Системи за пречистване на чиста и ултрачиста вода
Не просто чисти, но абсолютно чисти
Повече от 30 години, EnviroFALK GmbH проектира, произвежда и продава системи за чиста и ултра-чиста вода за широк спектър от индустрии по целия свят. По принцип водата, която излиза от крана, не представлява предизвикателство за процесните сензори. Ултрачистата вода обаче е съвсем различна история. Сензорите, използвани в тези процеси на обработка, трябва да бъдат много по-ефективни и здрави.
Всеки, който е опитвал да почисти повърхност с чешмяна вода, е запознат с ефекта: Може да откриете, че се появяват неприятни петна. Върху стъклата на прозорците или чашите за пиене този ефект може само да наруши естетическото ни възприятие, но в индустриалните процеси може сериозно да компрометира качеството на продуктите. Например, когато обработената вода се използва за изплакване на обработени метални части за отстраняване на масла и охлаждащи течности, за да се подготвят за последващо покритие или галванопластика. Или в оптичната промишленост и в медицинските технологии, където водата за изплакване не трябва да оставя никакви остатъци след изсушаване.
Решението: чиста вода. Тази вода не съдържа разтворени минерали, соли или бактерии. В зависимост от степента на качеството се използва терминът чиста или свръхчиста вода.
Системи за ултрачиста вода
Компанията EnviroFALK със седалище във Вестербург, Германия, се утвърди като специалист в тази област. Основана през 1989 г., компанията сега е един от лидерите на пазара за системи за ултрачиста вода. Питър Лайендекер, съосновател и управляващ директор, обяснява: Ние разработваме концепции от различните технологии за пречистване на вода, налични на пазара: системи за обратна осмоза, ултрафилтрация, нанофилтрация или йонообменни системи. Често нашите системи използват комбинация от различни технологии. Ние предлагаме на нашите клиенти цялостни концепции за намаляване на водата, рециркулация и по-специално за пречистване на чиста вода.
Максимилиан Мьорер, инженер по измерване и контрол в EnviroFALK, обяснява как работи: В тази система за обработка на технологична вода ние инжектираме нормална вода, която излиза от крана. В първата стъпка тя се омекотява. С тази мека вода всички твърди вещества се филтрират чрез обратна осмоза. В следващата стъпка на пречистване водата преминава през йонообменен патрон. Пълни се със специален гранулат или смесена смола, която премахва всички минерали от водата. За да проверим качеството на тази напълно обезсолена вода, ние използваме сензори за проводимост от ifm. Въз основа на стойността на процеса, която предоставя, можем незабавно да разпознаем увеличение на проводимостта, след като касетата е изчерпана и трябва да бъде сменена. Чистата вода се изпомпва в резервоар за междинно съхранение и също така частично се нагрява, за да позволи гъвкава употреба в различни приложения. Обезсолената вода допълнително се подлага на ултра-виолетова (UV) радиация за борба с микробите и поддържане на висока степен на чистота.
Пречиствателна станция за технологични води с различна степен на чистота.
Сензори и изисквания
Различни сензори на специалисти по автоматизация ifm се използват за наблюдение на комплексния процес на пречистване и осигуряване на постоянно високо качество на ултрачистата вода. Дори и най-малкото замърсяване или реминерализация може да намали качеството и трябва да се избягва на всяка цена. Ето защо EnviroFALK използва сензори за вграден монтаж в своите тръби и резервоари. Предимството: Няма мъртви пространства, причиняващи статична вода, която може да доведе до нежелано обогатяване. Друго предизвикателство е, че деминерализираната вода постоянно ще се опитва да компенсира неестественото обезсолено състояние чрез разтваряне на минерали от околните материали, напр. от конвенционални стени от неръждаема стомана, което ще доведе до образуване на дупки с течение на времето. Ето защо тръбите в тази система са изработени от пластмаса или неръждаема стомана с особено високо качество. Същото важи и за сензорите, които влизат в контакт с медиите. ifm предоставя специални сензори за приложения с ултрачиста вода. Контактните части на сензорната повърхност се състоят от висококачествена неръждаема стомана или други материали, от които ултрачистата вода не може да извлече никакви молекули.
Снимка 1: Изолирани резервоари надолу по веригата за отопление и съхранение на чиста вода. Снимка 2: Сензорът LDL101 от ifm извършва измервания на проводимостта, за да следи чистотата на водата и сигнализира навреме, когато йонообменните патрони трябва да бъдат сменени.
Ключово измерване: стойността на проводимост
Сензорът за проводимост LDL101 е правилният избор там, където чистотата на водата е от решаващо значение за качеството на продукта или надеждността на процеса. Стойността на проводимост е реципрочната на стойността на електрическото съпротивление на водата. Колкото по-чиста е водата, толкова по-висока е нейната устойчивост и толкова по-ниска е проводимостта.
Максимилиан Мьорер, инженер по измерване и контрол в EnviroFALK, добавя: Ние използваме сензора LDL101 IO-Link за измерване на проводимостта, което е от ключово значение за осигуряване на качеството на силно пречистена вода. Проводимостта показва концентрацията на йони във водата. Колкото по-малък е броят на свободните йони, толкова по-ниска е проводимостта. Сензорът за проводимост LDL101 ни впечатли с много широкия си диапазон на измерване от 0,04 до 1000 микросименса на сантиметър. Това е идеално, защото ни позволява да покрием всички етапи на системата с един тип сензор, от нормална общинска вода на входа до ултрачиста вода на изхода. Използването само на един тип сензор намалява разходите ни за съхранение. А по-малкото разнообразие от сензори също означава по-малко сложност за нашите сервизни техници на място. Също така бяхме впечатлени от компактния дизайн на сензора. Можем да го свържем със стандартна технология за свързване M12 и нямаме нужда от скъпи кабели за данни или външно устройство за оценка в шкафа, което спестява време, място и разходи.
Високата резолюция и цифровото предаване на измерваните стойности без загуби чрез IO-Link позволяват постоянното извършване на прецизен анализ на качеството на водата, осигурявайки безпроблемно протичане на процесите. Например, ако стойността на проводимостта се повиши по време на производството на ултрачиста вода, това показва, че частите изискват поддръжка.
Чисто измерване на налягането
Налягането в тръбите трябва да се следи в няколко точки на системата. В бъдеще сензорът за налягане PL15 ще се използва в сложна водна система за изпълнение на комбинация от няколко задачи. Първо, използваме PL15 за управление на помпата. Благодарение на IO-Link, сензорът притежава отлична разделителна способност в целия диапазон на налягане от 0 до 10 бара. IO-Link позволява директно отчитане на измерените стойности в цифров формат, т.е. без загуби при преобразуване, което ни дава още по-голяма прецизност. Освен това вече не е необходимо да правим никакви настройки на самия сензор, което улеснява работата. Друга област на приложение, където сензорът за налягане наистина може да разкрие силните си страни, е резервоарът. PL15 е подходящ и за мониторинг на нивото. Промивният му дизайн предотвратява мъртвите пространства, причиняващи статична вода и по този начин нежелано обогатяване. Друго предимство на сензора за налягане е, че той осигурява температурата на средата като допълнителна стойност на процеса, което допълнително подобрява прозрачността и контрола на процеса, казва Максимилиан Мьорер.
Специално компактните сензори за налягане от серията PL15, които могат да бъдат свободно конфигурирани чрез IO-Link, предлагат максимална гъвкавост.
Прецизно измерване на дебита на ултрачиста вода
От значение за клиента е и количеството налична чиста вода в края на процеса на обработка. По време на обратната осмоза захранващият поток се разделя на поток от чиста вода, наричан филтрат, и поток от концентрат, който съдържа частиците. Например, чрез сравняване на двете количества, операторът на инсталацията може да види, че филтрите изискват поддръжка или че захранващият поток е силно замърсен с чужди вещества. За да се получи точен резултат, дебитът трябва да бъде прецизно измерен в няколко точки на системата.
За тази цел специалистът по сензори ifm разработи ултразвуков разходомер тип SU за приложения с ултрачиста вода, който може да открива дебит до 1000 l/min с висока точност. Благодарение на използваната ултразвукова технология, това важи и за чиста и ултрачиста вода с ниска проводимост, тъй като се произвежда в заводите на EnviroFALK. В комбинация със сензорите за проводимост от фамилията LDL може да се установи надежден контрол на качеството в процеса на филтриране. Измервателната тръба на SU Puresonic е изработена от висококачествена неръждаема стомана и е без измервателни елементи, уплътнения и движещи се части. Това означава, че неизправностите, причинени от повреда, течове или запушвания, които могат да се появят в механични системи като работни колела или турбини, или спадове на налягането, както се случва с други принципи на измерване, са изключени от самото начало. Измервателната тръба, изработена изцяло от неръждаема стомана, елиминира необходимостта от тестове за съвместимост на материалите на електроди или уплътнения и позволява лесно, пълно почистване без остатъци. Светодиодът, който може да символизира силата на сигнала, служи като допълнителен визуален индикатор за стабилен процес. Стойността на спадане може да е индикатор за частици, въздушни мехурчета или отлагания по вътрешната стена на тръбата.
Снимка 1: Измервателната тръба на ултразвуковия разходомер на ifm е без измервателни елементи или движещи се части и по този начин е идеална за използване в приложения с ултрачиста вода. Снимка 2: Безконтактният радарен сензор за ниво LW2120 е монтиран извън капака на резервоара за чиста вода.
Безконтактно радарно измерване в резервоарите
LW2120 радарен сензор за ниво с възможност за IO-Link е идеално подходящ за безконтактно наблюдение на нивото в резервоари. Сензорът може да разпознава нива до височина до 10 метра без слепи зони и с милиметрова резолюция. Използваната честота от 80 GHz осигурява стабилни и прецизни резултати от измерването дори в затворени пространства. С удължителя на антената, който се предлага като аксесоар, сензорът може да се използва и извън затворени метални резервоари, например върху открити вани или пластмасови резервоари.
За определени приложения използваме радарния сензор вместо хидростатично измерване на нивото. Например крайните клиенти изискват това в ултра-чистото поле, където всяка винтова връзка и всяка точка на измерване представляват потенциален източник на замърсяване. При такива приложения измерването на нивото с помощта на радарен сензор е предимство, тъй като сензорът е монтиран извън капака на резервоара и не влиза в контакт със средата, обяснява Максимилиан Мьорер.
Стандартната технология за свързване M12 осигурява безпроблемна инсталация в рамките на минути, докато IO-Link добавя удобството за дистанционна настройка и четене на параметрите. Интелигентният алгоритъм в устройството прави настройката на параметри чрез IO-Link да изглежда като детска игра: След като веднъж зададете референтната височина, сензорът незабавно предоставя точното ниво чрез IO-Link.
Добавена стойност с IO-Link
Говорейки за IO-Link: Вдъхновен от технологията, EnviroFALK избра да разчита на сензори, използващи този цифров комуникационен протокол.
Максимилиан Мьорер обяснява ползите: С IO-Link имам пълна прозрачност до всеки отделен сензор чрез интерфейса човек - машина (HMI) и контролера. Ако възникнат необичайни условия, диагностичните данни на всеки сензор ми помагат бързо да идентифицирам и отстраня проблема. Предаването на данните от сензора в контролера също е много лесно. Благодарение на цикличните заявки за данни, измерените стойности се предоставят директно като числени стойности. Преди, с аналогови измерени стойности, това не беше възможно. IO-Link също ми позволява да правя запитвания и да дигитализирам други данни, като серийни номера или данни за калибриране. Мога дори да посоча изходната единица на измерените стойности, напр. за сензори за поток литри в минута или кубични метри на час. Освен това IO-Link ми позволява да предавам няколко измерени стойности на сензор. Пример за това би бил сензорът за проводимост, но също и сензорите за налягане, които използваме върху резервоарите и помпата: Ние измерваме налягането, за да определим нивото в резервоара, като в същото време отчитаме температурната стойност, която сензорът предоставя, за да знаем температурата на средата в резервоара. Това ни спестява усилията за инсталиране на допълнителни температурни сензори и добавяне на съответните винтови връзки в резервоара. Разходомерът тип SU също предава няколко измерени стойности през една линия за данни: В допълнение към дебита и състоянието на сензора, общият дебит и температурата също са достъпни чрез IO-Link. И благодарение на функцията за съхранение на данни, ние и крайният клиент веднага забелязваме, ако се използва грешен сензор или ако има грешки в окабеляването. С тази функция и простото свързване на предварително окабелени кабели M12 както на главния, така и на модула, вече не е необходимо да имате нужда от квалифициран електротехник, който просто бързо да смени сензор.
IO-Link поддържа цялостна настройка на параметрите. Изходните функции, диапазоните на измерване, точките на превключване и други параметри могат да се избират свободно в рамките на характерните стойности на сензора. Където преди са били необходими много различни сензори, един IO-Link модул често е всичко, което е необходимо днес.
Максимилиан Мьорер (Maximilian Meurer): Основните предимства на IO-Link за нас са намаленото разнообразие от сензори и разходите за съхранение. Нашите сервизни техници вече не се нуждаят от толкова много различни сензори при подмяна на устройства. Това пести време и пари.
Комуникационният протокол IO-Link осигурява достъп до всеки отделен сензор. Това създава максимална прозрачност и улеснява отстраняването на проблеми. / Децентрализираните IO-Link мастърс спестяват място в контролния шкаф и предлагат възможност за свързване на сензори и изпълнителни механизми. Връзката към централата се осъществява чрез Profinet.
Компактните фотоволтаични сензори за налягане от ifm са подходящи и за малки тръби благодарение на G1/4 връзка към процеса. В допълнение към налягането, те предават и температурата на средата чрез IO-Link.
Заключение
В системи за чиста и ултрачиста вода сензорите ifm позволяват рационализирано, но прецизно наблюдение на процеса. IO-Link намалява разходите за съхранение и сложността на монтажа, което води до значителни икономии на разходи, като същевременно създава пълна прозрачност на всички процеси, докато компаниите преминават в дигиталната ера.
Накратко: едно чисто решение!