvorgaben können über Grenzwerte eingestellt werden. Das System läuft vollständig autark und kann auf die Kundenwünsche angepasst werden.

Die perfekte Ergänzung zur Stippenkontrolle

2017 wurde das Stippenzähler-System um weitere Features erweitert, weil von Kunden immer häufiger der Wunsch geäußert wurde, ob man nicht auch andere produktspezifische Werte wie z.B. Feuchtigkeit, Protein oder Mineralstoffgehalt von Mehl und Grieß messen kann.

Der Vorteil liegt klar auf der Hand, durch die kombinierte Visualisierung aller Messwerte in einem Arbeitsschritt erhält das Personal einen schnellen und kompakten Überblick über die gesamte Produktqualität. Schwankungen von Vorgaben und fehlerhafte Maschineneinstellungen können schnell erkannt werden. Eine moderne Sensorik, kombiniert mit einem digitalen Speicherungsverfahren dienen der Übersicht, der Produkttransparenz und der Rückverfolgbarkeit. Wenn Schwankungen ausgeschlossen werden, können über solche Systeme der Materialeinsatz optimiert und gleichzeitig Energie und Kosten eingespart werden. Teure Reklamationen werden vermieden und die Kundenzufriedenheit steigt deutlich.

In der Programmoberfläche der Stippenzähler-Software
können alle wichtigen Messwerte auf einen Blick abgelesen werden.

Denn auch in der Warenannahme des Kunden wird die Ware auf Qualität untersucht und muss bestimmten Standards entsprechen. Die permanente automatische Überwachung ist in jeder Betriebsgröße einsetzbar und bei größeren Tagesleistungen unverzichtbar.

Im konkreten Fall ging es um eine neue Anlage in einer Mühle, die Mehl so stark trocknen möchte, um daraus Spezialprodukte mit besonderen Anforderungen an den Feuchtegehalt herzustellen. Bisher wurde das Mehl der Großmühle von einem externen Dienstleister getrocknet, was aber auf Grund der Entfernung (Mehltransport über Straße) und den Trocknungsgebühren auf die Dauer unrentabel ist. Sinnvoller ist es, das Mehl aus der Produktion sofort am gleichen Standort zu trocknen.

Besondere Sensoren für kleinste Feuchtigkeiten

Es hatte sich herausgestellt, das bisherige Anbieter nicht in der Lage waren, auch besonders kleine Feuchte-Anteile von 8 Prozent oder weniger zu erkennen. Auf Grund der Technik von klassischen NIR-Systemen gibt es hier eine technische Untergrenze. Die Firma Kunkel benutzt aber in ihrem Stippenzähler-System die Sensoren der Firma Spectral Engines, die für genau solche Anwendungsfälle mit sehr geringer Feuchtigkeit prädestiniert sind.

Die kompakten Maße der Spectral Engines Sensoren und die technischen Anpassungen der Firma Kunkel erlauben den flexiblen Einbau direkt in den Prozess.

Die Vorteile sind dabei, dass die Sensoren ohne bewegliche Teile auskommen, eine geringe Stromaufnahme von 1.1 mW oder kleiner haben und temperaturstabil arbeiten. Die integrierten Wolframlampen ermöglichen eine Lebensdauer von 40.000 Stunden oder länger und bieten dem Kunden Wertstabilität. Durch eine spezielle, bauliche Anpassung an den Produkt-Bypass der Firma Kunkel können diese kleinen Sensoren in der Nähe der Kamera angebracht werden und an die restliche, elektronische Infrastruktur des Stippenzählers angeschlossen werden.

Die Stippenzähler-Software wurde um weitere Messwerte erweitert und die Schnittstelle für den „Nirone Sensor S“ komplett in die Oberfläche integriert. Angebunden wurde das System über eine USB-Verbindung und das Signal über einen USB-Extender verstärkt. Dies ist problemlos für Distanzen bis 100 Meter möglich.

Der NIR-Sensor in einem sehr kompakten Gehäuse (Vorder- und Rückseite)

Maßgeschneiderte Software mit einfacher Bedienung

Alle Messkurven der NIR-Messung können in der Software erzeugt und je nach Produkt (z.B. Mehl 550, Mehl 405, Dinkelmehl usw.) abgespeichert werden. Intern wird ein Regressions-Algorithmus angewandt, der die Messkurven und die gemessenen Intensitäten den Werten Feuchtigkeit, Protein und Mineralstoffgehalt zuordnet. Jedes Produkt der Mühle hat unterschiedliche Oberflächen-Charakteristiken und verhält sich bei der Messung unterschiedlich. Eine klare Unterscheidung dieser Rohprodukte geschieht dann intern über die Stippenzähler-Software.

Das Personal kann einen neuen Messwert, der von einem stationären NIR-Laborgerät zertifiziert wurde, als Referenzwert in die Stippenzähler-Software eintragen. Für diesen Zweck wurde außerdem ein Taster in das System integriert, der ein Signal weiterschaltet, damit in der Software eine neue Kurve angelegt wird.

Diese Funktion ermöglicht einen schnellen und eindeutigen Abgleich zwischen dem vorbeifließenden Produkt und dem internen Kalibrierungswert der Software. Der Kunde kann auf einfache und schnelle Weise sicherstellen, dass die Werte des Prozess-NIR-Systems auf bestehende Laborgeräte und Vorgaben abgeglichen werden.

Mit der Zeit lernt das System auf diesem Weg immer weitere Werte und die Genauigkeit der NIR-Messung verbessert sich. Der Vorteil der Spectral Engines Sensoren ist, dass schon mit wenigen Kalibrierungswerten sehr plausible Messungen erzeugt werden und es kaum Messunsicherheiten gibt.

Die Werte des Stippenzähler-Systems werden über eine 20mA Schnittstelle an die Trockungssteuerung weiter gegeben.

Das Stippenzähler-System gibt an die Trockner-Steuerung der Partneranlage lediglich einen Feuchtigkeitswert in Prozent aus. Mit dem Feuchtigkeitswert kann dann der gesamte Trocknungsablauf geregelt werden. Hierbei sieht man, wie wichtig die korrekten Messwerte sind, weil daran die gesamte Trocknungsanlage hängt. Mehltrocknung ist energieintensiv, daher ist es sehr wichtig, dass die Messwerte korrekt sind.

Das System wurde über eine autarke und sichere Fernwartungslösung ergänzt, so dass kleinere Änderungen an der Software sofort durchgeführt werden können. Außerdem war es möglich, den internen Temperatur-Sensor zu nutzen und dem Kunden neben dem Feuchtigkeitswert auch die Temperatur des Produktes anzuzeigen.

Möchte der Kunde die lokalen Werte aus der Anlage in einem anderen Bereich des Betriebes sehen (z.B. dem Leitstand), ist eine Weiterleitung der gesamten Programmoberfläche über eine interne LAN-Verbindung möglich.

Mit dem NIR-Feuchtigkeitssystem der Firma Kunkel bekommt der Kunde alle Werte auf einen Blick – perfekten Service und ein stabiles, zuverlässiges System, das nahezu wartungsfrei ist.

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