Puhtaan ja ultrapuhtaan veden käsittelyjärjestelmät
Sovellusraportti
Ei vain puhdasta, vaan absoluuttisen puhdasta
EnviroFALK GmbH on jo yli 30 vuoden ajan suunnitellut, valmistanut ja myynyt puhtaan ja ultrapuhtaan veden järjestelmiä monille teollisuudenaloille maailmanlaajuisesti. Hanasta tuleva vesi ei ole pohjimmiltaan haaste prosessiantureille. Ultrapuhdas vesi on kuitenkin aivan eri asia. Näissä käsittelyprosesseissa käytettävien antureiden täytyy olla paljon tehokkaampia ja kestävämpiä.
Jokainen, joka on yrittänyt puhdistaa pintaa vesijohtovedellä, tietää miten käy: pinnoille jää usein rumia tahroja. Ikkunoissa tai juomalaseissa tämä vaikutus saattaa häiritä vain esteettistä silmäämme, mutta teollisissa prosesseissa se voi vaarantaa vakavasti tuotteiden laadun. Esimerkiksi silloin, kun käsiteltyä vettä käytetään työstettyjen metalliosien huuhteluun öljyjen ja lastuamisnesteiden poistamiseksi, jotta ne voidaan valmistella myöhempää pinnoitusta tai galvanointia varten. Tai optiikkateollisuudessa ja lääketieteellisessä teknologiassa, jolloin huuhteluvedestä ei saa jäädä jäämiä kuivauksen jälkeen.
Ratkaisu: puhdas vesi. Tämä vesi ei sisällä liuenneita mineraaleja, suoloja tai bakteereja. Laatuluokasta riippuen käytetään termiä puhdas tai ultrapuhdas vesi.
Ultrapuhtaan veden järjestelmät
Saksan Westerburgissa sijaitseva EnviroFALK on vakiinnuttanut asemansa alan asiantuntijana. Vuonna 1989 perustettu yritys on nykyään yksi ultrapuhdasvesijärjestelmien markkinajohtajista. Peter Leyendecker, yrityksen perustajajäsen ja toimitusjohtaja, kertoo: Kehitämme konsepteja markkinoilla saatavilla olevista erilaisista vedenkäsittelytekniikoista: käänteisosmoosijärjestelmät, ultrasuodatus, nanosuodatus tai ioninvaihtojärjestelmät. Järjestelmissämme käytetään usein eri tekniikoiden yhdistelmiä. Tarjoamme asiakkaillemme valmiita konsepteja vedenkulutuksen vähentämiseen, kierrätykseen ja erityisesti puhtaan veden käsittelyyn.
EnviroFALKin mittaus- ja ohjausinsinööri Maximilian Meurer selittää, miten järjestelmä toimii: Tässä prosessiveden käsittelyjärjestelmässä ruiskutamme tavallista vettä sellaisena, kun se tulee hanasta. Ensimmäisessä vaiheessa se pehmennetään. Kaikki kiintoaineet suodatetaan pois tästä pehmeästä vedestä käänteisosmoosia käyttämällä. Seuraavassa puhdistusvaiheessa vesi kulkee ioninvaihtopatruunan läpi. Se on täytetty erityisellä granulaatilla eli ioninvaihtohartsilla, joka poistaa vedestä kaikki mineraalit. Käytämme tämän veden, josta on poistettu täysin suolat, laadun tarkistamiseen ifm:n johtavuusantureita. Voimme anturin antaman prosessiarvon perusteella tunnistaa välittömästi johtavuuden nousun, kun patruuna on käytetty loppuun ja se täytyy vaihtaa. Puhdas vesi pumpataan säiliöön välivarastointia varten, ja se myös lämmitetään osittain, jotta sitä voidaan käyttää joustavasti eri sovelluksissa. Suolaton vesi altistetaan lisäksi UV-säteilylle itiöiden torjumiseksi ja korkean puhtausasteen ylläpitämiseksi.
Prosessiveden käsittelylaitos veden eri puhtaustasoilla.
Anturit ja vaatimukset
Automaatioasiantuntija ifm:n lukuisat anturit valvovat monimutkaista käsittelyprosessia ja varmistavat näin ultrapuhtaan veden pysyvästi korkean laadun. Pienikin epäpuhtaus tai uudelleenmineralisoituminen voi heikentää laatua, ja tämä on vältettävä kaikin keinoin. Siksi EnviroFALK käyttää putkissa ja säiliöissä pinnan kanssa tasan asennettavia antureita. Etu: Ei synny kuolleita tiloja, jotka aiheuttaisivat veden staattisuutta, joka voisi johtaa ei-toivottuun rikastumiseen. Toinen haaste on se, että demineralisoitu vesi yrittää jatkuvasti kompensoida epäluonnollista desalinoitua tilaa liuottamalla mineraaleja ympäröivistä materiaaleista, esim. tavanomaisista ruostumattomasta teräksestä valmistetuista seinämistä, mikä johtaa ajan mittaan pistesyöpymiin. Siksi tämän järjestelmän putket on valmistettu erityisen korkealaatuisesta muovista tai ruostumattomasta teräksestä. Sama pätee antureihin, jotka joutuvat kosketuksiin aineiden kanssa. ifm tarjoaa erityisiä antureita ultrapuhdasvesisovelluksiin. Anturipinnan kontaktiosat koostuvat korkealaatuisesta ruostumattomasta teräksestä tai muista materiaaleista, joista ultrapuhdas vesi ei voi irrottaa molekyylejä.
Kuva 1: Eristetyt peräänkytketyt säiliöt puhtaan veden lämmittämiseen ja varastointiin. Kuva 2: ifm:n LDL101-anturi suorittaa johtavuusmittauksia veden puhtauden valvomiseksi ja ilmoittaa ajoissa, kun ioninvaihtopatruunat on vaihdettava.
Tärkein mittaus: johtavuusarvo
LDL101-johtavuusanturi on oikea valinta silloin, kun veden puhtaus on tuotteen laadun tai prosessin luotettavuuden kannalta ratkaisevan tärkeää. Johtavuusarvo on veden resistiivisyysarvon käänteisluku. Mitä puhtaampaa vesi on, sitä korkeampi on sen resistanssi ja sitä pienempi on johtavuusarvo.
EnviroFALKin mittaus- ja ohjausinsinööri Maximilian Meurer lisää: Käytämme IO-Link-anturia LDL101 johtavuuden mittaamiseen. Se on avainasemassa ultrapuhtaan veden laadun varmistamisessa. Johtavuus ilmaisee veden ionipitoisuuden. Mitä pienempi on vapaiden ionien määrä, sitä alhaisempi on johtavuus. LDL101-johtavuusanturi teki meihin vaikutuksen erittäin laajalla mittausalueella 0,041 000 mikrosiemensiä senttimetriltä. Tämä on ihanteellista, koska sen ansiosta voimme kattaa kaikki järjestelmän vaiheet yhdellä anturityypillä sisääntulevasta normaalista kunnallisesta vedestä ultrapuhtaaseen lähtevään veteen. Yhden anturityypin käyttö vähentää varastointikustannuksiamme. Koska käytämme vähemmän erilaisia antureita, myös kentällä työskentelevien huoltoasentajien työ helpottuu. Lisäksi anturin kompakti rakenne on tehnyt meihin vaikutuksen. Voimme liittää sen yleisellä M12-liitäntätekniikalla emmekä tarvitse kalliita datakaapeleita tai ulkoista evaluointiyksikköä kaapissa, mikä säästää aikaa, tilaa ja kustannuksia.
Korkea resoluutio ja mitattujen arvojen häviötön digitaalinen siirto IO-Linkin kautta mahdollistaa veden laadun jatkuvasti tarkan analysoinnin, mikä takaa virheettömät prosessit. Esimerkiksi johtavuusarvon nousu ultrapuhtaan veden tuotannon aikana viittaa siihen, että osat vaativat huoltoa.
Puhdas paineen mittaus
Putkistojen painetta täytyy valvoa järjestelmän useissa eri kohdissa. PL15-paineanturia käytetään tulevaisuudessa kompleksisessa vesijärjestelmässä suorittamaan useiden tehtävien yhdistelmän. Käytämme PL15-anturia ensinnäkin pumppujen ohjaukseen. IO-Linkin ansiosta anturilla on erinomainen resoluutio koko painealueella 010 bar. IO-Link mahdollistaa mitattujen arvojen suoran lukemisen digitaalisessa muodossa eli ilman muuntohäviöitä, mikä lisää tarkkuutta edelleen. Meidän ei myöskään tarvitse tehdä anturiin enää itse mitään asetuksia, mikä helpottaa käsittelyä. Toinen sovellusalue, jolla paineanturin vahvuuksia voidaan hyödyntää kunnolla, on säiliö. PL15 soveltuu myös täyttötason valvontaan. Sen pinnan kanssa tasan asennettava rakenne estää staattista vettä aiheuttavat kuolleet tilat ja siten veden ei-toivotun rikastumisen. Paineanturin toinen hyöty on, että se ilmaisee aineen lämpötilan prosessin lisäarvona, mikä parantaa prosessin läpinäkyvyyttä ja ohjattavuutta entisestään", Maximilian Meurer kertoo.
PL15-sarjan erityisen kompaktit ja pinnan kanssa tasan asennettavat paineanturit, jotka voidaan konfiguroida vapaasti IO-Linkin kautta, tarjoavat maksimaalisen joustavuuden.
Ultrapuhtaan veden tarkka virtausnopeuden mittaus
Asiakkaan kannalta merkityksellistä on myös käsittelyprosessin lopussa käytettävissä oleva puhtaan veden määrä. Käänteisosmoosissa syötetty vesivirtaus erotellaan toisaalta permeaatiksi kutsuttuun puhtaaseen vesivirtaukseen ja toisaalta konsentraattivirtaukseen, joka sisältää hiukkasia. Näitä kahta määrää vertailemalla laitoksen käyttäjä voi esimerkiksi tunnistaa, jos suodattimet vaativat huoltoa tai jos syöttövirtaus on vieraiden aineiden voimakkaasti likaamaa. Virtausnopeus on mitattava tarkasti useista järjestelmän kohdista täsmällisen tuloksen saamiseksi.
Antureihin erikoistunut ifm on kehittänyt tätä tarkoitusta varten ultrapuhtaalle vedelle tarkoitetun SU-tyyppisen ultraäänivirtausmittarin, joka voi tunnistaa jopa virtausnopeuden 1000 l/min suurella tarkkuudella. Ultraäänitekniikan ansiosta tämä pätee myös ultrapuhtaaseen veteen, jonka johtavuus on alhainen niin kuin sitä tuotetaan EnviroFALKin laitoksissa. Laatua ja määrää voidaan valvoa luotettavasti suodatusprosessissa käyttämällä lisäksi LDL-tuoteperheen johtavuusantureita. Virtausmittarin mittausputki on valmistettu erittäin korkealaatuisesta ruostumattomasta teräksestä, eikä se sisällä mittauselementtejä, tiivisteitä tai liikkuvia osia. Tämä tarkoittaa sitä, että kerrostumista, vaurioista, vuodoista tai tukoksista johtuvat viat, joita voi esiintyä mekaanisissa järjestelmissä, kuten siipipyörissä tai turbiineissa, tai muihin mittausperiaatteisin liittyvät rakenteesta johtuvat painehäviöt on suljettu suoraan pois. Kokonaan ruostumattomasta teräksestä valmistettu mittausputki eliminoi elektrodi- tai tiivistemateriaalien yhteensopivuustestien tarpeen, ja putki voidaan puhdistaa helposti, täydellisesti ja ilman jäämiä. Signaalin voimakkuutta symboloiva LED toimii vakaan prosessin ylimääräisenä visuaalisena indikaattorina. Laskeva arvo voi viitata hiukkasiin, ilmakupliin tai putken sisäseinämässä oleviin kerrostumiin.
Kuva 1: ifm:n ultraäänivirtausmittarin mittausputki ei sisällä mittauselementtejä eikä liikkuvia osia, joten se soveltuu erinomaisesti käyttöön ultrapuhtaassa vedessä. Kuva 2: Kosketukseton tutkatasoanturi LW2120 on asennettu puhdasvesisäiliön kannen ulkopuolelle.
Kosketukseton tutkamittaus säiliöissä
IO-Link-yhteensopiva LW2120-tutkatasoanturi soveltuu erinomaisesti säiliöiden kosketuksettomaan tasomittaukseen. Se pystyy havaitsemaan täyttötasot jopa 10 metrin korkeuteen asti ilman kuolleita vyöhykkeitä ja millimetrin tarkkuudella. Käytettävä 80 GHz:n taajuus takaa vakaat ja tarkat mittaustulokset myös ahtaissa tiloissa. Anturia voidaan käyttää lisävarusteena saatavan antennijatkeen kanssa myös suljettujen metallisäiliöiden ulkopuolella, eli esimerkiksi avoimissa ammeissa tai muovisäiliöissä.
Käytämme tietyissä sovelluksissa tutka-anturia hydrostaattisen täyttötasomittauksen sijasta. Loppuasiakkaat pyytävät tätä esimerkiksi ultrapuhtaalla sektorilla, missä jokainen ruuviliitäntä ja jokainen mittauspiste on potentiaalinen kontaminaatiolähde. Tällaisissa sovelluksissa täyttötasomittaus tutka-anturilla on hyödyllistä, koska anturi asennetaan säiliön kannen ulkopuolelle eikä se joudu kosketuksiin aineen kanssa, Maximilian Meurer selittää.
Vakio M12-liitäntätekniikka takaa virheettömän asennuksen minuuteissa, ja IO-Link helpottaa parametrien asetusta ja lukua etäältä. Parametrointi IO-Linkin kautta on lastenleikkiä laitteen älyalgoritmin ansiosta: Kun referenssikorkeus on asetettu kerran, anturi tarjoaa välittömästi tarkan täyttötason IO-Linkin kautta.
IO-Linkillä lisäarvoa
IO-Linkistä puheen ollen: EnviroFALK on tekniikan innoittamana päättänyt luottaa antureihin, jotka käyttävät tätä digitaalista kommunikaatioprotokollaa.
Maximilian Meurer selittää edut: Saan IO-Linkillä täyden läpinäkyvyyden jokaiseen yksittäiseen anturiin HMI-käyttöliittymän ja ohjaimen kautta. Jos ilmenee epänormaaleja olosuhteita, kunkin anturin diagnostiikkatiedot auttavat minua tunnistamaan ja ratkaisemaan ongelman nopeasti. Myös anturidatan siirtäminen ohjaimeen on hyvin helppoa. Mittausarvot lähetetään suoraan numeerisina arvoina syklisten datakyselyjen ansiosta. Tämä ei ollut analogisilla mittausarvoilla ennen mahdollista. IO-Link mahdollistaa myös muiden tietojen, kuten sarjanumeroiden tai kalibrointitietojen, kyselyn ja digitoinnin. Voin jopa valita yksikön, jossa mitatut arvot annetaan, esim. virtausantureille litraa/minuutissa tai kuutiometriä/tunnissa. Lisäksi voin lähettää IO-Linkillä monia anturin mittaamia arvoja. Esimerkki tästä olisi johtavuusanturi, mutta myös säiliöissä ja pumpussa käyttämämme paineanturit: Mittaamme paineen määrittääksemme säiliön täyttötason ja luemme samalla anturin mittaaman lämpötila-arvon saadaksemme selville säiliön ainelämpötilan. Näin voimme välttää ylimääräisten lämpötila-antureiden asentamisen ja vastaavien ruuviliitosten lisäämisen säiliöön. SU-tyyppinen virtausmittari lähettää myös useita mittausarvoja yhden datajohdon kautta: IO-Linkin kautta ovat saatavilla virtausnopeuden ja anturin tilan lisäksi myös kokonaisvirtausnopeus ja lämpötila. Datatallennustoiminnon ansiosta me ja loppuasiakas huomaamme heti, jos käytössä on väärä anturi tai jos on olemassa johdotusvirheitä. Tämän toiminnon ansiosta ja koska valmiiksi johdotetut M12-liitäntäkaapelit on helppo liittää sekä masteriin että yksikköön, pätevää sähköasentajaa ei välttämättä enää tarvita esimerkiksi anturin nopeaan vaihtoon.
IO-Link tukee kattavaa parametrointia. Lähtötoiminnot, mittausalueet, kytkentäpisteet ja muut parametrit voidaan valita vapaasti anturin ominaisarvojen puitteissa. Siinä missä aiemmin tarvittiin monia erilaisia antureita, riittää nykyään usein yksi IO-Link-yksikkö.
Maximilian Meurer: Tärkeimmät edut, jotka IO-Link tarjoaa meille, ovat erilaisten anturien pienempi määrä ja alhaisemmat varastointikustannukset. Huoltoasentajat eivät enää tarvitse vaihdossa niin monia erilaisia antureita. Tämä säästää aikaa ja rahaa.
IO-Link-kommunikaatioprotokolla mahdollistaa pääsyn jokaiseen yksittäiseen anturiin. Tämä tarjoaa maksimaalisen läpinäkyvyyden ja helpottaa vianetsintää. / Hajautetut IO-Link-masterit säästävät tilaa ohjauskaapissa ja mahdollistavat anturien ja toimilaitteiden liittämisen. Yhteys laitteiston ohjaukseen muodostetaan Profinetin kautta.
ifm:n kompaktit PV-paineanturit soveltuvat G1/4-prosessiliitännän ansiosta myös pieniin putkiin. Ne lähettävät IO-Linkin kautta paineen lisäksi myös ainelämpötilan.
Yhteenveto
ifm-anturit mahdollistavat puhdas- ja ultrapuhdasvesijärjestelmissä virtaviivaistetun mutta tarkan prosessinvalvonnan. IO-Link vähentää varastointikustannuksia ja asennuksen monimutkaisuutta, mikä tuo merkittäviä kustannussäästöjä. Se tarjoaa samalla kaikkien prosessien täydellisen läpinäkyvyyden yritysten siirtyessä digitaaliaikaan.
Pähkinänkuoressa: puhdas ratkaisu!
