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주파수 스윕(Frequency Sweep) 기술을 갖춘 스마트 솔루션

장치산업 및 식품산업은 물론, 풍력발전 설비나 기타 여러 산업 분야에서 수많은 저장장치 및 버퍼, 오수 탱크에서 레벨은 반드시 식별되어야 한다. 일반적으로 사용되는 레벨 스위치는 모니터링되는 여러 다양한 매개체에 따라 달라진다.

바우머(Baumer)는 주파수 스윕(frequency sweep) 기술을 사용하여 완벽한 CleverLevel LBFS/LFFS 스위치를 개발했다. 이 방법은 물체의 특성과 상관없이 모든 소재들이 매개체에 대한 고유의 유전율을 가지고 있다는 점을 이용하고 있다.

이는 액체 및 분말, 심지어 정전기 매개체를 비롯한 사실상 거의 모든 매개체에 적합한 새로운 레벨 스위치를 만들 수 있도록 해준다. 이와 함께 다른 스위치에서는오류를 유발할 수 있는 접착성물질이나 거품로 인한 영향을 받지 않는다. 또한 서로 다른 매개체를 구별할 수도 있다.

이를 통해 CleverLevel은 기존의 레벨 제어에 사용되던vibrating fork타입을 간단히 대체할 수 있게 해준다. 셋팅은 티치-인(Teach-in) 단자를 이용해 가능하다. 이는 플렉스 프로그래머(Flex Programmer) 소프트웨어 보다 편리하며, 동시에 시각화도 가능하다. 디스플레이된 정보는 필요한 경우 상위 레벨의 컨트롤러와 통신이 가능하며, 운영 단계에 따라서 해석된다.

레벨 검출은 장치산업에서 가장 중요한 요소다. 탱크의 원료 충진 레벨의 최대 및 최소값을 모니터링하거나 초과 및 고갈되는 것을 막을 수 있다. 서로 다른 기술에 기반한 여러limit switch가 공급되고 있다.

지금까지 단일 레벨 스위치로 모든 애플리케이션을 커버하는 것은 불가능했기 때문에 특정 애플리케이션을 위해서는 조정작업이 필요했다. 이제frequency sweep 기술을 이용한 새로운 레벨 스위치가 출시됨으로써 거의 모든 매개체에 대해 실질적으로 다양하게 사용할 수 있게 되었다.

레벨 스위치에 대한 요구는 애플리케이션에 따라 매우 다양하다. 따라서 검출하려는 매개체의 특성이나 인화성, 발포성, 그리고 접착물질 및 불리한 설치조건, 충진 공정의 속도는 물론 요구되는 정확도 등과 같은 수많은 애플리케이션에 특화된 요소들이 고려되어야 한다.

폭넓게 사용되고 있는vibrating fork는 최상의 조건을 위한 필수요건은 아니다. 일부는 측정되는 소재를 확장시키는 상당히 큰 성분을 가지고 있다. 측정 오류는 높은 점도의 소재가 이러한 굽쇠에 부착함으로써 발생한다.

굵은 입자의 매개체는forks 사이에 쉽게 박힐 수 있고, 또한 측정 오류를 유발한다. 이forks는 청결을 유지하기 어렵고, 액체나 분말 물질은 서로 다른 버전이 필요하다. 따라서 지금까지 하나의 레벨 스위치로 모든 애플리케이션을 커버하는 것이 불가능했다.

탁월한 구성의 다기능 센서
바우머의 CleverLevel 시리즈 레벨 스위치는 이러한 갭을 해결해준다. 이 제품은frequency sweep 기술에 기반하고 있다. 이 센서는 센서 팁 아래에 있는 매개체의 유전상수에 의해 영향을 받는 진동회로의 공진 주파수를 분석한다.

따라서 센서 팁 상의 접착제나 거품의 영향을 제어할 수 있다. 1.5에서 100 이상의 폭넓은 유전상수 범위에 걸쳐 높은 민감도를 제공하기 때문에 모든 종류의 파우더나 과립자, 액체에 대한 한계 검출이 가능하며 또한 설정도 간단하다.

디폴트 설정은대부분의 매개체를 인지한다. 티치-인 기능이 불안한 부분을 해결해 주며, 보다 복잡한 구성도 Flex Programmer 소프트웨어로 매우 간단하게 처리할 수 있다. 사용자는 센서와 마찬가지로 거의 동일하게 볼 수 있다.

스위칭 범위는 예를 들어, 최대값 혹은 최소값 모니터링에서 거품을 무시하는데 원하는대로 조정이 가능하다. 센서가 접착물질을 무시하도록 해야 한다면, 이 경우에도 동일하게 적용된다. 액체 초콜릿이 있는 탱크는 가장 일반적인 사례다. 비어 있는 경우라도 센서와 컨테이너 벽은 초콜릿으로 묻어있게 마련이다.

설정에 따라 CleverLevel은 탱크가 실제로 가득 차 있거나 비어있는 경우에만 스위칭한다. 흔히 파우더 물질 검출 시 고려해야만 하는 정전기식 부착 또한 적절한 스위칭 범위 정의를 통해 구분될 수 있다.

간단한 그래픽 구성 소프트웨어는 보다 사용이 편리하도록 해준다. 예를 들어, 센서의 내부 신호를 관찰하는 것이 가능하며, 임계값을 그래픽 도식 안에서 마우스 클릭만으로 조정할 수 있다.

뿐만 아니라 구성 방법이 직관적이기 때문에 쉽게 습득이 가능하며, 언제라도 그래픽적으로 확인할 수 있어 결과의 신뢰도를 상당히 개선할 수 있다. 또한 2개의 매개체가 동일한 유전상수를 가지고 있다 하더라도 매개체의 전도성을 고려하여 설정 방법을 조정할 수도 있다.

예를 들어, 다른 종류의 생선용 소스나 맥주와 같이, 동일한 공정 라인이나 공정 탱크의 서로 다른 매개체라 하더라도 최종 제품을 구별하기 위해 검출이 가능하다. 이를 위해 서로 다른 매개체 및 거품, 접착성 물질에 대한 각각의 다른 유전상수가 구분될 수 있도록 조절하여 측정 신호를 출력할 수 있다. 이를 통해 물과 기름이 섞인 것처럼 매개체가 또 다른 매개체로 오염되는 경우에도 검출이 가능하다.

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측정결과 평가 및 플래닝 유지관리
또한 소프트웨어의 도움으로 시각화된 정보는 상위 레벨의 컨트롤러로 전송이 가능하다. 그런 다음 측정 신호를 평가할 수 있다.

예를 들어, 주입하는 동안 또 다른 매개체가 탱크 안에 있어서 스위칭 지점 위치가 달라졌다면 결과적으로 이를 파악할 수 있다. 또한 탱크 안의 먼지도 이러한 방법으로 검출할 수 있으며, 세척은 스케쥴에 따라 가능하다. 오늘날 대부분의 애플리케이션 분야는 이러한 정보에 의존하고 있다.

풍력발전 설비는 이러한 사례의 전형으로, 자발적인 윤활유 컨테이너의 유지관리는 막대한 비용이 소모되고, 추가적인 비용을 유발시킬 수 있다. 동일하게 기관차나 선박 혹은 농업 분야의 이동식 시스템도 이에 해당한다.

이 레벨 모니터링 센서의 또 다른 강점은 특히 이동식 탱크에서 잘 드러난다. 이는 일반적으로 0.1sec의 반응시간으로 작동하며, 고속 충진 공정 및 충진 레벨의 정밀 관리가 가능하다.

하지만 탱크가 움직이고 내용물이 출렁거리면 이는 불리한 요건이 된다. 이런 경우, 탱크 움직임으로 인한 오신호를 피하기 위해 최고 10sec의 스위칭 지연을 설정할 수 있다.

ATEX 인증을 받은 견고하고 위생적인 솔루션
새로운 CleverLevel 시리즈는 더 많은 혜택을 제공한다. 레벨 스위치는 심지어 접근하기 어려운 곳은 물론 어떠한 위치에서도 설치가 가능하다. 스위칭 프로세스를 보여주는 LED는 모든 방향에서 알아보기 쉽다.

센서는 소음없이 동작하며, 표준으로 요구되는 IP67 보호등급을 준수하며, -40° C에서 +200° C 사이에 이르는 주변온도에 적합하다. 또한 작동은 진동으로 인해 영향을 받지 않는다.

마지막으로 중요한 것은 레벨 스위치가 시운전을 보호하도록 펌프 가까이에 위치하는 것이다. 또한 15mm의 작은 삽입 깊이는 이러한 환경에 긍정적인 요소가 된다. 유량 및 압력은 거의 영향을 미치지 않는다. 한편 간격에 구애받지 않는 설치 및 매끈한 팁 덕분에센서에 잘 부착되지 않는다.

산업용 프로세스 커넥션과 더불어, 엄격한 위생 조건을 갖춘 애플리케이션을 위해 EHEDG 인증 버전 및 Ex 장소을 위한 ATEX 버전이 제공된다. 이러한 다기능 레벨 스위치에 적합한 애플리케이션은 수없이 많다.

제약 및 화학, 석유화학, 상수도 및 폐수처리 분야의 프로세스 엔지니어링은 물론 식품 및 음료산업 또한 다른 모든 산업만큼 충분한 혜택을 얻을 수 있다. 또 다른 애플리케이션 분야로는 풍력발전 설비 및 이동식 장비, 시리얼 공장이나 세척설비, 펌핑 시스템 등에서 찾아볼 수 있다. ©

Baumer Korea www.baumer.com/cleverlevel

아이씨엔 매거진 2013년 11월호

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