Συστήματα επεξεργασίας καθαρού και εξαιρετικά καθαρού νερού
Όχι απλά καθαρό, αλλά απολύτως αγνό
Για περισσότερα από 30 χρόνια, η EnviroFALK GmbH σχεδιάζει, κατασκευάζει και πουλάει συστήματα καθαρού και εξαιρετικά καθαρού νερού, για ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών παγκοσμίως. Βασικά, το νερό που ρέει από τη βρύση δεν αποτελεί πρόκληση για τους αισθητήρες διεργασίας. Το εξαιρετικά καθαρό νερό, ωστόσο, είναι μία εντελώς διαφορετική υπόθεση. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις διαδικασίες επεξεργασίας πρέπει να είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί και στιβαροί.
Όποιος έχει προσπαθήσει να καθαρίσει μία επιφάνεια με νερό βρύσης, είναι εξοικειωμένος με το αποτέλεσμα: θα διαπιστώσει ότι εμφανίζονται αντιαισθητικοί λεκέδες. Σε τζάμια παράθυρων ή ποτήρια, αυτό το φαινόμενο μπορεί να διαταράξει μόνο την αισθητική μας αντίληψη, αλλά στις βιομηχανικές διαδικασίες μπορεί να θέσει σε σοβαρό κίνδυνο την ποιότητα των προϊόντων. Για παράδειγμα, σε εφαρμογές όπου χρησιμοποιείται επεξεργασμένο νερό για το ξέβγαλμα επεξεργασμένων μεταλλικών μερών για την απομάκρυνση λαδιών και ψυκτικών υγρών, ώστε να ετοιμαστούν για μία επακόλουθη επίστρωση ή ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Ή στη βιομηχανία οπτικών συστημάτων και στην ιατρική τεχνολογία, όπου το νερό έκπλυσης δεν πρέπει να αφήνει υπολείμματα μετά το στέγνωμα.
Η λύση: καθαρό νερό. Αυτό το νερό δεν περιέχει διαλυμένα μέταλλα, άλατα ή βακτήρια. Ανάλογα με τον βαθμό ποιότητας, χρησιμοποιείται ο όρος καθαρό ή εξαιρετικά καθαρό νερό.
Συστήματα εξαιρετικά καθαρού νερού
Η εταιρεία EnviroFALK με έδρα το Westerburg της Γερμανίας έχει καθιερωθεί ως ειδικός σε αυτόν τον τομέα. Ιδρύθηκε το 1989 και είναι πλέον ένας από τους ηγέτες της αγοράς για συστήματα εξαιρετικά καθαρού νερού. Ο Peter Leyendecker, συνιδρυτής και Διευθύνων Σύμβουλος, εξηγεί: «Αναπτύσσουμε ιδέες από τις ποικίλες τεχνολογίες επεξεργασίας νερού που είναι διαθέσιμες στην αγορά: συστήματα αντίστροφης όσμωσης, υπερδιήθηση, νανοδιήθηση ή συστήματα ανταλλαγής ιόντων. Συχνά, τα συστήματά μας χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό διαφόρων τεχνολογιών. Προσφέρουμε στους πελάτες μας ολοκληρωμένες ιδέες για τον περιορισμό του νερού, την ανακυκλοφορία και ειδικότερα την επεξεργασία καθαρού νερού.»
Ο Maximilian Meurer, μηχανικός μετρήσεων και ελέγχου στην EnviroFALK, εξηγεί πώς λειτουργεί: «Σε αυτό το σύστημα επεξεργασίας νερού, εγχύουμε κανονικό νερό όπως ρέει από τη βρύση. Στο πρώτο βήμα, μαλακώνει. Με αυτό το μαλακό νερό, όλα τα στερεά σωματίδια φιλτράρονται μέσω αντίστροφης όσμωσης. Στο επόμενο στάδιο καθαρισμού, το νερό περνά μέσα από ένα φυσίγγιο ανταλλαγής ιόντων. Γεμίζεται με ένα ειδικό κοκκώδες υλικό ή με ρητίνη μεικτής βάσης που αφαιρεί όλα τα μέταλλα από το νερό. Για να ελέγξουμε την ποιότητα αυτού του πλήρως αφαλατωμένου νερού, χρησιμοποιούμε αισθητήρες αγωγιμότητας της ifm. Με βάση την τιμή διεργασίας που παρέχουν, μπορούμε να αναγνωρίσουμε αμέσως μία αύξηση της αγωγιμότητας μόλις εξαντληθεί το φυσίγγιο και πρέπει να αντικατασταθεί. Το καθαρό νερό αντλείται σε μία δεξαμενή για ενδιάμεση αποθήκευση και επίσης θερμαίνεται μερικώς για να επιτρέψει την ευέλικτη χρήση σε διάφορες εφαρμογές. Το αφαλατωμένο νερό υποβάλλεται επιπλέον σε υπεριώδη ακτινοβολία για την καταπολέμηση των μικροβίων και τη διατήρηση του υψηλού βαθμού καθαρότητας.»
Αισθητήρες και απαιτήσεις
Διάφοροι αισθητήρες της ifm, του ειδικού στον αυτοματισμό, χρησιμοποιούνται για την επιτήρηση της σύνθετης διαδικασίας επεξεργασίας και τη διασφάλιση της μόνιμα υψηλής ποιότητας του εξαιρετικά καθαρού νερού. Ακόμη και η παραμικρή μόλυνση ή επαναμεταλλοποίηση μπορεί να μειώσει την ποιότητα και πρέπει να αποφεύγεται με κάθε κόστος. Αυτός είναι ο λόγος, για τον οποίο η EnviroFALK χρησιμοποιεί αισθητήρες χωνευτής τοποθέτησης στους σωλήνες και τις δεξαμενές της. Βασικό πλεονέκτημα: Δεν υπάρχουν νεκροί χώροι που κρατούν στατικό νερό, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε ανεπιθύμητο εμπλουτισμό. Μία άλλη πρόκληση είναι ότι το απιονισμένο νερό προσπαθεί συνεχώς να αντισταθμίσει την αφαλατωμένη κατάσταση με τη διάλυση ορυκτών από τα γύρω υλικά, π.χ. από συμβατικά τοιχώματα από ανοξείδωτο χάλυβα, κάτι που οδηγεί στη δημιουργία κοιλοτήτων με την πάροδο του χρόνου. Αυτός είναι ο λόγος που οι σωληνώσεις σε αυτό το σύστημα είναι κατασκευασμένοι από πλαστικό ή ανοξείδωτο χάλυβα εξαιρετικά υψηλής ποιότητας. Το ίδιο ισχύει και για τους αισθητήρες που έρχονται σε επαφή με τα διάφορα μέσα. Η ifm παρέχει ειδικούς αισθητήρες για εφαρμογές εξαιρετικά καθαρού νερού. Τα σημεία επαφής της επιφάνειας ανίχνευσης αποτελούνται από ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής ποιότητας ή άλλα υλικά, από τα οποία το εξαιρετικά καθαρό νερό δεν μπορεί να αποσπάσει μόρια.
Βασική μέτρηση: η τιμή αγωγιμότητας
Ο αισθητήρας αγωγιμότητας LDL101 είναι η σωστή επιλογή σε εφαρμογές όπου η καθαρότητα του νερού είναι αποφασιστικής σημασίας για την ποιότητα του προϊόντος ή την αξιοπιστία της διεργασίας. Η τιμή αγωγιμότητας είναι η αντίστροφη τιμή της ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης του νερού. Όσο πιο καθαρό είναι το νερό, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίστασή του και τόσο χαμηλότερη είναι η αγωγιμότητα.
Ο Maximilian Meurer, μηχανικός μετρήσεων και ελέγχου στην EnviroFALK, προσθέτει: «Για τη μέτρηση της αγωγιμότητας χρησιμοποιούμε τον αισθητήρα IO-Link LDL101, ο οποίος είναι βασικός για τη διασφάλιση της ποιότητας του εξαιρετικά καθαρού νερού. Η αγωγιμότητα δείχνει τη συγκέντρωση ιόντων στο νερό. Όσο μικρότερος είναι ο αριθμός των ελεύθερων ιόντων, τόσο μικρότερη είναι η αγωγιμότητα. Ο αισθητήρας αγωγιμότητας LDL101 μας εντυπωσίασε με το πολύ μεγάλο εύρος μέτρησής του από 0,04 έως 1.000 μικρο-siemens ανά εκατοστό. Αυτό είναι ιδανικό, διότι μας επιτρέπει να καλύπτουμε όλα τα στάδια του συστήματος με έναν τύπο αισθητήρα, από το κανονικό δημοτικό νερό στην είσοδο έως το εξαιρετικά καθαρό νερό στην έξοδο. Η χρήση ενός μόνο τύπου αισθητήρα μειώνει το κόστος αποθήκευσης. Και λιγότερη ποικιλία αισθητήρων σημαίνει επίσης λιγότερη πολυπλοκότητα για τους τεχνικούς μας συντήρησης στο πεδίο. Μας έχει εντυπωσιάσει εξίσου η συμπαγής σχεδίαση του αισθητήρα. Μπορούμε να τον συνδέσουμε με την τυπική τεχνολογία σύνδεσης M12 και δεν χρειαζόμαστε ακριβά καλώδια δεδομένων ή εξωτερική μονάδα αξιολόγησης στο ντουλάπι, κάτι που εξοικονομεί χρόνο και χώρο και μειώνει το κόστος.»
Η υψηλή ανάλυση και η ψηφιακή μετάδοση των μετρούμενων τιμών χωρίς απώλειες μέσω IO-Link επιτρέπει την ανάλυση της ποιότητας του νερού με διαρκή ακρίβεια, εξασφαλίζοντας απρόσκοπτες διεργασίες. Για παράδειγμα, εάν η τιμή αγωγιμότητας αυξάνεται κατά την παραγωγή εξαιρετικά καθαρού νερού, αυτό σημαίνει ότι τα εξαρτήματα χρειάζονται συντήρηση.
Καθαρή μέτρηση πίεσης
Η πίεση στους σωλήνες πρέπει να παρακολουθείται σε διάφορα σημεία του συστήματος. Στο μέλλον, ο αισθητήρας πίεσης PL15 θα χρησιμοποιείται σε ένα σύνθετο σύστημα νερού για να εκπληρώνει έναν συνδυασμό πολλών εργασιών. «Πρώτον, χρησιμοποιούμε το PL15 για τον έλεγχο αντλιών. Χάρη στο IO-Link, ο αισθητήρας παρέχει εξαιρετική ανάλυση σε όλο το εύρος πίεσης από 0 έως 10 bar. Το IO-Link επιτρέπει την άμεση ανάγνωση των μετρούμενων τιμών σε ψηφιακή μορφή, δηλαδή χωρίς απώλειες μετατροπής, το οποίο μας παρέχει ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια. Επιπλέον, δεν χρειάζεται πλέον να κάνουμε ρυθμίσεις στον ίδιο τον αισθητήρα, το οποίο διευκολύνει τον χειρισμό.» Ένας άλλος τομέας εφαρμογής, όπου ο αισθητήρας πίεσης μπορεί πραγματικά να απελευθερώσει τις δυνάμεις του, είναι η δεξαμενή. «Το PL15 είναι επίσης κατάλληλος για επιτήρηση στάθμης. Ο επίπεδος σχεδιασμός του δεν επιτρέπει τη συσσώρευση στατικού νερού σε νεκρούς χώρους και κατά συνέπεια τον ανεπιθύμητο εμπλουτισμό. Ένα άλλο πλεονέκτημα του αισθητήρα πίεσης είναι ότι παρέχει τη μέση θερμοκρασία ως πρόσθετη τιμή διαδικασίας, η οποία ενισχύει περαιτέρω τη διαφάνεια και τον έλεγχο της διαδικασίας», προσθέτει ο Maximilian Meurer.
Οι ειδικά συμπαγείς και επίπεδοι αισθητήρες πίεσης της σειράς PL15, οι οποίοι μπορούν να διαμορφωθούν ελεύθερα μέσω του IO-Link, προσφέρουν μέγιστη ευελιξία.
Ακριβής μέτρηση της παροχής του εξαιρετικά καθαρού νερού
Σχετική παράμετρος για τον πελάτη είναι η διαθέσιμη ποσότητα καθαρού νερού στο τέλος της διαδικασίας επεξεργασίας. Κατά την αντίστροφη όσμωση, το ρεύμα τροφοδοσίας διαχωρίζεται σε ένα ρεύμα καθαρού νερού που αναφέρεται ως διήθημα και σε ένα ρεύμα συμπυκνώματος, το οποίο περιέχει τα σωματίδια. Για παράδειγμα, συγκρίνοντας και τις δύο ποσότητες, ο χειριστής της εγκατάστασης μπορεί να δει εάν τα φίλτρα απαιτούν συντήρηση ή εάν το ρεύμα τροφοδοσίας είναι ιδιαίτερα μολυσμένο με ξένες ουσίες. Για να συνάγεται ένα ακριβές αποτέλεσμα, ο ρυθμός ροής πρέπει να μετριέται με ακρίβεια σε πολλά σημεία του συστήματος.
Για τον σκοπό αυτό η ifm, ο ειδικός στους αισθητήρες, έχει αναπτύξει τον αισθητήρα ροής υπερήχων σειράς SU για εφαρμογές εξαιρετικά καθαρού νερού, ο οποίος μπορεί να ανιχνεύει ρυθμούς ροής έως και 1.000 l/min με υψηλή ακρίβεια. Χάρη στην τεχνολογία υπερήχων, αυτό ισχύει και για το εξαιρετικά καθαρό νερό με χαμηλή αγωγιμότητα, όπως παράγεται σε εγκαταστάσεις της EnviroFALK. Σε συνδυασμό με τους αισθητήρες αγωγιμότητας της σειράς LDL, μπορεί να καθιερωθεί αξιόπιστος ποιοτικός και ποσοτικός έλεγχος στη διαδικασία φιλτραρίσματος. Ο σωλήνας μέτρησης του αισθητήρα ροής είναι κατασκευασμένος από ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής ποιότητας και δεν περιέχει στοιχεία μέτρησης, τσιμούχες και κινούμενα μέρη. Αυτό σημαίνει ότι αποκλείονται από την αρχή οι βλάβες που προκαλούνται από αποθέσεις, ζημιά, διαρροές ή μπλοκαρίσματα που μπορεί να προκύψουν σε μηχανικά συστήματα όπως προπέλες ή στρόβιλοι, ή πτώσεις πίεσης λόγω σχεδίασης, όπως συμβαίνουν με άλλες αρχές μέτρησης. Ο σωλήνας μέτρησης, κατασκευασμένος εξ ολοκλήρου από ανοξείδωτο χάλυβα, εξαλείφει την ανάγκη για δοκιμές συμβατότητας του υλικού των ηλεκτροδίων ή των στεγανοποιητικών και επιτρέπει τον εύκολο, πλήρη και χωρίς υπολείμματα καθαρισμό. Το LED, το οποίο μπορεί να συμβολίζει την ισχύ του σήματος, χρησιμεύει ως πρόσθετη οπτική ένδειξη μιας σταθερής διαδικασίας. Μια μείωση της τιμής μπορεί να είναι ένδειξη σωματιδίων, φυσαλίδων αέρα ή επικαθήσεων στο εσωτερικό τοίχωμα του σωλήνα.
Εικόνα 1: Ο σωλήνας μέτρησης του αισθητήρα ροής υπερήχων της ifm δεν περιέχει στοιχεία μέτρησης ή κινούμενα μέρη και επομένως είναι ιδανικός για χρήση σε εφαρμογές εξαιρετικά καθαρού νερού. Εικόνα 2: Ο αισθητήρας στάθμης ραντάρ LW2120 χωρίς επαφή είναι εγκατεστημένος έξω από το καπάκι της δεξαμενής καθαρού νερού.
Μέτρηση με ραντάρ χωρίς επαφή σε δεξαμενές
Ο αισθητήρας στάθμης με ραντάρ LW2120 με δυνατότητα IO-Link είναι ιδανικός για επιτήρηση της στάθμης πλήρωσης χωρίς επαφή σε δεξαμενές. Μπορεί να ανιχνεύει τη στάθμη σε ύψος έως και 10 μέτρα χωρίς τυφλές περιοχές και με ανάλυση χιλιοστού. Η χρησιμοποιούμενη συχνότητα 80 GHz εξασφαλίζει σταθερά και ακριβή αποτελέσματα μέτρησης ακόμα και σε περιορισμένους χώρους. Με το παρελκόμενο προέκτασης κεραίας, ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκτός από κλειστές μεταλλικές δεξαμενές και σε ανοιχτούς κάδους.
«Για ορισμένες εφαρμογές, χρησιμοποιούμε τον αισθητήρα ραντάρ αντί για την υδροστατική μέτρηση στάθμης. Για παράδειγμα, τελικοί χρήστες ζητούν αυτόν για το εξαιρετικά καθαρό πεδίο, όπου κάθε βιδωτή σύνδεση και κάθε σημείο μέτρησης αντιπροσωπεύει μία πιθανή πηγή μόλυνσης. Σε τέτοιου είδους εφαρμογές, η μέτρηση της στάθμης με αισθητήρα ραντάρ είναι πλεονεκτική, καθώς ο αισθητήρας είναι εγκατεστημένος έξω από το καπάκι της δεξαμενής και δεν έρχεται σε επαφή με το μέσο,» εξηγεί ο Maximilian Meurer.
Η τυποποιημένη τεχνολογία σύνδεσης M12 εξασφαλίζει εγκατάσταση χωρίς σφάλματα μέσα σε λίγα λεπτά, ενώ το IO-Link προσθέτει την ευκολία της απομακρυσμένης ρύθμισης και ανάγνωσης παραμέτρων. Ο έξυπνος αλγόριθμος στη συσκευή καθιστά απλούστατη την παραμετροποίηση μέσω IO-Link: Αφού ρυθμιστεί μία φορά το ύψος αναφοράς, ο αισθητήρας παρέχει αμέσως την ακριβή στάθμη μέσω IO-Link.
Προστιθέμενη αξία με το IO-Link
Όσον αφορά το IO-Link: Εμπνεόμενη από την τεχνολογία, η EnviroFALK επέλεξε να βασίζεται σε αισθητήρες που χρησιμοποιούν αυτό το ψηφιακό πρωτόκολλο επικοινωνίας.
Ο Maximilian Meurer εξηγεί τα οφέλη: «Με το IO-Link, έχω πλήρη διαφάνεια σε κάθε επιμέρους αισθητήρα μέσω του HMI και του ελεγκτή. Εάν προκύψουν μη φυσιολογικές συνθήκες, τα δεδομένα διάγνωσης κάθε αισθητήρα με βοηθούν να εντοπίσω γρήγορα και να εξαλείψω το πρόβλημα. Η μεταφορά των δεδομένων του αισθητήρα στον ελεγκτή είναι επίσης πολύ απλή. Χάρη σε κυκλικά ερωτήματα δεδομένων, οι μετρούμενες τιμές παρέχονται απευθείας ως αριθμητικές τιμές. Προγενέστερα, με τις αναλογικές μετρούμενες τιμές, αυτό δεν ήταν εφικτό. Το IO-Link μου επιτρέπει επίσης να αναζητώ και να ψηφιοποιώ άλλα δεδομένα, όπως σειριακούς αριθμούς ή δεδομένα βαθμονόμησης. Μπορώ να καθορίσω ακόμα και τη μονάδα μέτρησης για την προβολή των μετρούμενων τιμών, π.χ. για αισθητήρες ροής λίτρα ανά λεπτό ή κυβικά μέτρα ανά ώρα. Επιπλέον, το IO-Link μου επιτρέπει να μεταδίδω διάφορες μετρούμενες τιμές ενός αισθητήρα. Σχετικό παράδειγμα είναι ο αισθητήρας αγωγιμότητας, αλλά και οι αισθητήρες πίεσης που χρησιμοποιούμε στις δεξαμενές και στην αντλία: Μετράμε την πίεση για να προσδιορίζουμε τη στάθμη στη δεξαμενή, ενώ ταυτόχρονα διαβάζουμε την τιμή θερμοκρασίας που παρέχει ο αισθητήρας για να γνωρίζουμε τη μέση θερμοκρασία στη δεξαμενή. Αυτό μας εξοικονομεί την προσπάθεια εγκατάστασης πρόσθετων αισθητήρων θερμοκρασίας και προσθήκης των αντίστοιχων βιδωτών συνδέσεων στη δεξαμενή. Ο αισθητήρας ροής σειράς SU μεταδίδει επίσης πολλές μετρούμενες τιμές μέσω μιας γραμμής δεδομένων: Εκτός από την στιγμιαία ροή και την κατάσταση του αισθητήρα, διαθέσιμα μέσω του IO-Link είναι επίσης η συνολική παροχή και η θερμοκρασία. Και χάρη στη λειτουργία αποθήκευσης δεδομένων, εμείς και ο τελικός πελάτης παρατηρούμε αμέσως εάν χρησιμοποιείται λάθος αισθητήρας ή αν υπάρχουν σφάλματα καλωδίωσης. Με αυτήν τη λειτουργία και την απλή σύνδεση των έτοιμων καλωδίων M12 τόσο στην κύρια συσκευή όσο και στη μονάδα, δεν χρειάζεται πλέον ένας καταρτισμένος ηλεκτρολόγος για να αντικαταστήσει γρήγορα έναν αισθητήρα.»
Το IO-Link υποστηρίζει ολοκληρωμένη παραμετροποίηση. Οι λειτουργίες εξόδου, τα εύρη μέτρησης, τα σημεία μεταγωγής και άλλες παράμετροι μπορούν να επιλεγούν ελεύθερα εντός των χαρακτηριστικών τιμών του αισθητήρα. Όπου απαιτούνταν πολλοί διαφορετικοί αισθητήρες πριν, μία μονάδα IO-Link είναι συχνά το μόνο που χρειάζεται σήμερα.
Maximilian Meurer: «Τα κύρια πλεονεκτήματα του IO-Link για εμάς είναι η μειωμένη ποικιλία αισθητήρων και το κόστος αποθήκευσης. Οι τεχνικοί μας συντήρησης δεν χρειάζονται πλέον πολλούς διαφορετικούς αισθητήρες κατά την αντικατάσταση συσκευών. Έτσι εξοικονομείται χρόνος και χρήματα.»
Το πρωτόκολλο επικοινωνίας IO-Link παρέχει πρόσβαση σε κάθε επιμέρους αισθητήρα. Αυτό δημιουργεί μέγιστη διαφάνεια και διευκολύνει την αντιμετώπιση προβλημάτων. / Οι αποκεντρωμένες κύριες μονάδες IO-Link εξοικονομούν χώρο στον πίνακα ελέγχου και προσφέρουν τη δυνατότητα σύνδεσης αισθητήρων και ενεργοποιητών. Η σύνδεση με τον ελεγκτή της εγκατάστασης γίνεται μέσω Profinet.
Οι συμπαγείς αισθητήρες πίεσης σειράς PV της ifm είναι επίσης κατάλληλοι για μικρούς σωλήνες χάρη στη σύνδεση διεργασίας G1/4. Εκτός από την πίεση, μεταδίδουν και τη θερμοκρασία του μέσου μέσω IO-Link.
Συμπέρασμα
Σε συστήματα επεξεργασίας καθαρού και εξαιρετικά καθαρού νερού, οι αισθητήρες της ifm επιτρέπουν απλοποιημένη αλλά επακριβή επιτήρηση της διαδικασίας. Το IO-Link μειώνει το κόστος αποθήκευσης και την πολυπλοκότητα τοποθέτησης, γεγονός που οδηγεί σε σημαντική μείωση του κόστους, ενώ παράλληλα δημιουργεί πλήρη διαφάνεια σε όλες τις διαδικασίες καθώς οι εταιρείες περνούν στην ψηφιακή εποχή.
Εν συντομία: μία καθαρή λύση!