Systémy pro úpravu čisté a ultračisté vody

Systémy ultračisté vody

Společnost EnviroFALK se sídlem v německém Westerburgu se v této oblasti prosadila jako specialista. Společnost byla založena v roce 1989 a v současné době je jedním z lídrů na trhu se systémy pro ultračistou vodu. Peter Leyendecker, spoluzakladatel a výkonný ředitel, vysvětluje: „Vyvíjíme koncepty z různých technologií úpravy vody dostupných na trhu: systémy reverzní osmózy, ultrafiltrace, nanofiltrace nebo systémy iontové výměny. Naše systémy často využívají kombinaci různých technologií. Našim zákazníkům nabízíme kompletní koncepty pro úpravu vody, recirkulaci a zejména pro zpracování čisté vody.“

Maximilian Meurer, inženýr měření a kontroly ve společnosti EnviroFALK, vysvětluje, jak to funguje: „V tomto systému úpravy vody přivádíme normální vodu, která vytéká z kohoutku. V prvním kroku se změkčí. U této měkké vody jsou všechny pevné látky odfiltrovány pomocí reverzní osmózy. V dalším kroku čištění prochází voda iontoměničovou kazetou. Je naplněna speciálním granulátem nebo pryskyřicí se smíšeným ložem, která z vody odstraňuje všechny minerály. Ke kontrole kvality této plně odsolené vody používáme vodivostní senzory od společnosti ifm. Na základě procesní hodnoty, kterou poskytuje, můžeme okamžitě rozpoznat zvýšení vodivosti, jakmile je kazeta vyčerpána a je třeba ji vyměnit. Čistá voda se čerpá do nádrže pro meziskladování a také se částečně ohřívá, což umožňuje flexibilní použití v různých aplikacích. Odsolená voda je navíc vystavena UV záření, které působí proti choroboplodným zárodkům a udržuje vysoký stupeň čistoty.“

Senzory a požadavky

K monitorování složitého procesu úpravy a zajištění trvale vysoké kvality ultračisté vody se používají různé senzory společnosti ifm, která se specializuje na automatizaci. I ta nejmenší kontaminace nebo remineralizace by mohla snížit kvalitu a je třeba se jí za každou cenu vyhnout. Proto společnost EnviroFALK používá ve svých potrubích a nádržích senzory pro zapuštěnou montáž. Výhoda: Nevznikají tak mrtvé prostory, které by vytvářely statickou vodu, jež by mohla vést k nežádoucímu obohacování. Dalším problémem je, že demineralizovaná voda se neustále snaží kompenzovat nepřirozený odsolený stav rozpouštěním minerálů z okolních materiálů, např. z běžných stěn z nerezové oceli, což časem vede k tvorbě důlků. Proto jsou trubky tohoto systému vyrobeny z plastu nebo nerezové oceli obzvláště vysoké kvality. Totéž platí pro senzory, které přicházejí do styku s médiem. ifm nabízí speciální senzory pro aplikace s velmi čistou vodou. Kontaktní části snímací plochy se skládají z vysoce kvalitní nerezové oceli nebo jiných materiálů, z nichž ultračistá voda nemůže extrahovat žádné molekuly.

Klíčové měření: hodnota vodivosti

Senzor vodivosti LDL101 je správnou volbou tam, kde je čistota vody rozhodující pro kvalitu výrobku nebo spolehlivost procesu. Hodnota vodivosti je opakem hodnoty elektrického odporu vody. Čím je voda čistší, tím je její odpor vyšší a vodivost nižší.

Maximilian Meurer, inženýr měření a regulace ve společnosti EnviroFALK GmbH, dodává: „Senzor LDL101 IO-Link používáme k měření vodivosti, která je klíčová pro zajištění kvality vysoce čištěné vody. Vodivost udává koncentraci iontů ve vodě. Čím menší je počet volných iontů, tím nižší je vodivost. Senzor vodivosti LDL101 nás zaujal svým velmi velkým rozsahem měření od 0,04 do 1 000 mikrosiemensů na centimetr. To je ideální, protože nám to umožňuje pokrýt všechny fáze systému jedním typem senzoru, od běžné „komunální“ vody na vstupu až po ultračistou vodu na výstupu. Použití pouze jednoho typu senzoru snižuje naše náklady na skladování. Méně rozmanitých snímačů znamená také méně komplikací pro naše servisní techniky v terénu. Stejně tak nás zaujal kompaktní design snímače. Můžeme jej připojit pomocí standardní připojovací technologie M12 a nepotřebujeme drahé datové kabely ani externí vyhodnocovací jednotku ve skříni, což šetří čas, místo i náklady.“

Vysoké rozlišení a bezeztrátový digitální přenos naměřených hodnot prostřednictvím rozhraní IO-Link umožňují trvale přesnou analýzu kvality vody a zajišťují bezchybné procesy. Pokud se například při výrobě ultračisté vody zvýší hodnota vodivosti, znamená to, že díly vyžadují údržbu.

Čisté měření tlaku

Tlak v potrubí je třeba sledovat na několika místech systému. V budoucnu bude snímač tlaku PL15 použit v komplexním vodním systému, kde bude plnit kombinaci několika úloh. „Za prvé, PL15 používáme k ovládání čerpadla. Díky rozhraní IO-Link má senzor vynikající rozlišení v celém rozsahu tlaku od 0 do 10 barů. IO-Link umožňuje přímé čtení naměřených hodnot v digitálním formátu, tj. bez konverzních ztrát, což nám poskytuje ještě větší přesnost. Kromě toho již nemusíme provádět žádná nastavení na samotném snímači, což usnadňuje manipulaci.“ Další oblastí použití, kde může snímač tlaku skutečně uplatnit své přednosti, je nádrž. „PL15 je vhodný také pro monitorování hladiny. Jeho proplachovací konstrukce zabraňuje vzniku slepých míst, která by vytvářela statickou vodu, a tím i nežádoucí obohacování. Další výhodou tlakového senzoru je, že poskytuje teplotu média jako další procesní hodnotu, což dále zvyšuje transparentnost a kontrolu procesu,“ říká Maximilian Meurer.

Přesné měření průtoku ultračisté vody

Důležitým parametrem pro zákazníka je množství čisté vody, které je k dispozici na konci procesu úpravy. Při reverzní osmóze se vstupní proud rozdělí na proud čisté vody, označovaný jako permeát, a proud koncentrátu, který obsahuje částice. Porovnáním obou veličin může provozovatel zařízení například zjistit, že filtry vyžadují údržbu nebo že napájecí proud je silně znečištěn cizorodými látkami. Pro získání přesného výsledku je třeba přesně změřit průtok v několika bodech systému.

Za tímto účelem vyvinula společnost ifm, specialista na senzory, ultrazvukový průtokoměr typu SU pro aplikace s velmi čistou vodou, který dokáže s vysokou přesností detekovat průtok až 1 000 l/min. Díky ultrazvukové technologii to platí i pro ultračistou vodu s nízkou vodivostí, která se vyrábí v zařízeních společnosti EnviroFALK. V kombinaci s vodivostními senzory řady LDL lze ve filtračním procesu spolehlivě kontrolovat kvalitu a množství. Měřicí potrubí průtokoměru je vyrobeno z ušlechtilé nerezové oceli a neobsahuje měřicí prvky, těsnění a pohyblivé části. To znamená, že závady způsobené poškozením, netěsnostmi nebo ucpáním, které se mohou vyskytnout v mechanických systémech, jako jsou oběžná kola nebo poklesy tlaku související s konstrukcí, k nimž dochází u jiných principů měření, jsou od počátku vyloučeny. Měřicí trubice vyrobená výhradně z nerezové oceli eliminuje potřebu zkoušek materiálové kompatibility elektrod nebo těsnění a umožňuje snadné, úplné čištění beze zbytků. LED dioda, která může symbolizovat sílu signálu, slouží jako další vizuální indikátor stabilního procesu. Klesající hodnota může být indikátorem přítomnosti částic, vzduchových bublin nebo usazenin na vnitřní stěně potrubí.

Bezkontaktní radarové měření v nádržích

Radarový snímač hladiny LW2120 s rozhraním IO-Link je ideální pro bezkontaktní sledování hladiny v nádržích. Dokáže detekovat hladiny až do výšky 10 metrů bez slepých zón a s milimetrovým rozlišením. Použitá frekvence 80 GHz zajišťuje stabilní a přesné výsledky měření i ve stísněných prostorách. Díky prodloužení antény, které je k dispozici jako příslušenství, lze senzor použít i mimo uzavřené kovové nádrže, například na otevřených nádobách nebo plastových nádržích.

„U některých aplikací používáme místo hydrostatického měření hladiny radarový senzor. Koncoví zákazníci to požadují například v oblasti ultračistoty, kde každý šroubový spoj a každý měřicí bod představuje potenciální zdroj kontaminace. V takových aplikacích je výhodné měření hladiny pomocí radarového senzoru, protože senzor je instalován mimo víko nádrže a nepřichází do kontaktu s médiem,“ vysvětluje Maximilan Meurer.

Standardní technologie připojení M12 zajišťuje bezchybnou instalaci během několika minut, zatímco IO-Link poskytuje pohodlí při dálkovém nastavování a čtení parametrů. Díky inteligentnímu algoritmu v jednotce se nastavení parametrů prostřednictvím rozhraní IO-Link jeví jako dětská hra: Po jednorázovém nastavení referenční výšky snímač okamžitě poskytne přesnou hodnotu hladiny prostřednictvím rozhraní IO-Link.

Přidaná hodnota díky IO-Link

Výhody IO-Link: Společnost EnviroFALK se inspirovala touto technologií a rozhodla se spoléhat na senzory využívající tento digitální komunikační protokol.

Maximilian Meurer vysvětluje, jaké jsou výhody: „S rozhraním IO-Link mám úplný přehled až po každý jednotlivý senzor prostřednictvím rozhraní HMI a řídicí jednotky. Pokud se vyskytnou abnormální stavy, diagnostické údaje každého snímače mi pomohou rychle identifikovat a odstranit problém. Předávání dat ze senzorů do řídicí jednotky je také velmi jednoduché. Díky cyklickým datovým dotazům jsou naměřené hodnoty poskytovány přímo jako číselné hodnoty. Dříve to u analogově měřených hodnot nebylo možné. IO-Link mi také umožňuje dotazovat se a digitalizovat další data, jako jsou sériová čísla nebo kalibrační údaje. Mohu dokonce zadat výstupní jednotku měřených hodnot, např. pro snímače průtoku litrů za minutu nebo metrů krychlových za hodinu. IO-Link navíc umožňuje přenášet několik naměřených hodnot senzoru. Příkladem může být snímač vodivosti, ale také snímače tlaku, které používáme na nádržích a čerpadle: Měříme tlak, abychom zjistili hladinu v nádrži, a zároveň odečítáme hodnotu teploty, kterou senzor poskytuje, abychom zjistili teplotu média v nádrži. To nám ušetří práci s instalací dalších teplotních čidel a přidáváním příslušných šroubových spojů do nádrže. Průtokoměr typu SU také přenáší několik měřených hodnot prostřednictvím jedné datové linky: Kromě průtoku a stavu snímače je prostřednictvím IO-Link k dispozici také celkový průtok a teplota. A díky funkci ukládání dat my i koncový zákazník okamžitě zjistíme, zda byl použit nesprávný senzor nebo zda došlo k chybě v zapojení. Díky této funkci a jednoduchému připojení předpřipravených kabelů M12 na masteru i na jednotce již nepotřebujete nutně kvalifikovaného elektrikáře k rychlé výměně senzoru.“

IO-Link podporuje komplexní nastavení parametrů. Výstupní funkce, měřicí rozsahy, spínací body a další parametry lze volit libovolně v rámci charakteristických hodnot senzoru. Tam, kde bylo dříve zapotřebí mnoho různých senzorů, dnes často stačí jedna jednotka IO-Link.

Maximilian Meurer: „Hlavními výhodami IO-Link jsou pro nás menší různorodost senzorů a nižší náklady na jejich skladování. Naši servisní technici již nepotřebují při výměně zařízení tolik různých senzorů. To šetří čas a peníze.“

Závěr

V systémech čisté a ultračisté vody umožňují senzory ifm zefektivnit a zároveň přesně monitorovat proces. IO-Link snižuje náklady na ukládání dat a složitost montáže, což vede k výrazným úsporám nákladů a zároveň vytváří naprostou transparentnost všech procesů při přechodu firem do digitálního věku.
Stručně řečeno: jednoduché řešení!