Pneumatyka w zakładach wodociągowych opłaca się

"Naszym celem jest bycie najbardziej wartościowym przedsiębiorstwem zajmującym się dostawą wody na duże odległości w Niemczech, oferującym najlepszą jakość wody pitnej przy jednoczesnym zapewnieniu niezawodnych dostaw i zrównoważonego wykorzystania zasobów." Tak brzmi myśl przewodnia Landeswasserversorgung z siedzibą w Stuttgarcie.

Założony w 1912 roku wspólne stowarzyszenie dostarcza rocznie 90 milionów metrów sześciennych wody pitnej do około 250 miast, miasteczek i gmin w Badenii-Wirtembergii i Bawarii. Z dwóch wodociągów w Langenau i Dischingen około 3 milionów mieszkańców jest zaopatrywanych za pomocą sieci rurociągów o długości 775 km.

Skuteczne i zrównoważone oczyszczanie wody w Dunaju

Wodociąg w Langenau jest jednym z największych i najnowocześniejszych wodociągów w Europie. W 1973 r. rozpoczęto jego eksploatację na "Spitziger Berg" na skraju Donauried. W 2014 r. został on rozbudowany i otrzymał nowy system filtrów wód gruntowych z pneumatyczną techniką automatyzacji firmy Festo.

Woda z Dunaju pobierana w pobliżu Leipheim jest tutaj uzdatniana w wielostopniowym procesie do produkcji wody pitnej: Po trzech etapach oczyszczania wstępnego, wielowarstwowa filtracja usuwa wszelkie pozostałe zawiesiny. Następująca po tym filtracja z węgla aktywnego eliminuje zanieczyszczenia organiczne nawet w najniższych stężeniach. Technologia automatyzacji Festo reguluje przepływ wody za pomocą energooszczędnych zaworów uruchamianych pneumatycznie, na przykład do odcinania i zapobiegania przepływowi zwrotnemu.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, co cele chciało osiągnąć przedsiębiorstwo wodociągowe poprzez modernizację zakładu w Langenau. Możesz też przejść bezpośrednio do rozwiązania pneumatycznego Festo.

Bezpiecznie działające filtry do wody

Przez ponad 100 lat wody gruntowe z Donauried mogły być wykorzystywane jako woda pitna bez dalszego uzdatniania. Następnie rosnące zanieczyszczenie chemią przemysłową i domową, pestycydami i pozostałościami farmaceutycznymi spowodowało konieczność budowy systemu filtracji wód gruntowych. Cechą szczególną tej rozbudowy było to, że w istniejącym budynku powstało łącznie siedem, dwukondygnacyjnych zbiorników filtracyjnych. W tym celu zdemontowano wcześniej niepotrzebny już flocker. Już samo to postawiło wysokie wymagania w stosunku do wymaganej techniki napędowej: musiała ona zajmować jak najmniej miejsca.

Regularne płukanie filtra wody gruntowej

W filtracji wód gruntowych w grę wchodzi czysta grawitacja: woda przepływa z góry na dół przez wielowarstwowy filtr piaskowy, a następnie przez filtr z węglem aktywnym. Podczas gdy piasek zatrzymuje większe cząsteczki zanieczyszczeń, węgiel aktywny usuwa nawet najmniejsze zanieczyszczenia.

Z drugiej strony, czyszczenie filtrów nie jest takie proste, ale jest niezbędne: zatrzymane cząstki i zawiesiny zatykają filtry, a przepływ wody zostaje zahamowany. Jeżeli oporność filtra osiągnie wartość graniczną 3,5 mWS, należy przepłukać dany filtr. W tym celu dziesięć przepustnic musi otwierać i zamykać rurociągi w sposób skoordynowany.

Kompaktowe i niezawodne: napędy pneumatyczne

W tym celu państwowe wodociągi poszukiwały rozwiązania automatyzacji, które zapewniłoby kontrolę przepływu wody w bardzo ograniczonej przestrzeni. Powinno ono być niezawodne i bezpieczne oraz zawierać wszystkie elementy: siłowniki i odpowiednie zawory do regulacji, odcinania i zapobiegania przepływowi zwrotnemu.

Do tej pory w wodociągach państwowych stosowano prawie wyłącznie przepustnice z regulacją wrzecionową. Wrzeciona były obsługiwane za pomocą koła ręcznego lub silnika elektrycznego. W zakładzie wodociągowym w Langenau nie było już na to miejsca. Oprócz kompleksowego systemu rurociągów, w obiekcie trzeba było zainstalować 70 zautomatyzowanych zaworów procesowych.

Rozwiązaniem były napędy pneumatyczne firmy Festo: siłowniki wahadłowe DAPS są zasilane z centralnej stacji sprężonego powietrza i sterowane za pomocą wysp zaworowych. W ten sposób wrzeciona napędów i przekładnie walcowe na armaturze procesowej stają się zbędne. W tym rozwiązaniu napęd montowany jest bezpośrednio na wale tarczy zaworu.

Decyzja o zastosowaniu pneumatyki Festo

Przedmiotem dyskusji było rozwiązanie elektryczne i pneumatyczne, zaproponowane przez Festo. Decyzja była jednoznacznie na korzyść pneumatyki. To rozwiązanie w zakresie automatyzacji spełnia wszystkie wymagania - a nawet więcej.

Napędy wahadłowe i wyspy zaworowe

Istotną częścią systemu filtrów do wód gruntowych jest zawór armaturowy. W Langenau przepustnice z podwójnym mimośrodem są stosowane zarówno jako zawory odcinające, jak i regulacyjne. Przepustnice te pracują w sposób ciągły w zmiennych położeniach pośrednich ze zmiennymi kątami otwarcia. W rozwiązaniu Festo do tego celu wykorzystywane są pneumatyczne siłowniki wahadłowe typu DAPS. Ich kąt obrotu może być dowolnie regulowany, siłowniki są kompaktowe i posiadają krzywą momentu obrotowego dostosowaną do przepustnic o kinematyce dźwigniowej. Oznacza to, że DAPS może bez problemu wytrzymać nawet wysokie momenty zrywające zaworów procesowych.

Sterowanie napędami odbywa się za pomocą naszej kombinacji CPX-VZSA/zdalnych I/O z połączeniem PROFINET. Zostały one zainstalowane w środkowym korytarzu, pomiędzy zbiornikami filtracyjnymi. Wytrzymała metalowa obudowa zapewnia ochronę w trudnych warunkach otoczenia. Same zawory są całkowicie uszczelnione. CPX-VTSA rejestruje wszystkie sygnały z filtrów i sygnały zwrotne z napędów: ciśnienie, poziom napełnienia, temperaturę, itp. Ponieważ terminal z wyspą zaworową ma wysoce modułową konstrukcję i może pomieścić pięć rozmiarów zaworów, oszczędza energię, ponieważ można precyzyjnie ustawić pożądany przepływ dla każdej pozycji zaworu.

Napędy liniowe i szafy sterownicze

Dodatkowo pneumatyczne siłowniki liniowe typu DFPI sterują zamontowanymi z boku klapami wody szlamowej, przez które zatrzymany szlam spływa z materiału filtracyjnego w kierunku osadnika wody szlamowej. DFPI wyróżnia się tym, że jego zintegrowany enkoder przemieszczenia jest chroniony przed trudnymi warunkami otoczenia, co zwiększa wydajność pracy i zmniejsza koszty konserwacji.

Nasze gotowe do montażu szafy sterownicze oraz kompletny osprzęt do pneumatycznych obwodów sterowania (przygotowanie sprężonego powietrza, przewody, złączki itp.) uzupełniają rozwiązanie automatyki pneumatycznej w Langenau.

Długoterminowe rozwiązanie z zaletami kosztowymi

Wniosek jest taki, że nasza technologia napędu pneumatycznego przekonała państwowe przedsiębiorstwo wodociągowe, ponieważ jest ona wyraźnie lepsza od rozwiązania z napędem elektrycznym zarówno pod względem ceny, jak i technologii. Decydując się na pneumatykę, państwowe przedsiębiorstwo wodociągów oszczędza 10 % na kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Napędy elektryczne nie miałyby szans w ciasnym środowisku pracy.

Zalety napędów pneumatycznych

Począwszy od kosztów, poprzez aspekty bezpieczeństwa, a skończywszy na łatwości obsługi, pneumatyka oferuje wyraźne korzyści w wielu zastosowaniach. Jest to nieskomplikowana technologia, którą można łatwo zainstalować. Oprócz wykrywania położenia końcowego i monitorowania dopływu sprężonego powietrza nie są wymagane żadne funkcje kontrolne. Przedsiębiorstwa wodociągowe czerpią z tego korzyści, zwłaszcza w zakresie automatyzacji procesów. Szczególnie w przypadku wdrażania kompletnych rozwiązań systemowych, korzyści ekonomiczne wynikające z zastosowania napędów i komponentów pneumatycznych w porównaniu z porównywalnymi rozwiązaniami elektrycznymi stanowią istotną różnicę.

Bardziej ekonomiczna niż technologia napędu elektrycznego

Szczególnie w porównaniu z napędem elektrycznym konsekwentne stosowanie zdecentralizowanych koncepcji automatyzacji z terminalami zaworów zapewnia znaczne korzyści kosztowe - w przypadku stacji uzdatniania wody w Langenau oznaczało to oszczędności rzędu 10%. W innych projektach możliwe są nawet oszczędności przekraczające 50 %. Z tego punktu widzenia niskie koszty oznaczają, że warto nawet w późniejszym czasie zautomatyzować ręczne zawory procesowe.

Napędy elektryczne zużywają dużo energii, którą albo tracą w postaci nadmiaru ciepła, albo potrzebują do pracy przekładni. W przeciwieństwie do nich napędy pneumatyczne działają bezpośrednio na urządzenie odcinające. Tłok i wał napędowy są wystarczające do przekształcenia liniowej siły sprężonego powietrza w ruch obrotowy. Rozwiązania pneumatyczne wymagają jedynie energii elektrycznej do wytwarzania i sterowania sprężonym powietrzem. Rzeczywisty ruch odbywa się dzięki sprężonemu powietrzu.

Trwałe, bezobsługowe i wydajne

Napędy pneumatyczne od lat udowadniają, że są trwałe i odporne na drgania. Wynika to z faktu, że w porównaniu z napędami elektrycznymi, są one wykonane z niewielkiej liczby elementów, przez co są mniej narażone na awarię. Są one również odporne na ciągłe obciążenia i nie wymagają konserwacji przez cały okres użytkowania. Wymiana oleju lub dodatkowe smarowanie są zbędne.

Ponieważ napędy pneumatyczne posiadają zabezpieczenie przed przeciążeniem, a większą siłę uruchamiania można uzyskać bardzo prosto poprzez zwiększenie ciśnienia, często możliwe jest zastosowanie mniejszych rozmiarów przy niższej wadze. Dzięki systemom pneumatycznym Festo możliwe jest uzyskanie dużych sił do 50 000 N i momentów obrotowych do 10 000 Nm. Przy założeniu, że przewody mają całkowitą szczelność, a jednostki są precyzyjnie zwymiarowane, powstałe rozwiązania są efektywne energetycznie.

Wreszcie, co nie mniej ważne, pneumatyka jest rozwiązaniem bezpiecznym. Ponieważ sprężone powietrze jest dostępne nawet w przypadku awarii zasilania: oprócz kompresora, w nagłych wypadkach zawsze dostępny jest zbiornik sprężonego powietrza.