Behandlingssystemer for rent og ultrarent vann
Bruksrapport
Ikke bare rent, men helt rent
I mer enn 30 år har EnviroFALK GmbH designet, produsert og solgt rent og ultrarent vann-systemer for et bredt spekter av industrier over hele verden. I utgangspunktet utgjør ikke vann når det kommer ut av springen en utfordring for prosesssensorer. Men ultrarent vann er imidlertid en helt annen historie. Sensorene som brukes i disse behandlingsprosessene må være mye mer effektive og robuste.
Alle som har prøvd å rengjøre en overflate med vann fra springen er kjent med effekten: Du kan oppleve at det vises stygge flekker. På vindusruter eller drikkeglass kan denne effekten bare forstyrre vår estetiske oppfatning, men i industrielle prosesser kan den alvorlig kompromittere kvaliteten på produktene. For eksempel hvor behandlet vann brukes til å skylle behandlede metalldeler for å fjerne oljer og kjølevæsker, for å forberede dem for påfølgende belegg eller galvanisering. Eller i optikkindustrien og innen medisinsk teknologi, hvor skyllevann ikke må etterlate rester etter tørking.
Løsningen: rent vann. Dette vannet inneholder ingen oppløste mineraler, salter eller bakterier. Avhengig av kvalitetskarakteren brukes betegnelsen rent eller ultrarent vann.
Systemer for ultrarent vann
Selskapet EnviroFALK med base i Westerburg, Tyskland, har etablert seg som en spesialist på dette feltet. Selskapet ble grunnlagt i 1989 og er nå en av markedslederne for ultrarent vannsystemer. Peter Leyendecker, medgründer og administrerende direktør, forklarer: "Vi utvikler konsepter fra de forskjellige vannbehandlingsteknologiene som er tilgjengelige på markedet: omvendt osmosesystemer, ultrafiltrering, nanofiltrering eller ion-utvekslingssystemer. Ofte bruker systemene våre en kombinasjon av ulike teknologier. Vi tilbyr våre kunder komplette konsepter for vannreduksjon, resirkulering, og spesielt for rent vannbehandling."
Maximilian Meurer, måle- og kontrollingeniør hos EnviroFALK, forklarer hvordan det fungerer: «I dette behandlingssystemet for prosessvann injiserer vi normalt vann når det kommer ut av springen. I første trinn blir det myknet. Med dette myke vannet blir alle faste stoffer filtrert ut ved hjelp av omvendt osmose. I neste rensetrinn passerer vannet gjennom en ion-utvekslingspatron. Den er fylt med et spesielt granulat, eller blandet harpiks, som fjerner alle mineraler fra vannet. For å sjekke kvaliteten på dette fullt avsaltede vannet bruker vi konduktivitetssensorer fra ifm. Basert på prosessverdien den gir, kan vi umiddelbart gjenkjenne en økning i ledningsevnen når patronen er oppbrukt og må skiftes ut. Det rene vannet pumpes inn i en tank for mellomlagring og også delvis oppvarmet for å tillate fleksibel bruk i ulike applikasjoner. Det avsaltede vannet utsettes i tillegg for UV-stråling for å bekjempe bakterier og opprettholde en høy grad av renhet."
Behandlingsanlegg for prosessvann med ulike renhetsnivåer.
Sensorer og krav
Ulike sensorer fra automasjonsspesialisten ifm brukes til å overvåke den komplekse behandlingsprosessen og sikre en permanent høy kvalitet på det ultrarene vannet. Selv den minste forurensning eller remineralisering kan redusere kvaliteten og må unngås for enhver pris. Dette er grunnen til at EnviroFALK bruker innfelte sensorer i sine rør og tanker. The advantage: Det er ingen døde områder som forårsaker statisk vann, noe som kan føre til uønsket berikelse. En annen utfordring er at demineralisert vann hele tiden vil prøve å kompensere for den unaturlige avsaltede tilstanden ved å løse opp mineraler fra de omkringliggende materialene., f.eks. fra konvensjonelle vegger i rustfritt stål, noe som vil føre til groper over tid. Dette er grunnen til at rørene i dette systemet er laget av plast eller rustfritt stål av spesielt høy kvalitet. Det samme gjelder sensorene som kommer i kontakt med media. ifm leverer spesielle sensorer for ultrarent vannapplikasjoner. De kontaktdelene på føleflaten består av rustfritt stål av høy kvalitet eller andre materialer som ultrarent vann ikke kan trekke ut noen molekyler fra.
Illustrasjon 1: Isolerte nedstrømstanker for oppvarming og lagring av rent vann. Illustrasjon 2: LDL101-sensoren fra ifm utfører konduktivitetsmålinger for å overvåke vannets renhet, og signaliserer i tide når ion-patroner må skiftes ut.
Viktige mål: konduktivitetsverdien
LDL101-konduktivitetssensor er det rette valget når vannets renhet er vesentlig for produktkvaliteten eller prosesspåliteligheten. Konduktivitetsverdien er den gjensidige verdien av den elektriske resistivitetsverdien til vann. Jo renere vannet er, jo høyere motstand og jo lavere ledningsevne.
Maximilian Meurer, måle- og kontrollingeniør ved EnviroFALK, legger til: "Vi bruker IO-Link-sensoren LDL101 for konduktivitetsmåling, som er nøkkelen til å sikre kvaliteten på høyt renset vann. Konduktiviteten indikerer konsentrasjonen av ioner i vannet. Jo mindre antall frie ioner, jo lavere ledningsevne. LDL101-konduktivitetssensoren imponerte oss med sitt meget store målespenn fra 0,04 til 1000 mikrosiemens per centimeter. Dette er ideelt fordi det lar oss dekke alle systemtrinn med én type sensor, fra vanlig "kommunalt" vann ved innløpet til ultrarent vann ved utløpet. Ved å bruke bare én sensortype reduseres lagringskostnadene våre. Og mindre sensorvariasjon betyr også mindre kompleksitet for våre serviceteknikere i felten. Vi har også blitt imponert over den kompakte designen til sensoren. Vi kan koble den til med standard M12-tilkoblingsteknologi og trenger ikke dyre datakabler eller en ekstern evalueringsenhet i skapet, noe som sparer tid, plass og kostnader.»
Den høye oppløsningen og den tapsfrie digitale overføringen av måleverdiene via IO-Link, muliggjør permanent og nøyaktig analyse av vannkvaliteten, og sikrer feilfrie prosesser. Hvis for eksempel konduktivitetsverdien stiger under produksjon av ultrarent vann, indikerer dette at deler krever vedlikehold.
Ren trykkmåling
Trykket i rørene skal overvåkes på flere punkter i systemet. I fremtiden vil PL15-trykksensoren bli brukt i et komplekst vannsystem for å oppfylle en kombinasjon av flere oppgaver. «For det første bruker vi PL15 for pumpekontroll. Takket være IO-Link har sensoren utmerket oppløsning over hele trykkområdet på 0 til 10 bar. IO-Link tillater direkte avlesning av måleverdiene i digitalt format, altså uten konverteringstap, noe som gir oss enda mer presisjon. I tillegg trenger vi ikke lenger gjøre noen innstillinger på selve sensoren, noe som letter håndteringen.» Et annet bruksområde hvor trykksensoren virkelig kan frigjøre sine styrker er tanken. PL15 er også egnet for nivåovervåking. Dens innfelte design forhindrer at døde områder forårsaker statisk vann, og dermed uønsket berikelse. En annen fordel med trykksensoren er at den gir mediumtemperaturen som en ekstra prosessverdi, som ytterligere forbedrer prosesstransparens og kontroll, sier Maximilian Meurer.
De spesielt kompakte og innfelte trykksensorene i PL15-serien, som kan konfigureres fritt via IO-Link, tilbyr maksimal fleksibilitet.
Nøyaktig strømningshastighetsmåling av ultrarent vann
Relevant for kunden er også mengden rent vann som er tilgjengelig ved slutten av behandlingsprosessen. Under omvendt osmose separeres matestrømmen i en ren vannstrøm, referert til som permeat, og en konsentratstrøm, som inneholder partiklene. For eksempel, ved å sammenligne begge mengdene, kan anleggsoperatøren se at filtre krever vedlikehold eller at fôrstrømmen er sterkt forurenset med fremmedstoffer. For å få et nøyaktig resultat må strømningshastigheten måles nøyaktig på flere punkter i systemet.
For dette formålet har sensorspesialist ifm utviklet ultralydstrømmåleren av typen SU for ultrarent vann, som kan registrere strømningshastigheter på opptil 1000 l/min med høy presisjon. Takket være ultralydteknologi gjelder dette også ultrarent vann med lav ledningsevne slik det produseres i anleggene på EnviroFALK. I kombinasjon med konduktivitetssensorene til LDL-familien kan pålitelig kontroll av kvalitet og kvantitet etableres i filtreringsprosessen. Målerøret til strømningsmåleren er laget av rustfritt stål av høyere kvalitet og er fritt for måleelementer, tetninger og bevegelige deler. Dette betyr at feil forårsaket av avleiringer, skader, lekkasjer eller blokkeringer, som kan oppstå i mekaniske systemer som løpehjul eller turbiner, eller designrelaterte trykkfall slik de oppstår med andre måleprinsipper, utelukkes fra starten. Målerøret laget utelukkende av rustfritt stål eliminerer behovet for materialkompatibilitetstester av elektroder eller tetninger og muliggjør enkel, fullstendig og restproduktfri rengjøring. LED-lyset, som kan symbolisere signalstyrken, fungerer som en ekstra visuell indikator på en stabil prosess. En fallverdi kan være en indikator på partikler, luftbobler eller avleiringer på den indre veggen av røret.
Illustrasjon 1: Målerøret til ifms ultralydstrømningsmåler er fritt for måleelementer eller bevegelige deler og dermed ideelt for bruk i ultrarent vannapplikasjoner. Illustrasjon 2: Den berøringsfrie radarnivåsensoren LW2120 er installert utenfor lokket på rentvannstanken.
Berøringsfri radarmåling i tanker
Den IO-Link-kompatible radarnivåsensoren LW2120 er ideell for berøringsfri nivåovervåking i tanker. Den kan registrere nivåer opp til en høyde på 10 meter uten blindsoner og med en millimeteroppløsning. 80 GHz-frekvensen som brukes sikrer stabile og presise måleresultater selv i trange rom. Med antenneforlengeren, tilgjengelig som tilbehør, kan sensoren også brukes utenfor lukkede metalltanker, for eksempel på åpne kar eller plasttanker.
"For visse bruksområder bruker vi radarsensoren i stedet for hydrostatisk nivåmåling. For eksempel etterspør sluttkunder dette i det ultrarene feltet, der hver skruforbindelse og hvert målepunkt representerer en potensiell kilde til forurensning. I slike applikasjoner er nivåmåling ved hjelp av en radarsensor fordelaktig, siden sensoren er installert utenfor tanklokket og ikke kommer i kontakt med mediet, forklarer Maximilan Meurer.
Standard M12-tilkoblingsteknologi sikrer feilfri installasjon i løpet av minutter, mens IO-Link legger til bekvemmeligheten med ekstern parameterinnstilling og lesing. Den intelligente algoritmen i enheten får parameterinnstilling via IO-Link til å virke som en barnelek: Etter å ha stilt inn referansehøyden én gang, gir sensoren umiddelbart det nøyaktige nivået via IO-Link.
Merverdi med IO-Link
Apropos IO-Link: Inspirert av teknologien har EnviroFALK valgt å stole på sensorer som bruker denne digitale kommunikasjonsprotokollen.
Maximilian Meurer forklarer fordelene: «Med IO-Link har jeg full åpenhet helt ned til hver enkelt sensor via HMI og kontrolleren. Hvis det oppstår unormale forhold, hjelper diagnosedataene til hver sensor meg å raskt identifisere og eliminere problemet. Det er også veldig enkelt å sende sensordata inn i kontrolleren. Takket være sykliske dataspørringer blir de målte verdiene direkte gitt som numeriske verdier. Tidligere, med analoge måleverdier, var ikke dette mulig. IO-Link lar meg også spørre etter og digitalisere andre data, for eksempel serienumre eller kalibreringsdata. Jeg kan til og med spesifisere utgangsenheten for de målte verdiene, f.eks. for strømningssensorers liter per minutt eller kubikkmeter per time. Dessuten lar IO-Link meg overføre flere målte verdier til en sensor. Et eksempel på dette kan være konduktivitetssensoren, men også trykksensorene vi bruker på tankene og pumpen: Vi måler trykket for å bestemme nivået i tanken, samtidig som vi leser temperaturverdien sensoren gir for å vite mediumtemperaturen i tanken. Dette sparer oss for krefter med å installere ekstra temperatursensorer og legge til de tilsvarende skruforbindelsene i tanken. Strømningsmåleren av SU-typen overfører også flere målte verdier gjennom én datalinje: I tillegg til strømningshastigheten og sensorstatusen, er den totale strømningshastigheten og temperaturen også tilgjengelig via IO-Link. Og takket være datalagringsfunksjonen merker vi og sluttkunden umiddelbart om feil sensor brukes eller om det er ledningsfeil. Med denne funksjonen og den enkle tilkoblingen av forhåndskablede M12-kabler på både masteren og enheten, trenger du ikke lenger en kvalifisert elektriker for å bare raskt bytte ut en sensor.»
IO-Link støtter omfattende parameterinnstilling. Utgangsfunksjoner, måleområder, bryterpunkter og andre parametere kan velges fritt innenfor sensorens karakteristiske verdier. Der det var behov for mange forskjellige sensorer før, er én IO-Link-enhet ofte alt som trengs i dag.
Maximilian Meurer: "De viktigste fordelene med IO-Link for oss er redusert sensorvariasjon og lagringskostnader. Våre serviceteknikere trenger ikke lenger så mange forskjellige sensorer når de skal bytte ut enheter. Dette sparer tid og penger.»
IO-Link kommunikasjonsprotokollen gir tilgang ned til hver enkelt sensor. Dette skaper maksimal åpenhet og forenkler feilsøking. / Desentraliserte IO-Link-mastere sparer plass i styreskapet og gir mulighet for å koble til sensorer og aktuatorer. Tilkobling til anleggskontrolleren gjøres via Profinet.
De kompakte PV-trykksensorene fra ifm egner seg også for små rør på grunn av G1/4-prosesskoblingen. I tillegg til trykket overfører de også mediumtemperaturen via IO-Link.
Avslutning
I systemer for rent og ultrarent vann tillater ifm-sensorer strømlinjeformet, men presis prosessovervåking. IO-Link reduserer lagringskostnadene og monteringskompleksiteten, noe som resulterer i betydelige kostnadsbesparelser, samtidig som det skaper full åpenhet om alle prosesser etter hvert som bedrifter beveger seg inn i den digitale tidsalderen.
I et nøtteskall: en ren løsning!
