ISV Umwelt – 實現清潔分離
Diepholz 的市政污水處理廠是 ISV Umwelt 的客戶之一。
緊湊的生物質脫水設備
污水污泥使用離心機處理後進行熱處理。利用全面的感測器，可以在現場或遠端對設備進行精確監控。此外，多虧 IO-Link，安裝、調試和檢修流程都非常高效。
德國共有約 1 萬家污水處理廠，每年產生近 200 萬噸污水污泥。雖然以前大多數污水污泥都被用作農業肥料，但現在出於環保考慮，越來越多的污泥進行熱回收處理。根據德國法律要求，最晚從 2029 年開始，所有污水污泥都必須在獨立焚化廠進行磷回收。
然而，在污水污泥最初可用作燃料之前，必須將其固體成分與佔總質量高達 97% 以上的水分分離。
這就是來自下薩克森州 Langelsheim 的公司 ISV Umwelt 發揮作用的地方。公司創始人兼總經理 Sven Penkwitt 解釋道：「我們搭建移動式生物質脫水設備，並將其短期或長期租給我們的客戶。」
其中一家客戶是 Diepholz 市政污水處理廠，ISV-Umwelt 每年約有 4 次會分別花費 1 週時間為其搭建其中一台設備。「在此期間，這些設備將從三個多月來積累在大型消化池中的約 2400 立方米的消化污泥中分離出約 72 噸乾物質，然後將其用於熱回收。」
污水污泥 (左) 分離成水 (中) 和乾物質 (右側的托盤中)。
離心機分離
分離設備是一種自給自足的系統，位於 12 公尺長的移動容器內。其核心部分為分離式離心機。此離心機的滾筒轉速可達每分鐘 3200 轉，並產生相當於 3000 倍重力加速度的離心力。當使用泵和軟管將污水從收集池饋入後，較重的固體將向外壓。然後，它們將由螺旋輸送器輸送到外部，而較輕的水仍保留在滾筒的中心並流走。然後，傳送帶將它們輸送到收集容器，並最終運送到 CHP 設備。為了優化分離效果，添加了絮凝劑。其種類和用量根據污水污泥的相應成分進行調整。
為了實現最佳脫水效果，必須能在各個點對流程進行調整，而這就是 ifm 發揮作用的地方：作為自動化專家，ifm 提供廣泛的感測器組合和自動化解決方案，它們可精確調整並透明顯示和分析流程操作的細節。
監控離心機
當重型滾筒以超高的速度旋轉有時並不均質的污水污泥時，離心機的兩個主軸承會受到極端作用力。因此，每個軸承中安裝了兩個 VVB 振動感測器，用於長期監控軸承的振動。
若振動模式偏離標準，則有助於快速偵測是否無法正確處理污泥，即分離，例如由於污泥不均質、黏度不正確或較大的污泥塊混入離心機等。而後，檢修人員可進行幹預，例如降低離心機的速度以防其損壞。
滾筒軸承的磨損也可透過振動幅度增加及早偵測到，並報告為維護信號。此外，振動感測器還帶有整合式溫度感測器。當溫度值升高時，表示因磨損而導致摩擦力增大。
照片 1：該分離式離心機能以 3000 倍重力加速度的離心力分離水和乾物質，是分離設備的核心部分。照片 2：振動感測器確保不會發生危險的振動。
Diepholz 每年產生近 300 噸乾基質並對其進行熱利用。
液壓動力裝置
離心機的中心軸上有一個由液壓驅動的高扭矩螺旋輸送器，用於壓緊固體並將其排至外部。壓力由電氣驅動的液壓裝置產生。 PV8 壓力開關測量範圍為 0 到 250 bar，用於測量液壓壓力，從而透過變頻器控制電動泵馬達。因此，壓力用於控制螺旋驅動器，並最終控制設備的固體排放。
液壓裝置上還有一個 LI5 系列液位感測器。它偵測油位及油溫，並在超出或低於允許值時發出警告。
液壓裝置的壓力、油位和溫度監控。
離心機中用於螺旋輸送器的電氣驅動液壓裝置。
進料流量監控
為了實現高效率的分離，精確計量進入離心機的污水污泥流量至關重要。為此，在進料端安裝了磁感應流量感測器。此感測器能可靠偵測各種液體和黏性介質的流量，在此應用中，可偵測添加的生物質或污水污泥的量，通常為 15 到 56 立方米每小時的範圍。此測量值與設備控制器中的進料泵和離心機控制相結合。感測器根據磁感應測量原理運行。所以它的優勢就是：測量段沒有任何可能會被污水污泥黏附的測量元件或其他元件，可避免管道堵塞。
此外，感測器還可測量輸送的污水污泥的溫度。在寒冷季節，污泥的黏度更高，這是向離心機進料時必須考慮的決定性因素。
一切在於混合
為了實現最佳化的相位分離 (液體固體分離專家使用的術語)，在污水污泥中添加了絮凝劑。絮凝劑根據污水污泥的類型進行單獨調整，因此不同污水處理設備的絮凝劑配方各不相同。絮凝劑包含水和聚合物濃縮物。這兩種成分都是單獨製備的，以確保精確的混合比。渦流流量感測器專用於此用途。它精確測量供應給製備槽的水，從而調整絮凝劑的配方。
製備槽本身使用 LR7000 液位感測器監控，它有探針，透過導向微波進行液位測量。此測量原理的優點在於不會被絮凝劑的泡沫影響。此外，探針可輕鬆縮短並適應儲槽的高度。
製備完成的絮凝劑將與污水污泥一起饋送至離心機。進料量由根據磁感應測量原理運行的 SM8020 流量計進行精確監控。與渦輪感測器不同，此流量計不僅可以偵測水，還可以準確偵測其他液體介質，包括高黏性的聚合物絮凝劑。
照片 1：LR7000 液位感測器使用微波來偵測絮凝劑製備槽中的液位。照片 2：各種流量感測器幫助絮凝劑精確定量。
儲槽測量
包含聚合物濃縮物的儲槽透過 KQ1000 液位感測器進行監控。此感測器安裝在儲槽外部，並穿過儲槽壁偵測填充液位。三個具有不同優先級的開關信號可對儲槽重新加註需求進行提醒。對此，Sven Penkwitt 發現了一個特別實用的解決方案：「根據交付時間及所需產品數量，感測器在供應儲罐上的安裝位置可能會更高或更低，這使得我們在訂單交付週期方面非常靈活。」
電容式感測器透過容器壁偵測聚合物濃縮物的液位，並在需要訂購供應品時發出信號。
中央測量值：磁感應流量感測器監控進入離心機的污水污泥量。
使用 IO-Link，讓您的應用簡單輕鬆
該裝置的所有感測器都使用 IO-Link 通訊協定。Sven Penkwitt 這樣解釋它對公司帶來的優勢：「IO-Link 可減少所需的配線工作，並可實現更精益的調試。結構化配線包含了必要的傳感器和模組的螺紋連接器，因此可消除電纜連接錯誤之類的錯誤源。我們的第一批設備採用傳統接線方式，需要大約 2 天半才能完成接線。而現在使用 IO-Link 只需 2 小時。」
根據 Penkwitt 所說，IO-Link 的一個相對優勢是檢修：「我不再需要電工來更換故障感測器；利用簡單的 M12 連接，幾乎任何人都能更換感測器。」一旦插入新的感測器，它就會自動從 IO-Link 主站接收參數，因此限值或計數器讀數可以輕鬆從舊感測器傳輸到新感測器。「可以說，IO-Link 最大限度地減少了客戶現場的設備停機時間。」
傳統感測器只有開關或類比信號，而 IO-Link 感測器還可直接與感測器通信。例如，當更改參數時，可以透過操作員手動進行或透過控制器自動操作，遠端完成感測器的全面參數化設定。這使得遠端流程優化變得非常簡單，可以實現到感測器層級的最佳化。
此外，IO-Link 感測器還可在實際測量值之外提供診斷功能，例如運行小時計數器、歷史最小值和最大值，或測量信號品質的相關數值。
「我們設備的所有控制和監控活動都遠端進行。這是 IO-Link 帶來的便利之處，因為它可實現到感測器層級的極高透明度。這使得我們能夠優化流程，並快速找到發生故障的錯誤來源。」Sven Penkwitt 說。
照片 1：所有設備均可遠端控制和檢視。最後但同樣重要的是，IO-Link 可確保出色的透明度。照片 2：多虧 IO-Link，使用者可以透過儀表板讀取測量值、變更參數並檢視各個感測器的最大值/最小值和診斷資料。
結論
廣泛的產品範圍助力實現目標：憑藉 ifm 的感測器技術以及 IO-Link 的諸多優勢，即使是需要結合考慮許多參數來提升效率的複雜裝置，也可實現完全自動化。然而，「硬體」只是一方面因素，檢修也很重要。Sven Penkwitt 總結道：「ifm 的人了解問題的關鍵。無論透過電話還是現場拜訪，他們都能理解問題所在並提供相應的支援。他們的備貨也很充裕：下午 3 點下單，隔天就能收到感測器。這對我們的維護檢修工作來說非常重要，因為我最終要對我的客戶負責。據我所知，在電工領域幾乎沒有任何供應商能夠達到這樣的表現。因此，我們在任何時候都依賴 ifm。他們有我們需要的一切，包括專業能力、可靠性和速度。」
簡單的螺紋連接替代繁雜的配線：所有感測器都連接至 IO-Link 主站，該主站透過 Profinet 將信號傳送至設備控制器。
