Čisti in ultra čisti sistemi za čiščenje vode
Ne samo čisto, ampak absolutno čisto
Že več kot 30 let družba EnviroFALK GmbH razvija, proizvaja in prodaja sisteme za čiščenje vode in izjemno čiste vode v različnih panogah po svetu. Voda, ki pride iz pipe, pravzaprav ne pomeni izziva za procesne senzorje. Izjemno čista voda pa je povsem druga zgodba. Senzorji, uporabljeni pri teh postopkih obdelave, morajo biti veliko bolj učinkoviti in robustni.
Kdor je že kdaj poskušal očistiti površino s pitno vodo, pozna ta učinek: videli boste, da se pojavijo madeži, ki so neprijetni na pogled. Na podoknih ali kozarcih lahko ta učinek poleg motnje estetskega zaznavanja pri industrijskih procesih resno ogrozi kakovost izdelkov. Na primer, kjer se obdelana voda uporablja za splakovanje obdelanih kovinskih delov za odstranjevanje olja in hladilnih sredstev, da se pripravijo za naknadno premazovanje ali galvanizacijo. Ali v industriji optike in pri medicinski tehnologiji, kjer splakovalna voda po sušenju ne sme pustiti nobenih ostankov.
Rešitev: čista voda. Ta voda ne vsebuje raztopljenih mineralov, soli ali bakterij. Odvisno od stopnje kakovosti se uporablja izraz čista oziroma ultra čista.
Sistemi za izjemno čisto vodo
Podjetje EnviroFALK s sedežem v Westerburgu v Nemčiji se je uveljavilo kot strokovnjak na tem področju. Ustanovljeno je bilo leta 1989 in je zdaj eno vodilnih na trgu za sisteme za ultra čisto vodo. Peter Leyendecker, soustanovitelj in generalni direktor, pojasnjuje: »Razvijamo koncepte iz različnih tehnologij čiščenja vode, ki so na voljo na trgu: sistemi za reverzno osmozo, ultrafiltracija, nanofiltracija ali sistemi za izmenjavo ionov. Pogosto naši sistemi uporabljajo kombinacijo različnih tehnologij. Svojim strankam ponujamo popolne koncepte za zmanjšanje vode, recirkulacijo in zlasti za obdelavo čiste vode.«
Maximilian Meurer, inženir za merjenje in nadzor pri EnviroFALK, pojasnjuje, kako deluje: »Pri tem sistemu za obdelavo procesne vode vbrizgamo običajno vodo, ki teče iz pipe. V prvem koraku jo zmehčamo. S to mehko vodo se filtrirajo vsi trdni delci z reverzno osmozo. V naslednjem koraku čiščenja voda teče skozi kartušo za izmenjavo ionov. Napolnjena je s posebnim granulatom ali z mešano smolo, ki iz vode odstrani vse minerale. Za preverjanje kakovosti te povsem razsoljene vode uporabljamo senzorje prevodnosti družbe ifm. Na podlagi razpoložljive procesne vrednosti lahko takoj prepoznamo povečanje prevodnosti, ko je kartuša izpraznjena in jo je treba zamenjati. Čista voda se črpa v rezervoar za takojšnje shranjevanje, pri tem se delno segreje in omogoča prilagodljivo uporabo za različne vrste uporabe. Razsoljena voda je dodatno izpostavljena UV-sevanju za uničevanje klic in ohranjanje visoke stopnje čistosti.«
Čistilna naprava za procesno vodo z različnimi stopnjami čistosti.
Senzorji in zahteve
Različni senzorji strokovnjaka za avtomatizacijo ifm se uporabljajo za spremljanje zapletenih obdelovalnih procesov in zagotavljanje trajno visoke kakovosti ultra čiste vode. Tudi najmanjša kontaminacija ali remineralizacija lahko zmanjša kakovost in jo je treba za vsako ceno preprečiti. Zato podjetje EnviroFALK uporablja poravnano nameščene senzorje v svojih ceveh in rezervoarjih. Prednost: Pri tem ne pride do mrtvih mest, ki povzročajo statično vodo in ki bi lahko povzročila neželeno oplemenitev. Dodaten izziv je, da bo demineralizirana voda vedno poskušala nadomestiti nenaravno razsoljeno stanje s topljenjem mineralov iz okoliških materialov, npr. iz običajnih sten iz nerjavnega jekla, kar bo sčasoma privedlo do nastanka lukenj. Zato so cevi v tem sistemu izdelane iz plastike ali nerjavnega jekla posebej visoke kakovosti. Enako velja za senzorje, ki pridejo v stik z medijem. Družba ifm ima posebne senzorje za uporabo z ultra čisto vodo. Stični deli zaznavnega pročelja so izdelani iz nerjavnega jekla visoke kakovosti ali drugih materialov, iz katerih ultra čista voda ne more izvleči nobenih molekul.
Slika 1: Izolirani rezervoarji, priključeni v nadaljevanju, za segrevanje in hrambo čiste vode. Slika 2: Senzor LDL101 družbe ifm meri prevodnost za spremljanje čistosti vode in pravočasno sporoči, ko je treba zamenjati kartuše za izmenjavo ionov.
Ključne meritve: vrednost prevodnosti
Senzor prevodnosti LDL101 je prava izbira, kjer je čistost vode ključnega pomena za kakovost izdelka ali zanesljivost procesa. Vrednost prevodnosti je recipročna vrednosti električnega upora vode. Čistejša ko je voda, večji je upor in manjša je prevodnost.
Maximilian Meurer,inženir za merjenje in nadzor pri EnviroFALK, dodaja: »Uporabljamo senzorje LDL101 z IO-Linkom za merjenje prevodnosti, kar je ključnega pomena za zagotavljanje kakovosti visoko prečiščene vode. Prevodnost prikazuje koncentracijo ionov v vodi. Manjše ko je število prostih ionov, manjša je prevodnost. Senzor prevodnosti LDL101 nas je navdušil s svojim zelo velikim merilnim razponom od 0,04 do 1.000 mikrosiemensov na centimeter. To je idealno, saj nam omogoča, da pokrivamo vse faze sistema z eno vrsto senzorja od običajne ‘komunalne’ vode na dovodu do ultra čiste vode na odvodu. Uporaba samo ene vrste senzorja zmanjša naše stroške hrambe. Manjša raznolikost senzorjev pa pomeni manj zapletenosti za naše servisne tehnike na terenu. Enako smo navdušeni nad kompaktno zasnovo senzorja. Priključimo ga lahko s standardno priključitveno tehnologijo M12 in ne potrebujemo dragih podatkovnih kablov ali zunanjih ocenjevalnih enot v omarici, s čimer prihranimo čas, prostor in stroške.«
Visoka ločljivost in digitalni prenos izmerjenih vrednosti brez izgub prek IO-Linka omogočata trajno natančno analizo kakovosti vode in s tem zagotavljata brezhibne procese. Na primer, če vrednost prevodnosti med pripravo ultra čiste vode naraste, to pomeni, da deli potrebujejo vzdrževanje.
Čisto merjenje tlaka
Tlak v ceveh je treba spremljati na več točkah v sistemu. V prihodnosti se bo senzor tlaka PL15 uporabljal v zapletenih vodnih sistemih za izpolnjevanje kombinacije različnih opravil. »Najprej uporabimo PL15 za nadzor črpalke. Zaradi IO-Linka ima senzor odlično ločljivost po celotnem razponu tlaka od 0 do 10 barov. IO-Link omogoča neposredno branje izmerjenih vrednosti v digitalnem formatu, torej brez izgub zaradi pretvorbe, zaradi česar je še natančnejši. Poleg tega nam ni treba izvajati nobenih nastavitev na senzorju, kar olajša rokovanje.« Dodatno področje uporabe, pri katerem lahko senzor tlaka resnično pokaže svoje zmogljivosti, je rezervoar. »PL15 je primeren tudi za spremljanje ravni. Njegova poravnana zasnova preprečuje mrtva mesta, ki povzročajo statično vodo in s tem neželeno oplemenitenje. Dodatna korist senzorja tlaka je, da omogoča temperaturo medija kot dodatno procesno vrednost, ki še izboljša transparentnost procesa in nadzor,« pravi Maximilian Meurer.
Posebej kompaktni in poravnani senzorji tlaka serije PL15, ki jih je mogoče prosto konfigurirati prek IO-Linka, omogočajo največjo prilagodljivost.
Natančno merjenje stopnje pretoka ultra čiste vode
Za stranko je pomembna tudi količina razpoložljive čiste vode ob koncu obdelave. Med reverzno osmozo se tok podajanja loči v tok čiste vode, ki se imenuje permeat, in tok koncentrata, ki vsebuje delce. Na primer, s primerjavo obeh količin lahko upravljavec naprave vidi, ali filtri potrebujejo vzdrževanje ali je tok podajanja močno onesnažen s tujki. Za pridobitev natančnih rezultatov je treba stopnjo pretoka natančno izmeriti na več točkah v sistemu.
Za ta namen je strokovnjak za senzorje ifm razvil ultrazvočni merilnik pretoka tipa SU za ultra čisto vodo, ki lahko zazna stopnje pretoka do 1.000 l/min z visoko natančnostjo. Zaradi ultrazvočne tehnologije to velja tudi za izjemno čisto vodo z majhno prevodnostjo, kot se proizvaja v obratih družbe EnviroFALK. V kombinaciji s senzorji prevodnosti skupine izdelkov LDL je mogoče vzpostaviti zanesljiv nadzor kakovosti in količine v postopku filtracije. Merilna cev merilnika pretoka je izdelana iz kakovostnejšega nerjavnega jekla in nima merilnih elementov, tesnil in premičnih delov. To pomeni, da so napake, ki jih povzročijo usedline, poškodbe, puščanja ali blokade in do katerih lahko pride v mehanskih sistemih, kot so impelerji ali turbine, ali z zasnovo povezanimi padci tlaka, ki se pojavijo pri drugih načinih merjenja, izključene že od začetka. Merilna cev, ki je v celoti izdelana iz nerjavnega jekla, odpravi potrebo po preizkusu združljivosti materialov elektrod ali tesnil in omogoča preprosto, popolno čiščenje brez ostankov. Lučka LED, ki lahko prikazuje moč signala, je dodatni vizualni kazalnik stabilnega procesa. Padajoča vrednost je lahko kaže na delce, zračne mehurčke ali usedline na notranji steni cevi.
Slika 1: Merilna cev ultrazvočnega merilnika pretoka ifm ne vsebuje merilnih elementov ali premičnih delov in je tako idealna za uporabo za ultra čisto vodo. Slika 2: Brezstični radarski senzor nivoja LW2120 je nameščen na zunanji strani pokrova rezervoarja za čisto vodo.
Brezstično radarsko merjenje v rezervoarjih
Radarski senzor nivoja LW2120, ki podpira IO-Link, je idealen za brezstično spremljanje ravni v rezervoarjih. Zaznava lahko ravni do višine 10 metrov brez slepih območij in z milimetrsko natančnostjo. Uporabljena 80-gigaherčna frekvenca zagotavlja stabilne in natančne rezultate merjenja tudi v zaprtih prostorih. Z razširitvijo antene, ki je na voljo kot dodatek, se lahko senzor uporablja tudi zunaj zaprtih kovinskih rezervoarjev, npr. na odprtih kadeh ali plastičnih rezervoarjih.
»Za določene vrste uporabe uporabljamo radarski senzor namesto hidrostatičnega merjenja ravni. Na primer, končna stranka je to zahtevala v izjemno čistem območju, v katerem vsak vijačni spoj in vsaka merilna točka pomeni morebitni vir kontaminacije. Pri takih vrstah uporabe ima merjenje ravni z radarskim senzorjem svoje prednosti, saj je senzor nameščen zunaj pokrova rezervoarja in ne pride v stik z medijem,« pojasnjuje Maximilian Meurer.
Tehnologija standardnih spojnikov M12 zagotavlja namestitev brez napak v nekaj minutah, medtem ko IO-Link ponuja priročnost oddaljenega nastavljanja parametrov in branja. Zaradi pametnega algoritma v enoti je nastavljanje parametrov prek IO-Linka lahko kot otroška igra: Po enkratnem nastavljanju referenčne višine senzor takoj sporoči natančno raven prek IO-Linka.
Dodana vrednost z IO-Linkom
Če govorimo o IO-Linku: Podjetje EnviroFALK, ki g je navdušila tehnologija, se je z uporabo tega digitalnega komunikacijskega protokola odločilo zaupati senzorjem.
Maximilian Meurer pojasnjuje koristi: »IO-Link omogoča popolno transparentnost vse do zadnjega senzorja prek uporabniškega vmesnika in krmilnika. Če pride do neobičajnih razmer, mi diagnostični podatki posameznega senzorja pomagajo, da hitro prepoznam in odpravim težavo. Pošiljanje podatkov senzorja v krmilnik je tudi zelo preprosto. Zaradi cikličnih poizvedb po podatkih so izmerjene vrednosti neposredno posredovane kot številčne vrednosti. Z analogno izmerjenimi vrednostmi to ni bilo mogoče. IO-Link mi tudi omogoča poizvedovanje in digitalizacijo drugih podatkov, kot so serijske številke ali podatki o umerjanju. Določim lahko celo izhodno enoto izmerjenih vrednosti, npr. za senzorje pretoka litri na minuto ali kubični metri na uro. Poleg tega mi IO-Link omogoča prenašanje več izmerjenih vrednosti senzorja. Primer tega bi bil senzor prevodnosti, vendar tudi senzorji tlaka, ki jih uporabljamo na rezervoarjih in črpalki: Merimo tlak, da določimo raven v rezervoarju, medtem ko sočasno beremo vrednost temperature, ki jo posreduje senzor, da poznamo temperaturo medija v rezervoarju. To nam prihrani trud pri nameščanju dodatnih senzorjev za temperaturo in dodajanju ustreznih vijačnih spojev v rezervoar. Merilnik pretoka tipa SU tudi prenaša več izmerjenih vrednosti prek ene podatkovne linije: Poleg stopnje pretoka in stanja senzorja sta prek IO-Linka na voljo tudi stopnja skupnega pretoka in temperatura. In zaradi funkcije hrambe podatkov smo mi in končna stranka takoj opazili, če se uporablja napačni senzor ali če je prišlo do napak z ožičenjem. S to funkcijo in preprosto povezavo predhodno ožičenih kablov M12 na masterju in enoti ni več treba nujno najti kvalificiranega električarja pri hitri zamenjavi senzorja.«
IO-Link podpira obsežno nastavljanje parametrov. Izhodne funkcije, merilne razpone, preklopne točke in druge parametre lahko prosto izberete med značilnimi vrednostmi senzorja. Kjer so bili predhodno potrebni različni senzorji, je danes pogosto potrebna ena enota z IO-Linkom.
Maximilian Meurer: »Glavne prednosti IO-Linka za nas so zmanjšana raznovrstnost senzorjev in manjši stroški hrambe. Naši servisni tehniki ne potrebujejo več toliko različnih senzorjev pri zamenjavi naprav. S tem prihranimo čas in denar.«
Komunikacijski protokol IO-Linka omogoča dostop do vsakega posameznega senzorja. To pomeni največjo transparentnost in olajša odpravljanje napak. / Decentralizirani IO-Link masterji prihranijo prostor v krmilni omarici in ponujajo možnost za povezavo senzorjev in aktuatorjev. Povezava do krmilnika naprave se izvede prek enote Profinet.
Kompaktni senzorji tlaka PV znamke ifm so primerni tudi za male cevi zaradi procesnega priključka G1/4. Poleg tlaka prenašajo tudi temperaturo medija prek IO-Linka.
Zaključek
Pri sistemih čiste in ultra čiste vode senzorji ifm omogočajo poenostavljeno, vendar natančno spremljanje procesa. IO-Link zmanjša stroške hrambe in zapletenost namestitve, kar pomeni znatne prihranke stroškov, sočasno pa ustvari popolno transparentnost vseh procesov, ko podjetja prehajajo v digitalno dobo.
Če povzamemo: čista rešitev!
