Profilometry laserowe scanCONTROL na straży bezpieczeństwa
| Prezentacje firmowe PomiaryMonitorowanie stanu instalacji przemysłowych oraz predykcyjna konserwacja pozwalają zapobiegać poważnym awariom, a nawet katastrofom. W tym celu stosowane są precyzyjne systemy pomiarowe, które na bieżąco zbierają dane i przekazują je systemom nadzoru. Do pomiarów w różnorodnych branżach, w tym wod.-kan. i oczyszczaniu ścieków, stosowane są m.in. czujniki Micro-Epsilon. W niniejszym artykule zaprezentujemy przykład aplikacji i technologii pomiarowych stosowanych w tym obszarze.
Awaria oczyszczalni
Awariami kolektorów odprowadzających ścieki do oczyszczalni Czajka w Warszawie, które miały miejsce w sierpniu 20¹9 i 2020 r., żyła cała Polska. Do Wisły trafiło wtedy kilka milionów metrów sześciennych ścieków, zanieczyszczając rzekę, a skutki, oprócz stolicy, odczuły wszystkie nadwiślańskie miasta położone na północ od Warszawy.
Główną przyczyną awarii, wskazaną w raporcie NIK¹, były zmiany wykonawcze do projektu budowlanego układu przesyłowego ścieków do Czajki. Ekspertyza z Politechniki Krakowskiej² wskazała na nieodpowiedni drenaż tunelu pod Wisłą. Brak właściwego drenażu spowodował wytworzenie się niebezpiecznego poziomu ciśnienia w instalacji jednej nitki kolektora. W rezultacie została ona zniszczona i spowodowała wyciek, który uszkodził drugą nitkę. Ta katastrofa ekologiczna pokazuje, jak istotne jest monitorowanie instalacji przemysłowych w celu wcześniejszego przewidywania awarii i zapobiegania im. W odniesieniu do omawianego przypadku systemu odprowadzania ścieków można to zrealizować, badając ciśnienie w rurach GRP. Jednak, jak i gdzie mierzyć?
Oczyszczalnia Czajka jest połączona z lewobrzeżną częścią Warszawy podziemnym tunelem o średnicy 3 m, przebiegającym pod dnem Wisły. W jego wnętrzu znajduje się, ułożony wzdłuż, betonowy podest, na którym umieszczono rury ściekowe. Rury są łączone co pewien dystans, a w miejscach łączeń usytuowano przeguby, czyli kompensatory gumowe do tłumienia drgań i kompensacji naprężeń w rurociągu. Na tych przegubach pod wpływem ciśnienia przepływających wewnątrz ścieków widoczne są odkształcenia. Aby zapobiec wyciekowi z rur, który mógłby się pojawić wskutek rozszczelnienia w miejscach łączenia, narażonych na działanie wysokiego ciśnienia medium, zaprojektowano stanowiska pomiarowe, mierzące profil kołnierzy kompensatorów. Informacje o odchyleniach od normy mogą być przekazywane do systemu nadzorczego.
Profilometry scanCONTROL
Do realizacji pomiaru wybrane zostały urządzenia z serii scanCONTROL o oznaczeniu LLT3010-200, umieszczone z trzech stron kompensatora, mierząc poprzecznie jego profil.
Profilometry laserowe scanCONTROL LLT30x2 to czujniki profilu wydajne ze względu na kompaktowy kształt, dokładność i szybkość pomiaru. Dostarczają skalibrowanych danych profilowych 2D z prędkością do 5,12 mln punktów na sekundę. Z maksymalną częstotliwością profilu 5 kHz skanery są przeznaczone do precyzyjnych pomiarów profilu w dynamicznych procesach. Matryca czujników oferuje rozdzielczość 1024 punktów przy odległości punktów od 24 μm. Oznacza to, że możliwe jest niezawodne wykrywanie nawet drobnych szczegółów.
Profilometry laserowe Micro-Epsilon są dostępne z czerwoną (645 μm) i niebieską (405 μm) diodą laserową. Do wykonywania wielu zadań wystarczają właściwości czerwonego lasera, jednak w przypadku pomiaru profilu na rozżarzonych do czerwoności metalach, a także na powierzchniach półprzezroczystych i organicznych, najlepiej sprawdzi się laser niebieski. Zapewnia on większą stabilność pomiarową, gdyż niebieska wiązka laserowa o krótszej długości fali nie przenika przez mierzony obiekt.
Do omawianej aplikacji wybrano serię scanCONTROL LLT30x2 z czerwonym laserem i dużym zakresem pomiarowym 200×300 mm. Strefa pozwala na dynamiczną ocenę badanego profilu przekroju rury ściekowej i stabilną kontrolę funkcji opisanych w oprogramowaniu. Gwarantuje to precyzyjne wyniki do dalszej akwizycji.
Czujniki scanCONTROL dostępne są w wersji COMPACT oraz SMART. Ta ostatnia pozwala na konfigurację urządzenia za pomocą darmowego oprogramowania scanCONTROL Configuration Tools i wybór spośród czterdziestu różnych, gotowych funkcji. Ułatwia to ocenę profilu i zapis skonfigurowanych funkcji bez dalszej konieczności korzystania z dodatkowego komputera.
Oprogramowanie scanCONTROL Configuration Tools
Konfiguracja i ustawienie parametrów urządzenia pomiarowego odbywa się za pomocą oprogramowania scanCONTROL Configuration Tools. Umożliwia ono konfigurację czujnika, ocenę ekspozycji profilu, a także zapisywanie, ładowanie i eksportowanie badanych profili. Wszystkie funkcje oprogramowania mogą być również wykonywane bez profilometru, aby przetestować zadanie pomiarowe w trybie offline dla bardzo szybkich procesów, na zapisanych wcześniej plikach z badanym profilem.
Oprogramowanie zapewnia użytkownikowi opcję całkowitej konfiguracji profilometru w zaledwie pięciu prostych krokach. Po skonfigurowaniu zapisanych parametrów czujnik pracuje w trybie autonomicznym i przekazuje zmierzone wartości do sterownika PLC.
Jeden profil składa się z maksymalnie 1280 skalibrowanych punktów pomiarowych, w zależności od typu czujnika. Profile te są przesyłane przez Ethernet do komputera, a narzędzia konfiguracyjne scanCONTROL umożliwiają ich wyświetlanie lub zapisywanie w czasie rzeczywistym. Szczególnie w przypadku bardzo szybkich procesów jest to absolutnie niezbędna funkcja, ponieważ możliwe staje się również ponowne załadowanie profili i ich późniejsza analiza krok po kroku. W celu dalszej oceny można również wyeksportować profile do formatu zgodnego m.in. z MS Excel oraz dobrać właściwe parametry i strefy do własnej analizy.
Narzędzia konfiguracyjne oferują około 40 podstawowych programów do wyboru, które da się łatwo i szybko skonfigurować za pomocą zaledwie kilku kliknięć myszką na analizowanym profilu. Ustawione parametry i wyniki są natychmiast wyświetlane na ekranie. Aby zmierzyć np. odchylenie/kąt, wystarczy wybrać dwie linie odniesienia, pomiędzy którymi obliczany jest kąt. Każdy program pomiarowy daje również możliwość określenia interesującej strefy, tzw. ROI dla całego profilu. W odniesieniu do zadań związanych z pomiarami dynamicznymi, w których próbka zmienia położenie, dostępne jest też indywidualne śledzenie dynamiczne dla każdego programu. Można je łatwo skonfigurować za pomocą punktu zaczepienia, śledzącego charakterystyczny punkt jako punkt odniesienia do opisanego programu.
Po ustawieniu poszczególnych parametrów zadania pomiarowego odpowiednie wyniki są dodatkowo obliczane zbiorczo. W ten sposób da się w prosty sposób obliczyć np. kilka kątów lub odległości między punktami czy liniami względem siebie albo rzutować punkty na linie. Bez żmudnych obliczeń zewnętrznych realizowane są zadania pomiarowe, których nie można objąć jednym programem pomiarowym. Czujnik bezpośrednio przekazuje zmierzone wartości w czasie rzeczywistym po np. MODBUS RTU/TCP. Dzięki temu nie ma prawie żadnych ograniczeń co do elastyczności obliczania wartości pomiarowych.
Za pomocą narzędzia analizy Result Monitor wyświetlimy i przeanalizujemy sekwencje wartości pomiarowych zapisanych profili i profili bieżących, co umożliwia ocenę pomiarów oraz naszego własnego oprogramowania do analizy. Dodatkowo dostępne są zintegrowana analiza cgm (capability gauge measurement) oraz dalsze parametry statystyczne (np. przekroczenie wartości granicznej, wartości średnie). Oprogramowanie umożliwia eksport tych wartości do celów archiwalnych lub do dalszej analizy w tabelach obliczeniowych.
Obudowa ochronna
Chroni ona czujnik przed uszkodzeniami mechanicznymi, ale także przed wysoką temperaturą otoczenia – dzięki cieczy chłodzącej doprowadzonej do dostępnych złączy, które są zintegrowane w częściach bocznych obudowy. Z drugiej strony, w przypadku niskich temperatur zewnętrznych, czujnik może być ogrzewany za pomocą ciepłego medium. System wydmuchiwania usuwa ciała obce z obiektywu profilometru za pomocą sprężonego powietrza. W razie potrzeby szybę ochronną można łatwo wymienić niewielkim kosztem, zabezpieczając główną optykę precyzyjnego urządzenia.
Lepiej zapobiegać, niż leczyć, dlatego warto inwestować w systemy pomiarowe monitorujące instalacje przemysłowe. Jaki system sprawdzi się w Państwa firmie? Zapraszamy do kontaktu ze specjalistami firmy WObit, którzy pomogą dobrać optymalne rozwiązanie. Więcej informacji dotyczących czujników Micro-Epsilon oraz ich zastosowań można znaleźć na stronie www.wobit.com.pl.
¹https://www.nik.gov.pl/aktualnosci/awarie-ukladu-przesylowego-sciekow-do-osk-czajka.html
²https://www.mpwik.com.pl/view/przyczyn-awarii-kolektorow-pod-wisl-z-sierpnia-2020-r-bledy-w-projekcie-zleconym-w-2006-r-
P.P.H. WObit E. J. Ober s.c.
Dęborzyce 16,
62-045 Pniewy
wobit@wobit.com.pl
tel. +48 61 22 27 422
fax +48 61 22 27 439
www.wobit.com.pl
