Systemer til behandling af rent og ultrarent vand
Applikationsrapport
Ikke blot rent, men absolut rent
EnviroFALK GmbH har i mere end 30 år konstrueret, fremstillet og solgt systemer til rent og ultrarent vand til en lang række industrier i hele verden. I bund og grund er vand, der kommer ud af hanen, ikke en udfordring for processensorer. Ultrarent vand er derimod en helt anden historie. Sensorerne, der anvendes i disse behandlingsprocesser, skal være meget mere effektive og robuste.
Alle, der har forsøgt at rengøre en overflade med postevand kender effekten: De vil finde ud af, at det efterlader uskønne pletter. På vinduesglas eller drikkeglas vil denne effekt måske kun forstyrre vores æstetiske opfattelse, men i industrielle processer kan dette have alvorlige følger for produkternes kvalitet. For eksempel hvor der anvendes renset vand til skylning af forarbejdede metaldele for at fjerne olier og kølemidler for at forberede dem til efterfølgende coating eller galvanisering. Eller i den optiske industri og i den medicinske teknologi, hvor skyllevand ikke må efterlade nogen rester efter tørring.
Løsningen: rent vand. Dette vand indeholder ingen opløste mineraler, salte eller bakterier. Begrebet rent eller ultrarent vand anvendes alt efter kvalitetsklassen.
Systemer til ultrarent vand
Virksomheden EnviroFALK, der er beliggende i Westerburg i Tyskland, har etableret sig som en specialist inden for dette område. Virksomheden blev grundlagt i 1989 og er i dag en af de førende på markedet inden for systemer til ultrarent vand. Peter Leyendecker, medstifter og administrerende direktør, forklarer: Vi udvikler koncepter fra de forskellige vandbehandlingsteknologier, der er tilgængelige på markedet: omvendt osmose-systemer, ultrafiltrering, nanofiltrering eller ionbyttersystemer. Vores systemer bruger ofte en kombination af forskellige teknologier. Vi tilbyder vores kunder komplette koncepter til vandreduktion, recirkulation og især til behandling af rent vand.
Maximilian Meurer, Measurement and Control Engineer hos EnviroFALK, forklarer, hvordan det fungerer: I dette procesvandbehandlingssystem indsprøjter vi normalt vand, som det kommer ud af hanen. I det første trin bliver det blødgjort. Med dette bløde vand bliver alle faste stoffer filtreret fra ved hjælp af omvendt osmose. I næste rensningstrin strømmer vandet gennem en ionbytterpatron. Den fyldes med en speciel granulat, eller blandet harpiks, som fjerner alle mineraler fra vandet. Vi anvender konduktivitetssensorer fra ifm til kontrol af kvaliteten af dette fuldstændigt demineraliserede vand. På grundlag af den procesværdi, dette giver, kan vi omgående se en forøgelse af ledningsevnen, når patronen er opbrugt og skal udskiftes. Det rene vand pumpes ind i en tank til midlertidig opbevaring og opvarmes også delvist for at give mulighed for fleksibel anvendelse i forskellige applikationer. Det demineraliserede vand bliver desuden udsat for UV-stråling for at bekæmpe bakterier og bibeholde en høj renhedsgrad.
Anlæg til procesvandbehandling med forskellige renhedsgrader.
Sensorer og krav
Der anvendes forskellige sensorer fra automatiseringsspecialisten ifm til overvågning af den komplicerede behandlingsproces og til at sikre, at det ultrarene vand har en permanent høj kvalitet. Selv den mindste kontaminering eller remineralisering kan reducere kvaliteten og skal under alle omstændigheder undgås. Derfor bruger EnviroFALK sensorer, der er monteret flugtende i deres rør og tanke. Fordelen: Der er ingen døde områder, der forårsager stillestående vand, der kunne medføre uønsket opformering. En anden udfordring er, at demineraliseret vand konstant vil forsøge at kompensere for den unaturlige demineraliserede tilstand ved at opløse mineraler fra de omgivende materialer, f.eks. fra almindelige vægge af rustfrit stål, hvilket med tiden vil medføre grubetæring. Derfor er rørene i dette system fremstillet af plast eller rustfrit stål af en særlig høj kvalitet. Det samme gælder for sensorerne, der kommer i kontakt med mediet. ifm leverer specielle sensorer til anvendelse til ultrarent vand. Den aktive overflades dele, der kommer i kontakt med mediet, består af rustfrit stål af høj kvalitet eller materialer fra hvilke ultrarent vand ikke kan ekstrahere nogen molekyler.
Billede 1: Isolerede nedstrømstanke til opvarmning og opbevaring af rent vand. Billede 2: LDL101-sensoren fra ifm udfører målinger af ledningsevnen for at overvåge vandets renhed og signalerer i tide, når ionbytterpatroner skal udskiftes.
Vigtig måling: konduktivitetsværdien
LDL101 konduktivitetssensorer er det rette valg, når vandets renhed er afgørende for produktkvaliteten eller procespålideligheden. Konduktivitetsværdien er den reciprokke værdi af vands elektriske modstandsværdi. Jo renere vandet er, desto større er dets modstand, og desto lavere er ledningsevnen.
Maximilian Meurer, Measurement and Control Engineer hos EnviroFALK, tilføjer: Vi bruger LDL101 IO-Link sensoren til måling af ledningsevnen, som er af central betydning for at sikre kvaliteten af meget rent vand. Ledningsevnen indikerer koncentrationen af ioner i vandet. Jo færre frie ioner, desto lavere er ledningsevnen. LDL101-konduktivitetssensoren imponerede os med dens meget store måleområde fra 0,04 til 1.000 microSiemens pr. centimeter. Dette er perfekt, fordi det giver os mulighed for at dække alle systemfaser med én type sensor, fra normalt kommunalt vand ved indløbet til ultrarent vand ved udløbet. Ved kun at bruge én sensortype reduceres vores oplagringsomkostninger. Og færre forskellige sensorer betyder også mindre kompleksitet for vores serviceteknikere i marken. Vi har været lige så imponerede over sensorens kompakte design. Vi kan forbinde den med M12 standard-forbindelsesteknologi og har ikke brug for dyre datakabler eller en ekstern evalueringsenhed i skabet, hvilket sparer tid, plads og omkostninger.
Den høje opløsning og tabsfri digitale overførsel af de målte værdier via IO-Link muliggør en permanent præcis analyse af vandkvaliteten, som sikrer fejlfri processer. Hvis ledningsevnen for eksempel stiger under produktionen af ultrarent vand, indikerer dette, at dele kræver vedligeholdelse.
Ren trykmåling
Trykket i rørene skal overvåges på forskellige steder i systemet. I fremtiden vil PL15-tryksensoren blive anvendt i et kompliceret vandsystem til at udføre en kombination af flere opgaver. For det første anvender vi PL15 til pumpestyring. Takket være IO-Link har sensoren en fremragende opløsning i hele trykområdet på 0 til 10 bar. IO-Link giver mulighed for direkte aflæsning af de målte værdier i digitalt format, dvs. uden konverteringstab, hvilket giver os endnu mere præcision. Derudover behøver vi ikke længere foretage indstillinger på selve sensoren, hvilket letter håndteringen. Et andet anvendelsesområde, hvor tryksensoren virkelig kan vise dens stærke sider, er tanken. PL15 egner sig også til niveauovervågning. Dens flugtende design forhindrer døde områder, der forårsager stillestående vand og dermed uønsket opformering. En anden fordel ved tryksensoren er, at den registrerer medietemperaturen som en ekstra procesværdi, hvilket forbedrer procesgennemsigtigheden og -styringen yderligere, siger Maximilian Meurer.
PL15-seriens specielt kompakte og flugtende tryksensorer, der frit kan konfigureres via IO-Link, giver maksimal fleksibilitet.
Præcis måling af ultrarent vands gennemstrømningshastighed
Mængden af tilgængeligt rent vand ved afslutningen af behandlingsprocessen er også relevant for kunden. Under omvendt osmose bliver fødestrømmen separeret i en strøm med rent vand, benævnt permeat, og en koncentratstrøm, der indeholder partiklerne. For eksempel kan anlægsoperatøren ved at sammenligne begge mængder se, at filtre kræver vedligeholdelse, eller at fødestrømmen er meget kontamineret med fremmedlegemer. For at opnå et nøjagtigt resultat skal gennemstrømningshastigheden måles præcist forskellige steder i systemet.
Til dette formål har sensorspecialisten ifm udviklet den ultrasoniske flowmåler af SU-typen til anvendelser med ultrarent vand, som kan detektere gennemstrømningshastigheder på op til 1.000 l/min. med høj præcision. Takket være ultralydsteknologien gælder dette også for ultrarent vand med lav ledningsevne, som produceres i EnviroFALK's anlæg. I kombination med LDL-familiens konduktivitetssensorer kan der opnås en pålidelig kontrol af kvaliteten og mængden i filtreringsprocessen. Flowmålerens målerør er fremstillet af rustfrit stål af en højere kvalitet og har ingen måleelementer, pakninger og bevægelige dele. Det betyder, at fejl, der forårsages af aflejringer, skader, lækager eller blokeringer, der kan opstå i mekaniske systemer, som f.eks. pumpehjul eller turbiner, eller designrelaterede trykfald, som opstår med andre måleprincipper, udelukkes fra begyndelsen. Målerøret, der udelukkende er fremstillet af rustfrit stål, eliminerer behovet for materialeforenelighedstests af elektroder eller tætninger og giver mulighed for nem, fuldstændig rengøring uden at efterlade rester. LEDen, der kan symbolisere signalstyrken, anvendes som en ekstra visuel indikator for en stabil proces. En faldende værdi kan være en indikator for partikler, luftbobler eller aflejringer på rørets indvendige væg.
Billede 1: ifms ultrasoniske flowmålers målerør har ingen måleelementer eller bevægelige dele og egner sig dermed perfekt til ultrarent vand. Billede 2: Den berøringsfrie LW2120 radar-niveausensor er installeret uden på låget på tanken med rent vand.
Berøringsfri radarmåling i tanke
Den IO-Link-kompatible LW2120 radar-niveausensor egner sig perfekt til berøringsfri niveauovervågning i tanke. Den kan detektere niveauer op til en højde på 10 meter uden blinde zoner og med en opløsning på én millimeter. Den anvendte 80 GHz-frekvens sikrer stabile og præcise måleresultater, selv på trange steder. Med antenneforlængelsen, der fås som tilbehør, kan sensoren også anvendes uden for lukkede metaltanke, for eksempel på åbne kar eller plasttanke.
Til visse anvendelsesformål anvender vi radarsensoren i stedet for hydrostatisk niveaumåling. Dette anmoder f.eks. slutkunder inden for det ultrarene område om, hvor hver skrueforbindelse og hvert målepunkt er en potentiel kontamineringskilde. Til sådanne anvendelsesområder er det en fordel at bruge en radarsensor til niveaumåling, fordi sensoren installeres uden for tankens låg og ikke kommer i kontakt med mediet, forklarer Maximilian Meurer.
Standard M12-tilslutningsteknologien sikrer fejlfri installation på få minutter, samtidig med at IO-Link gør fjernindstilling og -aflæsning af parametre nem. Den intelligente algoritme i enheden gør parameterindstilling via IO-Link legende let: Efter referencehøjden er indstillet én gang, stiller sensoren omgående det nøjagtige niveau til rådighed via IO-Link.
Merværdi med IO-Link
Angående IO-Link: EnviroFALK er inspireret af teknologien og har valgt at sætte sin lid til sensorer, der anvender denne digitale kommunikationsprotokol.
Maximilian Meurer forklarer fordelene: Med IO-Link har jeg fuld gennemsigtighed helt ned til hver enkelt sensor via HMIen og styreenheden. Hvis der opstår unormale forhold, hjælper hver sensors diagnosedata mig hurtigt med at identificere og eliminere problemet. Det er også meget nemt at sende sensordataene videre til styreenheden. Takket være cykliske dataforespørgsler vises de målte værdier direkte som numeriske værdier. Før var dette ikke muligt med analoge måleværdier. IO-Link giver mig også mulighed for at forespørge om og digitalisere andre data, som f.eks. serienumre eller kalibreringsdata. Jeg kan endda specificere de målte værdiers udgangsenhed, f.eks. liter i minuttet eller kubikmeter i timen for flowsensorer. Derudover giver IO-Link mig mulighed for at sende flere målte værdier fra en sensor. Et eksempel på dette ville være konduktivitetssensoren, men også de tryksensorer vi bruger på tankene og pumpen: Vi måler trykket for at bestemme niveauet i tanken samtidig med at aflæse temperaturværdien fra sensoren for at kende medietemperaturen i tanken. Dette sparer os for at installere ekstra temperatursensorer og tilføje passende skrueforbindelser i tanken. Flowmåleren af SU-typen sender også flere målte værdier gennem én datalinje: Udover gennemstrømningshastigheden og sensorens status er den samlede gennemstrømningshastighed og temperaturen også tilgængelige via IO-Link. Og takket være datalagringsfunktionen opdager vi og slutkunden omgående, hvis der anvendes en forkert sensor, eller hvis der er fejl i ledningsføringen. Med denne funktion og den nemme forbindelse af præforbundne M12-kabler på både master og enhed har du ikke længere nødvendigvis brug for en kvalificeret elektriker, hvis en sensor blot hurtigt skal udskiftes.
IO-Link understøtter omfattende parameterindstilling. Udgangsfunktioner, måleområder, koblingspunkter og andre parametre kan frit vælges inden for sensorens karakteristiske værdier. Én IO-Link enhed er ofte alt, man behøver i dag i forhold til de mange forskellige sensorer, der var påkrævet før.
Maximilian Meurer: For os er de primære fordele ved IO-Link at færre sensorer dækker behovet og dermed opnår vi reducerede lageromkostninger. Vores serviceteknikere har ikke længere brug for så mange forskellige sensorer, når de udskifter enheder. Dette sparer tid og penge.
IO-Link kommunikationsprotokollen giver adgang til hver enkelt sensor. Dette skaber maksimal gennemsigtighed og letter fejlfindingen. / Decentraliserede IO-Link mastere sparer plads i kontaktskabet og giver mulighed for at forbinde sensorer og aktuatorer. Forbindelsen til anlægsstyringen udføres via Profinet.
De kompakte PV-tryksensorer fra ifm egner sig også til små rør på grund af G1/4-procestilslutningen. Udover trykket sender de også medietemperaturen via IO-Link.
Konklusion
I systemer til rent og ultrarent vand giver ifms sensorer mulighed for strømlinet og dog præcis procesovervågning. IO-Link reducerer oplagringsomkostningerne og gør monteringen mindre kompliceret, hvilket resulterer i betydelige omkostningsbesparelser og skaber samtidig fuldstændig gennemsigtighed i alle processer, efterhånden som virksomheder bevæger sig ind i den digitale tidsalder.
Kort sagt: en ren løsning!
