순수 및 초순수 처리 시스템

초순수 시스템

독일 Westerburg에 본사가 있는 회사인 EnviroFALK는 이 분야의 전문기업으로 입지를 강화했습니다. 1989년에 설립된 이 기업은 이제 초순수 시스템 시장의 선두 기업 중 하나가 되었습니다. Peter Leyendecker 공동창립자 겸 관리이사는 다음과 같이 설명합니다. EnviroFALK는 시중에서 접할 수 있는 다양한 수처리 기술의 컨셉을 개발합니다: 역삼투압 시스템, 한외여과, 나노필터 또는 이온 교환시스템입니다. 종종 EnviroFALK의 시스템에는 여러 기술의 조합이 사용됩니다, EnviroFALK는 고객에게 용수 감소 및 재순환과 특히 순수 처리에 관한 완전한 컨셉을 제공합니다.

EnviroFALK의 계측 및 제어 엔지니어 Maximilian Meurer는 그 원리를 다음과 같이 설명합니다: EnviroFALK는 이 공정수 처리 시스템에 수도꼭지에서 나오는 일반적인 용수를 주입합니다. 첫 단계에는 용수를 연수로 만듭니다. 이 연수를 사용하여 모든 고체를 역삼투압 방식으로 걸러냅니다. 다음 정수 단계에는 물이 이온 교환 카트리지를 통과하게 됩니다. 이 카트리지는 물에서 광물을 모두 제거하는 특수 입자인 합성 수지로 채워져 있습니다. 이 완전 탈염수의 품질을 확인하는 데는 ifm의 전도도 센서가 사용됩니다. 카트리지가 고갈되어 교체가 필요하면 이 센서에 표시되는 프로세스 값을 보고 전도도가 높아졌음을 즉시 알 수 있게됩니다. 순수는 펌프를 통해 탱크에 주입되어 즉시 저장되고, 여러 용도에 유연하게 사용할 수 있도록 부분적으로 가열되기도 합니다. 탈염수를 UV 방사능에 더 노출시켜서 항균하고 높은 순도를 유지합니다.

센서 및 요구사항

자동화 전문 기업인 ifm의 여러 센서는 복잡한 처리 프로세스를 모니터링하고 초순수의 높은 품질을 영구적으로 보장하기 위해 사용됩니다. 가장 작은 오염이나 재광물화 또한 품질 저하로 이어질 수 있으므로 반드시 방지되어야 합니다. 그러므로 EnviroFALK는 파이프와 탱크 안에 매립형 마운팅 센서를 사용합니다. 그 장점은: 원치 않는 농축으로 이어질 수 있는 정지수 (static water)를 유발시키는 불감대역이 없는 점입니다. 또 다른 문제는 주변 물질에서 미네랄을 용해하여 부자연스러운 탈염 상태를 지속적으로 보상하려고 하므로 시간이 지남에 따라 기존의 스텐레스 벽면에 구멍이 생길 수 있습니다. 그러므로 이 시스템의 파이프는 품질이 특히 높은 플라스틱이나 스텐레스로 제작됩니다. 매체와 접촉하는 센서도 마찬가지입니다. ifm은 초순수 용도를 위한 특수 센서를 제공합니다. 감지면의 접촉부는 고품질 스텐레스나 초순수가 분자를 추출할 수 없는 기타 물질로 구성됩니다.

주요 측정값: 전도도 값

LDL101 전도도 센서는 물의 순도가 제품 품질 또는 프로세스 신뢰성에 중요한 경우에 올바른 선택입니다. 전도도 값은 물의 전기 저항값과 관계가 있습니다. 물의 순도가 높을수록 저항이 높고 전도도가 낮습니다.

EnviroFALK의 계측 및 제어 엔지니어 Maximilian Meurer는 다음과 같이 부연합니다: EnviroFALK는 고도로 정화된 물의 품질을 보장하는 데 중요한 전도도 측정에 IO-Link 센서를 사용합니다. 전도도는 물 속의 이온 농도를 의미합니다. 자유 이온의 수가 적을수록 전도도가 낮습니다. LDL101 전도도 센서는 측정 범위가 센티미터당 0.04 ~ 1,000 마이크로시멘스로 광범위해서 인상적이었습니다. 한 가지 센서를 유입구에 있는 일반적인 수돗물부터 배출구에 있는 초순수까지 모든 시스템 단계에 사용할 수 있기 때문에 이상적인 센서입니다. 한 가지 센서만 사용하면 스토리지 비용이 절감됩니다. 그리고 센서 종류가 적으면 현장 서비스 기술자가 해야 하는 일도 덜 복잡합니다. 센서의 소형 설계 또한 인상적입니다. 이 센서는 표준 M12 연결 기술로 연결할 수 있고, 캐비닛 안에 값비싼 데이터 케이블이나 외부 평가 장치가 필요 없기 때문에 시간 및 공간과 비용이 절약됩니다.

IO-Link를 사용하면 측정값이 고해상도로 손실없는 디지털 전송이 되므로 수질을 영구적으로 정확하게 분석할 수 있게 되어 원활한 프로세스가 보장됩니다. 예를 들어 초순수 생산 중에 전도도 값이 높아지면 부품 정비가 필요함을 의미합니다.

청정 압력 측정

파이프 속 압력을 시스템의 여러 지점에서 모니터링해야 합니다. 미래에는 여러 작업을 함께 수행하기 위해 PL15 압력 센서를 복잡한 수처리 시스템에 사용하게 될 것입니다. 첫째, EnviroFALK는 PL15를 펌프 제어용으로 사용합니다. IO-Link로, 0부터 10bar까지의 전체 압력 범위에 걸쳐 센서의 해상도가 뛰어납니다. IO-Link를 사용하기 때문에 측정값을 변환 손실 없이 디지털 형식으로 직접 읽을 수 있어서 정확도가 더욱 높아지게 됩니다. 또한 더 이상 센서 자체에서 세팅할 것이 없으므로 다루기도 더 쉽습니다. 탱크에서도 압력 센서의 장점이 아주 두드러지게 나타납니다. PL15는 수위 모니터링에도 적합합니다. 매립형 디자인 센서는 정지수 발생에 따른 원치 않는 농축을 유발시키는 불감대역을 방지합니다. 압력 센서는 매체 온도를 추가 프로세스 값으로 제공하여 프로세스 투명성 및 제어력을 더욱 높인다는 또 다른 장점이 있습니다. 라고 Maximilian Meurer는 말합니다.

정확한 초순수 유량 측정

고객에게는 처리 프로세스 끝에 제공되는 순수의 수질도 중요합니다. 역삼투압이 일어나는 동안, 주입되는 물줄기는 순수 물줄기 (permeate)와 입자가 들어있는 농축 물줄기로 분리됩니다. 예를 들면, 설비 운영자는 두 물줄기의 수량을 모두 비교하여 필터 정비가 필요하거나 주입되는 물줄기가 이물질로 크게 오염되어 있는지 확인할 수 있습니다. 정확한 결과를 얻기 위해서는 시스템의 여러 지점에서 유량을 정확하게 측정해야 합니다.

이를 목적으로, 센서 전문 기업인 ifm은 최대 1,000 리터/분까지의 유량을 높은 정확도로 측정할 수 있는 SU형 초음파 유량계를 초순수용으로 개발했습니다. 초음파 기술로 본 센서는 EnviroFALK 공장에서 생산되는 전도도가 낮은 초순수에도 적용됩니다. 이 센서를 LDL 제품군의 전도도 센서와 함께 사용하면 여과 공정 중에 품질과 수량을 신뢰할 수 있는 수준으로 관리할 수 있습니다. 유량계의 측정 파이프는 고급 스텐레스로 제작되고, 측정 요소, 씰링 및 움직이는 부품이 없습니다. 따라서 임펠러 또는 터빈과 같은 기계 시스템에서 발생할 수 있는 침전, 손상, 누출 또는 막힘으로 인한 결함이나, 다른 측정 원리를 사용할 경우에 발생하는 디자인으로 인한 압력 강하가 처음부터 배제됩니다. 측정 파이프는 스텐레스만 사용하여 만들기 때문에 전극 또는 씰링 재료 호환성 테스트가 불필요하고, 간단하게 완전히 잔류물이 남지 않는 세척이 가능합니다. 신호 강도를 표시하는 LED는 프로세스 안정성을 시각적으로 나타내는 추가적인 지표로 사용됩니다. 값이 떨어지면 파이프 내벽에 입자, 기포 또는 침전물이 있음을 의미할 수 있습니다.

탱크 내부의 비접촉식 레이더 측정

IO-Link 지원 LW2120 레이더 레벨 센서는 탱크 속 레벨을 비접촉 방식으로 모니터링하는 데 매우 적합합니다. 이 센서는 사각지대없이 밀리미터 해상도로 10미터 높이까지 감지할 수 있고, 80GHz 주파수를 사용하여 좁은 공간에서도 안정적이고 정확한 측정 결과를 보장합니다. 액세서리로 사용할 수 있는 안테나 확장을 통해 센서는 폐쇄된 금속 탱크 외부 (예: 개방형 튜브 또는 플라스틱 탱크)에서도 사용할 수 있습니다.

EnviroFALK에서는 특정 용도에 레이더 센서를 정수 레벨 측정 대신 사용합니다. 최종 고객은 이 센서를 예를 들어 모든 나사 연결과 모든 측정 포인트가 잠재적인 오염원이 될 수 있는 초고순도 분야에서 이 기능을 요구합니다. 이러한 어플리케이션에서는 레이더 센서를 사용하면, 센서가 탱크 뚜껑 외부에 설치되고 매체와 접촉하지 않기 때문에 레벨 측정이 유리합니다. 라고 Maximilian Meurer는 설명합니다.

표준 M12 연결 기술로 오차 없는 설치가 몇 분만에 보장되는 한편, IO-Link는 파라메터를 원격으로 설정 및 판독할 수 있는 편리성을 더합니다. 디바이스에 지능형 알고리즘이 사용되어 IO-Link로 파라메터를 직관적으로 세팅할 수 있습니다: 기준 높이를 한 번 세팅한 후에 센서는 IO-Link로 정확한 레벨을 즉시 표시합니다.

IO-Link의 부가가치

IO-Link 기술: 영감을 받은 EnviroFALK는 이 디지털 통신 프로토콜을 사용하는 센서를 이용하기로 결정했습니다.

Maximilian Meurer는 그 장점에 대해 다음과 같이 설명합니다: IO-Link를 사용하면 HMI와 컨트롤러를 통해 각각의 개별 센서까지 완전한 투명성이 보장됩니다. 비정상적인 상태가 되면 각 센서의 진단 데이터를 통하여 문제를 신속하게 확인하고 제거할 수 있습니다. 센서 데이터를 컨트롤러에 전달하는 방법도 아주 간단합니다. 주기적인 데이터 쿼리로 측정값이 숫자값으로 직접 표시됩니다. 과거에 아날로그 측정값을 사용할 때는 불가능했던 일입니다. IO-Link를 통해 일련번호나 캘리브레이션 데이터 같은 데이터도 쿼리하고 디지털로 표시할 수 있습니다. 측정값 출력 단위를 설정할 수도 있는데, 예를 들어 유량 센서는 분당 리터 또는 시간당 입방 미터로 세팅이 가능합니다. 또한 IO-Link를 통해 센서 측정값을 한 번에 몇 개씩 전송할 수 있습니다. 예를 들어 전도도 센서 뿐만 아니라 탱크와 펌프에 사용하는 압력 센서도 있습니다. EnviroFALK에서는 탱크 내부 레벨을 확인하기 위해 압력을 측정함과 동시에 탱크 내부 매체 온도를 확인하기 위하여 센서에서 제공하는 온도값을 읽습니다. 그러므로 탱크에 온도 센서를 추가로 설치하고 필요한 나사를 추가하는 수고를 덜 수 있습니다. SU 타입 유량계는 하나의 데이터 라인을 통해 여러 측정값을 전송합니다. 유량 및 센서 상태 외에도 총 유량 및 온도 또한 IO-Link를 통해 사용할 수 있습니다. 그리고 데이터 저장 기능으로 EnviroFALK와 최종고객은 잘못된 센서를 사용하거나 배선 오류가 있으면 즉시 알 수 있습니다. 이 기능과 마스터 및 디바이스에 모두 미리 배선된 M12 케이블의 간단한 연결로 이제는 자격을 갖춘 전기 기술자가 없어도 센서를 빨리 교체할 수 있습니다.

IO-Link는 포괄적인 파라메터 세팅을 지원합니다. 출력 기능, 측정 범위, 스위칭포인트 및 기타 파라메터를 센서의 특성값 내에서 자유롭게 선택할 수 있습니다. 과거에는 여러가지 센서가 필요했지만, 지금은 IO-Link 디바이스 하나만 필요한 경우가 많습니다.

Maximilian Meurer: IO-Link의 주된 장점은 센서의 다양성 감소와 저장 비용 절감입니다. 서비스 기술자는 장치 교체 시 더 이상 여러가지 센서를 필요로하지 않습니다. 그래서 시간과 비용이 절약됩니다.

결론

순수 및 초순수 처리 시스템에 ifm 센서를 사용하면 프로세스 모니터링을 능률적이면서도 정확하게 수행할 수 있습니다. IO-Link는 스토리지 비용 및 장착의 복잡성이 감소되어 상당한 비용이 크게 절약되는 한편, 기업이 디지털 시대로 진입함에 따라 모든 프로세스의 완전한 투명성이 보장됩니다.
요약해서 말하면: 무결점 솔루션!