Systemy uzdatniania wody czystej i ultraczystej
Raport dot. zastosowań
EnviroFALK Nie tylko czystość, ale absolutna czystość
Firma EnviroFALK GmbH od ponad 30 lat projektuje, produkuje i sprzedaje systemy wody czystej i ultraczystej dla wielu gałęzi przemysłu na całym świecie. Zasadniczo woda wypływająca z kranu nie stanowi wyzwania dla czujników procesowych. Woda ultraczysta to jednak zupełnie inna historia. Czujniki stosowane w tych procesach oczyszczania muszą być znacznie bardziej wydajne i wytrzymałe.
Każdy, kto próbował wyczyścić powierzchnię wodą z kranu, zna ten efekt: Mogą pojawić się nieestetyczne plamy. Na szybach okiennych lub szklankach efekt ten może jedynie zakłócać nasze postrzeganie estetyczne, ale w procesach przemysłowych może poważnie zagrozić jakości produktów. Na przykład, gdy uzdatniona woda jest używana do płukania obrabianych części metalowych w celu usunięcia olejów i chłodziw, aby przygotować je do późniejszego powlekania lub galwanizacji. Lub w przemyśle optycznym i technologii medycznej, gdzie woda płucząca nie może pozostawiać żadnych pozostałości po wysuszeniu.
Rozwiązanie: czysta woda. Woda ta nie zawiera rozpuszczonych minerałów, soli ani bakterii. W zależności od klasy jakości używa się terminu woda czysta lub ultraczysta.
Systemy wody ultraczystej
Firma EnviroFALK z siedzibą w Westerburgu, w Niemczech, stała się specjalistą w tej dziedzinie. Założona w 1989 roku firma jest obecnie jednym z liderów na rynku systemów wody ultraczystej. Peter Leyendecker, współzałożyciel i dyrektor zarządzający, wyjaśnia: Opracowujemy koncepcje w oparciu o różne technologie uzdatniania wody dostępne na rynku: systemów odwróconej osmozy, ultrafiltracji, nanofiltracji czy systemów wymiany jonowej. Często nasze systemy wykorzystują kombinację różnych technologii. Oferujemy naszym klientom kompletne koncepcje redukcji zużycia wody, recyrkulacji, a w szczególności uzdatniania czystej wody.
Maximilian Meurer, inżynier ds. pomiarów i kontroli w EnviroFALK, wyjaśnia, jak to działa: W tym systemie uzdatniania wody procesowej wtłaczamy normalną wodę, która wypływa z kranu. W pierwszym etapie jest ona zmiękczana. W tej miękkiej wodzie wszystkie ciała stałe są odfiltrowywane za pomocą odwróconej osmozy. W kolejnym etapie oczyszczania woda przechodzi przez wkład jonowymienny. Jest on wypełniony specjalnym granulatem lub żywicą ze złożem mieszanym, która usuwa wszystkie minerały z wody. Aby sprawdzić jakość tej w pełni odsolonej wody, używamy czujników przewodności firmy ifm. W oparciu o wartość procesową, którą zapewnia, możemy natychmiast rozpoznać wzrost przewodności po wyczerpaniu wkładu i konieczności jego wymiany. Czysta woda jest pompowana do zbiornika w celu pośredniego przechowywania, a także częściowo podgrzewana, aby umożliwić elastyczne wykorzystanie w różnych zastosowaniach. Odsolona woda jest dodatkowo poddawana promieniowaniu UV w celu zwalczania zarazków i utrzymania wysokiego stopnia czystości.
Stacja uzdatniania wody procesowej o różnych poziomach czystości.
Czujniki i wymagania
Różne czujniki firmy ifm, specjalizującej się w automatyce, są wykorzystywane do monitorowania złożonego procesu uzdatniania i zapewnienia stale wysokiej jakości ultraczystej wody. Nawet najmniejsze zanieczyszczenie lub remineralizacja mogą obniżyć jakość i należy ich unikać za wszelką cenę. Dlatego EnviroFALK stosuje czujniki zlicowane w swoich rurach i zbiornikach. Zaleta: Nie ma martwych przestrzeni powodujących statyczną wodę, co mogłoby prowadzić do niepożądanego wzbogacenia. Innym wyzwaniem jest to, że woda demineralizowana będzie stale próbowała zrekompensować nienaturalny stan odsolenia, rozpuszczając minerały z otaczających materiałów, np. z konwencjonalnych ścian ze stali nierdzewnej, co z czasem doprowadzi do wżerów. Dlatego rury w tym systemie są wykonane z tworzywa sztucznego lub stali nierdzewnej o szczególnie wysokiej jakości. To samo dotyczy czujników, które wchodzą w kontakt z mediami. ifm dostarcza specjalne czujniki do zastosowań z ultraczystą wodą. Części stykające się z powierzchnią czujnika wykonane są z wysokiej jakości stali nierdzewnej lub innych materiałów, z których ultraczysta woda nie może wyekstrahować żadnych cząsteczek.
Zdjęcie 1: Izolowane zbiorniki do podgrzewania i przechowywania czystej wody. Zdjęcie 2: Czujnik LDL101 firmy ifm wykonuje pomiary przewodności w celu monitorowania czystości wody i sygnalizuje w odpowiednim czasie konieczność wymiany wkładów jonowymiennych.
Kluczowy pomiar: wartość przewodności
Czujnik przewodności LDL101 to właściwy wybór, gdy czystość wody ma kluczowe znaczenie dla jakości produktu lub niezawodności procesu. Wartość przewodności jest odwrotnością wartości rezystywności elektrycznej wody. Im czystsza woda, tym wyższa jej rezystancja i niższa przewodność.
Maximilian Meurer, inżynier ds. pomiarów i kontroli w EnviroFALK, dodaje: Używamy czujnika IO-Link LDL101 do pomiaru przewodności, która jest kluczem do zapewnienia jakości wysoko oczyszczonej wody. Przewodność wskazuje stężenie jonów w wodzie. Im mniejsza liczba wolnych jonów, tym niższa przewodność. Czujnik przewodności LDL101 zaimponował nam bardzo dużym zakresem pomiarowym od 0,04 do 1000 mikrosiemensów na centymetr. Jest to idealne rozwiązanie, ponieważ pozwala nam objąć wszystkie etapy systemu jednym typem czujnika, od zwykłej wody komunalnej na wlocie do ultraczystej wody na wylocie. Używanie tylko jednego typu czujnika zmniejsza koszty magazynowania. Mniejsza różnorodność czujników oznacza również mniejszą złożoność dla naszych techników serwisowych w terenie. Byliśmy również pod wrażeniem kompaktowej konstrukcji czujnika. Możemy go podłączyć za pomocą standardowej technologii połączeń M12 i nie potrzebujemy drogich kabli do transmisji danych ani zewnętrznej jednostki analizującej w szafie, co oszczędza czas, miejsce i koszty.
Wysoka rozdzielczość i bezstratna cyfrowa transmisja mierzonych wartości przez IO-Link umożliwiają stale precyzyjną analizę jakości wody, zapewniając bezbłędne procesy. Na przykład, jeśli wartość przewodności wzrośnie podczas produkcji ultraczystej wody, oznacza to, że części wymagają konserwacji.
Czysty pomiar ciśnienia
Ciśnienie w rurach musi być monitorowane w kilku punktach systemu. W przyszłości czujnik ciśnienia PL15 będzie wykorzystywany w złożonym systemie wodnym do realizacji kombinacji kilku zadań. Po pierwsze, używamy PL15 do sterowania pompą. Dzięki IO-Link czujnik charakteryzuje się doskonałą rozdzielczością w całym zakresie ciśnienia od 0 do 10 barów. IO-Link umożliwia bezpośredni odczyt zmierzonych wartości w formacie cyfrowym, tj. bez strat konwersji, co zapewnia nam jeszcze większą precyzję. Ponadto nie musimy już dokonywać żadnych ustawień na samym czujniku, co ułatwia obsługę. Innym obszarem zastosowań, w którym czujnik ciśnienia może naprawdę uwolnić swoje mocne strony, jest zbiornik. PL15 nadaje się również do monitorowania poziomu. Jego zlicowana konstrukcja zapobiega powstawaniu martwych przestrzeni powodujących statyczną wodę, a tym samym niepożądane wzbogacanie. Kolejną zaletą czujnika ciśnienia jest to, że podaje on jako dodatkową wartość procesową temperaturę medium, co dodatkowo zwiększa przejrzystość i kontrolę procesu" - mówi Maximilian Meurer.
Wyjątkowo kompaktowe, zlicowane czujniki ciśnienia serii PL15, które można dowolnie konfigurować za pomocą IO-Link, oferują maksymalną elastyczność.
Precyzyjny pomiar natężenia przepływu ultraczystej wody
Dla klienta istotna jest ilość czystej wody dostępnej po zakończeniu procesu uzdatniania. Podczas odwróconej osmozy strumień zasilający jest rozdzielany na strumień czystej wody, zwany przesączem, oraz strumień koncentratu, który zawiera cząstki. Na przykład, porównując obie ilości, operator instalacji może zauważyć, że filtry wymagają konserwacji lub że strumień zasilający jest silnie zanieczyszczony obcymi substancjami. Aby uzyskać dokładny wynik, natężenie przepływu musi być precyzyjnie mierzone w kilku punktach systemu.
W tym celu firma ifm, specjalizująca się w czujnikach, opracowała ultradźwiękowy przepływomierz typu SU do zastosowań związanych z wodą ultraczystą, który może wykrywać natężenia przepływu do 1000 l/min z wysoką precyzją. Dzięki zastosowaniu technologii ultradźwiękowej dotyczy to również ultraczystej wody o niskiej przewodności, jak ta produkowana w zakładach EnviroFALK. W połączeniu z czujnikami przewodności z rodziny LDL można ustanowić niezawodną kontrolę jakości i ilości w procesie filtracji. Rura pomiarowa przepływomierza wykonana jest z wysokiej jakości stali nierdzewnej i jest wolna od elementów pomiarowych, uszczelek i ruchomych części. Oznacza to, że od samego początku wykluczone są usterki spowodowane osadami, uszkodzeniami, wyciekami lub blokadami, które mogą wystąpić w układach mechanicznych, takich jak wirniki lub turbiny oraz spadki ciśnienia związane z konstrukcją, jak to ma miejsce w przypadku innych zasad pomiaru. Rura pomiarowa wykonana w całości ze stali nierdzewnej eliminuje potrzebę przeprowadzania testów kompatybilności materiałowej elektrod lub uszczelek i umożliwia łatwe, kompletne i wolne od pozostałości czyszczenie. Dioda LED, która może symbolizować siłę sygnału, służy jako dodatkowy wizualny wskaźnik stabilnego procesu. Spadająca wartość może być wskaźnikiem obecności cząstek, pęcherzyków powietrza lub osadów na wewnętrznej ścianie rury.
Zdjęcie 1: Rura pomiarowa przepływomierza ultradźwiękowego ifm jest wolna od elementów pomiarowych lub ruchomych części, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań w ultraczystej wodzie. Zdjęcie 2: Bezkontaktowy radarowy czujnik poziomu LW2120 jest zainstalowany na zewnątrz pokrywy zbiornika czystej wody.
Bezkontaktowy pomiar radarowy w zbiornikach
Radarowy czujnik poziomu LW2120 z obsługą IO-Link idealnie nadaje się do bezkontaktowego monitorowania poziomu w zbiornikach. Może on wykrywać poziomy do wysokości 10 metrów bez martwych stref i z milimetrową rozdzielczością. Zastosowana częstotliwość 80 GHz zapewnia stabilne i precyzyjne wyniki pomiarów nawet w ograniczonych przestrzeniach. Dzięki dostępnemu jako wyposażenie dodatkowe przedłużeniu anteny czujnik może być stosowany również poza zamkniętymi zbiornikami metalowymi, na przykład na otwartych wannach lub zbiornikach z tworzywa sztucznego.
W niektórych zastosowaniach używamy czujnika radarowego zamiast hydrostatycznego pomiaru poziomu. Na przykład klienci końcowi żądają tego w dziedzinie ultraczystości, gdzie każde połączenie śrubowe i każdy punkt pomiarowy stanowi potencjalne źródło zanieczyszczeń. W takich zastosowaniach pomiar poziomu za pomocą czujnika radarowego jest korzystny, ponieważ czujnik jest zainstalowany poza pokrywą zbiornika i nie ma kontaktu z medium wyjaśnia Maximilan Meurer.
Standardowa technologia złącz M12 zapewnia bezbłędną instalację w ciągu kilku minut, a IO-Link dodaje wygodę zdalnego ustawiania i odczytywania parametrów. Inteligentny algorytm urządzenia sprawia, że ustawianie parametrów poprzez IO-Link wydaje się dziecinnie proste: Po jednokrotnym ustawieniu wysokości referencyjnej, czujnik natychmiast podaje dokładny poziom poprzez IO-Link.
Wartość dodana dzięki IO-Link
Mówiąc o IO-Link: Zainspirowana technologią, firma EnviroFALK zdecydowała się polegać na czujnikach wykorzystujących ten cyfrowy protokół komunikacyjny.
Maximilian Meurer wyjaśnia korzyści: Dzięki IO-Link mam pełną przejrzystość aż do każdego pojedynczego czujnika za pośrednictwem HMI i sterownika. W przypadku wystąpienia nieprawidłowych warunków, dane diagnostyczne każdego czujnika pomagają mi szybko zidentyfikować i wyeliminować problem. Przekazywanie danych z czujników do sterownika jest również bardzo proste. Dzięki cyklicznym zapytaniom o dane, mierzone wartości są dostarczane bezpośrednio jako wartości liczbowe. Wcześniej, w przypadku analogowych wartości pomiarowych, nie było to możliwe. IO-Link pozwala mi również na odpytywanie i digitalizację innych danych, takich jak numery seryjne lub dane kalibracyjne. Mogę nawet określić jednostkę wyjściową mierzonych wartości, np. dla czujników przepływu litry na minutę lub metry sześcienne na godzinę. Co więcej, IO-Link pozwala mi przesyłać kilka wartości pomiarowych czujnika. Przykładem może być czujnik przewodności, ale także czujniki ciśnienia, których używamy w zbiornikach i pompie: Mierzymy ciśnienie, aby określić poziom w zbiorniku, a jednocześnie odczytujemy wartość temperatury dostarczaną przez czujnik, aby poznać temperaturę medium w zbiorniku. Oszczędza nam to wysiłku związanego z instalacją dodatkowych czujników temperatury i dodawaniem odpowiednich króćców w zbiorniku. Przepływomierz typu SU przesyła również kilka mierzonych wartości za pośrednictwem jednej linii danych: Oprócz natężenia przepływu i statusu czujnika, całkowite natężenie przepływu i temperatura są również dostępne za pośrednictwem IO-Link. A dzięki funkcji przechowywania danych, zarówno my, jak i klient końcowy natychmiast zauważymy, jeśli użyto niewłaściwego czujnika lub wystąpiły błędy w okablowaniu. Dzięki tej funkcji i prostemu podłączeniu gotowych kabli M12 zarówno na urządzeniu nadrzędnym, jak i urządzeniu, aby szybko wymienić czujnik nie potrzebujemy angażować wykwalifikowanego elektryka.
IO-Link obsługuje kompleksowe ustawienia parametrów. Funkcje wyjściowe, zakresy pomiarowe, punkty przełączania i inne parametry można dowolnie wybierać w ramach wartości charakterystycznych czujnika. Tam, gdzie wcześniej potrzebnych było wiele różnych czujników, dziś często wystarczy jeden moduł IO-Link.
Maximilian Meurer: Głównymi zaletami IO-Link są dla nas zmniejszona różnorodność czujników i koszty przechowywania. Nasi technicy serwisowi nie potrzebują już tak wielu różnych czujników podczas wymiany urządzeń. Oszczędza to czas i pieniądze.
Protokół komunikacyjny IO-Link zapewnia dostęp do każdego pojedynczego czujnika. Daje to maksymalną przejrzystość i ułatwia rozwiązywanie problemów. / Zdecentralizowane mastery IO-Link oszczędzają miejsce w szafie sterowniczej i oferują możliwość podłączenia czujników i siłowników. Połączenie ze sterownikiem instalacji odbywa się za pośrednictwem sieci Profinet.
Kompaktowe czujniki ciśnienia PV firmy ifm nadają się również do małych rur dzięki przyłączu procesowemu G1/4. Oprócz ciśnienia przesyłają one również temperaturę medium za pośrednictwem IO-Link.
Wniosek
W systemach wody czystej i ultraczystej czujniki ifm umożliwiają usprawnione, a jednocześnie precyzyjne monitorowanie procesu. IO-Link zmniejsza koszty przechowywania i złożoność montażu, co skutkuje znacznymi oszczędnościami kosztów, a jednocześnie zapewnia pełną przejrzystość wszystkich procesów, ponieważ firmy wkraczają w erę cyfrową.
W skrócie: ekologiczne rozwiązanie!
