Дистанционное многоточечное онлайн-измерение.
Технологическая концепция
Система основана на использовании энергии NIR (ближнего инфракрасного) в качестве средства возбуждения контролируемой материи, получения о ней конкретной спектральной информации. Этот спектр представляет собой поглощение компонентов, присутствующих в контролируемом продукте, таких как белки, вода (влага), жиры и волокна.
Эти спектры коррелируют с концентрацией упомянутых компонентов с помощью математической модели, называемой калибровкой. В системах, разработанных TecnoCientífica, используется концепция транспортировки светового сигнала по специальным оптическим волокнам, обеспечивающим дальность передачи до 1000 метров при максимальном затухании сигнала 5%.
Основной целью является возможность дистанционного измерения, независимо от расстояния, различных точек технологической линии, сосредоточение всей информации в центральном блоке, из которого ею могут управлять различные авторизованные операторы.
Информация «Онлайн» и визуализация эволюции контролируемых параметров могут наблюдаться различными участниками через Интранет или Интернет, всегда под строгим контролем пользователя-администратора, созданного клиентом.
Продукты, измеренные в разных точках, могут быть разными и выбираться по усмотрению пользователя. Эксклюзивная запатентованная система оптоволоконного переключения отвечает за распределение сигнала, поступающего от различных датчиков, на блок спектрометра, что позволяет использовать только 1 (один) спектрометр для управления до 10 удаленных точек измерения с помощью одного центрального блока. Это дает системе оптимальное соотношение цена/качество.
Дифференцированная технология
Технология, разработанная TecnoCientífica для использования измерений и управления в реальном времени в технологических линиях, направлена на то, чтобы наилучшим образом удовлетворить потребности пользователя, сохраняя при этом широкую универсальность.
Сердцем центрального блока является спектрометрический модуль NIR с детектором PDA, содержащим до 512 элементов. PDA расшифровывается как Photo Diode Array и его часто путают с CCD (Couple Charged Device).
Хотя концепция схожа, материал и тип компонентов двух устройств различаются. В диодной матрице, используемой в нашей технологии, используются элементы InGaAs (покрытые индо-галлием-мышьяком), которые считаются лучшими и наиболее стабильными компонентами для обнаружения в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне длин волн.
Основная особенность этой технологии заключается не только в том, что она позволяет получить ПОЛНЫЙ спектр контролируемого продукта, но также в том, что она сверхбыстрая и одновременно собирает ВСЕ длины волн, что делает ее ИДЕАЛЬНОЙ для определений в режиме реального времени.
Поскольку в светорассеивающем устройстве нет движущихся частей, в его сигнале отсутствуют дрейфы, и нет необходимости в процедурах оптической калибровки самого спектрометра. Это важное отличие от систем, использующих монохроматор для сканирования на всех длинах волн в ближнем ИК-диапазоне.
Монохромная система
В монохромной системе может быть достигнуто более высокое разрешение, но система ДОЛЖНА выполнить полное сканирование, чтобы получить полное спектральное изображение продукта. Его детектором также является фотодиод InGaAs, но только с одним компонентом.
Поэтому для сбора полного изображения необходимо перемещать рассеивающий элемент (призму или дифракционную решетку), чтобы сфокусировать каждый участок спектра на одном монодетекторе. Таким образом, время измерения медленнее, а спектральное изображение будет фактически соответствовать «диагонали» продукта, если он будет применяться в технологической линии, а не поперечному сечению продукта:
Непрерывный поток — измерительная секция
Опыт показал, что для обработки неоднородных твердых тел, движущихся с высокой скоростью, наиболее важной является репрезентативность данных.
Технология диодной матрицы (PDA или CCD) позволяет нам быстро получать полную информацию с одного и того же участка образца. Но это должно быть интегрировано с управлением программным обеспечением, которое позволяет пользователю отображать СКОЛЬКО лиц, которых он хочет получить, прежде чем генерировать интегрированное (или среднее) значение, чтобы получить прогноз процентного состава выборки.
Программное обеспечение, разработанное TecnoCientífica, позволяет пользователю управлять этой репрезентативностью и администрировать ее. Это означает, что, принимая во внимание скорость производственного потока, пользователь может решить, сообщив программному обеспечению, сколько изображений необходимо получить, прежде чем делать определение, сколько кг соответствует репрезентативности этих данных.
Cистема фильтрации
Самая старая система, используемая в технологии NIR, — это использование оптических фильтров для получения дифференцированных «полос» света.
Этот тип технологии полезен, когда у вас действительно однородный продукт, поскольку мы будем обрабатывать только узкие и определенные диапазоны длин волн.
Кроме того, так же, как монохроматор должен вращать дифракционную решетку (или призму), чтобы «охватить» весь спектр, в этой технологии диск фильтра должен совершать полный оборот, чтобы позволить всем оптическим фильтрам в системе перемещаться, давая каждому одного раза достаточно для надежного сигнала по сравнению с собственным шумом детектора.
Следовательно время еще меньше, и мы получили бы еще более рассредоточенное «диагональное» изображение.
На заводах, где скорость выпуска продукции и ее неоднородность действительно высоки, этот тип технологии будет гораздо более чувствителен к изменениям продукции.
Важные преимущества
1) Блок БИК полностью изолирован от окружающей среды и термоконтролируется системой Пельтье:
Сознавая важность контроля окружающей среды для спектрометрического «сердца», технология, используемая TecnoCientífica, устанавливает NIR внутри термоизолированного от окружающей среды (без проникновения пыли — без влияния влажности окружающей среды) и контролируется с помощью мощной пластины Пельтье для поддержания его микросреда при 20°C +/- 0,06°C. Это обеспечивает превосходную стабильность системы.
Системы, которые устанавливают спектрометры в каждой точке измерения, подвергаются чрезвычайно агрессивным изменениям оборудования, в дополнение к значительному увеличению стоимости, поскольку каждая точка сама по себе является спектрометром.
2) Датчик БЕЗ контакта с Продуктом:
Имея многолетний опыт работы с этим типом установок, можно обнаружить, насколько агрессивными и абразивными могут быть продукты, такие как соевые бобы и соевая мука, при движении на высокой скорости.
Связаться с ними означало бы постоянно менять датчики.
Наши системы измеряют через окна высокой твердости, по которым перемещается образец, измеряя непрерывно и без износа или загрязнения какой-либо из оптических частей системы.
Кроме того, мы не проводим измерения с «воздушными камерами» между нашими датчиками и контролируемым продуктом. То есть мы не размещаем датчики на конвейерных линиях, где между датчиком и продуктом есть надземное расстояние. Есть несколько причин не делать этого:
– При движении лент с очень высокой скоростью (из-за типичных для этой отрасли объемов производства) воздух вдувается в образец, изменяя его плотность.
– Также изменяет расстояние между образцом и датчиком
– На пути освещения постоянно присутствует пыль, которая вызывает нежелательное рассеивание.
– Крайне сложно контролировать загрязнение датчиков.
В целом, эти технологии были разработаны для транспортировки более однородных продуктов и для транспортировки с очень низкой скоростью. Очень важно отметить, что компания TecnoCientífica начала свои исследования и применение этого типа технологии для гетерогенных и твердых продуктов в 2002 году, став пионером в этой области.
Его конструкция очень характерна и дифференцирована, с большими преимуществами открытости системы для пользователя, управления несколькими удаленными точками измерения с помощью одного спектрометра, различных продуктов и параметров.
Описание системы
1) Датчики дистанционного измерения Olsen:
– Полностью собраны в пыле- и влагозащищенных промышленных корпусах
– Оптический датчик с вольфрамово-галогенным источником и коллимирующей линзой в комплекте
– Автоматическая система ссылок (темно-белая)
– Окно из кварцевого стекла высокой твердости
– Автоматическая и программируемая система отбора проб для калибровки и/или проверки.
– ЖК-дисплей для контроля состояния и обслуживания
– Электроника управления
– Смотровое окно для состояния лампы
– Люк для доступа к контейнеру для проб
– Блок общей электроники и блоки питания для датчиков Olsen Precisa 220 вольт, стабильные и чистые
2) Центр автоматического управления
Полностью смонтирован в специальной промышленной стойке, чтобы вся электроника и спектрометр были изолированы от пыли и влаги.
– БИК-спектрометрический блок, установленный на системе ТЭО (Пельтье), которая поддерживает рабочую среду при 20°C +/- 0,1°C – Спектральный диапазон 1200 – 2100 нм. Нет воздухообмена с внешней средой, поэтому в спектрометр не попадает пыль.
– Оптоволоконный переключатель, эксклюзивный дизайн TecnoCientífica, способный последовательно обрабатывать до 12 точек.
– Общая электроника управления системой
– Источники питания
– Управление связью между датчиками и ПК
– ЖК-дисплей для контроля состояния и обслуживания
3) Оптическое волокно
– Диаметр 400/500 мкм
– Сердцевина из плавленого кварца со сверхнизким содержанием влаги (специально для передачи в ближнем инфракрасном диапазоне)
– Внутренняя защита с кевларовыми нитями и пластиковой втулкой
– Внешняя защита с гибкой оболочкой из ПВХ
– Клеммы с разъемами SMA Premium
4) Связь:
Протокол связи Bus-Can для управления датчиками контроля в точках измерения и автоматических блоков управления.
5) Датчики мониторинга:
Во всех компонентах системы установлены датчики, которые позволяют контролировать рабочее состояние всех оптических и механических частей с центрального ПК:
– Наличие бутыли для сбора проб
– Состояние лампы
– Эталонное позиционирование
– Позиционирование пробоотборника
– Позиционирование оптоволоконного переключателя
6) Центральное операционное программное обеспечение
Это программное обеспечение, спроектированное и разработанное TecnoCientífica, работает на платформе Windows 2000, XP или более поздней версии и управляет операциями сбора данных, отображения на экране и их хранения. Вот его основные особенности и область применения:
– Совместимость с Windows 2000, XP или выше
– База данных SQL, защищенная и неприкосновенная
– Постоянные и автоматические исторические записи
– Экспорт в Excel исторических данных за выбранные периоды по усмотрению пользователя.
– Конфигурация пользователей и паролей с различными уровнями доступа и работы, управляемая пользователем-администратором клиента.
– On Line, автоматическая работа системы
– Дистанционный контроль состояния линейных датчиков и их компонентов
– Система удаленного обслуживания и ремонта точек измерения с помощью программного обеспечения
– Отображение данных в виде отдельных графиков на экране по точкам измерения (продуктам) и параметрам, выбранным пользователем. Вы можете выбрать просмотр всех точек и параметров или только тех, которые хотите просмотреть.
– Выбираемый пользователем период отображения в графике
– Автоматический расчет среднего значения периода, показанного на графике, который постоянно обновляется последними данными.
– Текущее значение (последнее измеренное) с указанием времени
– Программирование критических уровней для каждого параметра (максимальные и минимальные аварийные сигналы).
– Планирование производственной линии по параметрам
– Индивидуальные таблицы настроек для каждой точки измерения (продукта) и параметра
– Конфигурация продукта и калибровки для каждой точки измерения должны выбираться пользователем. Изменяется, когда это требуется пользователем, либо путем обновления модели, либо путем производственных изменений в различных технологических линиях, где расположены датчики.
– Автоматическое архивирование записей спектров (SPC) как измеренных, так и снятых для проверки/калибровки.
– Возможность установки Slave Software для периферийных компьютеров пользователей, которым необходимо визуализировать (только) данные On Line.
– Возможность установки ПО репликации и удаленного управления, если пользователю-администратору необходимо удаленно контролировать, настраивать и/или настраивать систему.
– Программирование отбора проб для автоматической валидации/калибровки в разных точках с помощью программного обеспечения и из центрального офиса.
Cпециальные технические рассуждения
– Все операции можно отслеживать, контролировать и программировать из центрального программного обеспечения.
– Система управляет измерением всех точек последовательно, следуя порядку, установленному пользователем. Этот порядок следования может быть изменен по запросу.
– Любую точку(ы) измерения можно исключить из измерения, просто введя конфигурацию соответствующей точки измерения через центральное программное обеспечение. Это может быть связано с тем, что линия снята с производства, или проводятся некоторые работы по техническому обслуживанию, или по любому другому требованию пользователя.
– В линейке настольных приборов InLab NIR-512/256 используется та же технология, что и в онлайн-приборах TecnoCientífica, и используется та же концепция обнаружения, сбора спектров и предсказания состава.
Непрерывный мониторинг влажности
Промышленные процессы сушки, особенно зерна, имеют основополагающее значение для кондиционирования груза в момент принятия решения о его хранении в силосах или камерах.
Избыток влажности в сочетании с повышением температуры может быть очень опасным, создавая источники разложения и даже риск самовозгорания, если материал содержит горючие компоненты (например, жир).
Автоматический непрерывный мониторинг влажности позволяет оператору следить за тем, чтобы уровень этого параметра не превышал допустимых пределов. Кроме того, с онлайн-информацией вы можете регулировать уровни нагрева для процесса, экономя затраты на энергию и поддерживая качество питательных веществ, не превышая температуру.
Эта система, как правило, представляет собой вариант нашей системы OLSEN с той особенностью, что она также может использовать датчик нашей системы GRAIN-Q в случае непрерывного контроля партии.
Важные преимущества:
- Повышает эффективность процесса сушки за счет постоянного контроля заданной влажности.
- Значительная экономия энергии за счет оптимизации использования топлива для процесса сушки.
- Улучшает производительность установки, максимально увеличивая скорость процесса при сохранении конечного уровня влажности зерна.
Непрерывный мониторинг процесса
Эволюция обрабатывающей промышленности и необходимость производить все больше и больше продуктов питания для всего мира привели к тому, что большинство предприятий увеличили объем переработки сырья.
Вне зависимости от области, скорость процесса значительно возросла, и много времени тратится на взятие проб в доступной точке завода, а затем их доставку в лабораторию для анализа. С другой стороны, организовать логистику непросто, так как она зависит от наличия персонала и доступности пунктов пропуска. Вывод: в итоге проводится очень мало ежедневных проверок.
Один час задержки в результате пунктуального анализа производства БЕЗ контроля представляет собой несколько тонн продукта, который «уже прошел». Если результат был неправильным, это ВСЕ потери. Наоборот, если бы он был мгновенным, оперативным и автоматическим, с числовым и графическим отображением на экране производственного помещения, он стал бы идеальным инструментом для корректирующих действий и минимизации потерь.
Область применения очень широка.
