Dela länk via e-post
Inte alla nödvändiga fält fylldes
Skicka e-post

Styrning av gasdosering för den bioteknologiska plattformen för mikroalger

Centre for Solar Biotechnology vid University of Queensland (UQ) – en del av Institute of Molecular Biosciences (IMB) – grundades 2016 av professor Ben Hankamer och har sedan dess expanderat till att omfatta ett 30-tal internationella forskargrupper i Europa, USA, Asien, Australien och Nya Zeeland samt industripartners. Hans mål är att påskynda innovation och kommersialisering av ny solcellsdriven teknik och industrier, varav många är baserade på fotosyntetiska grönalger.

Algteknologierna utnyttjar solens enorma energiresurser och absorberar koldioxid för att tillhandahålla ekonomiska, solkraftsdrivna lösningar som bidrar till att tillgodose världens växande behov av energi, mat och vatten och som ger en väg till koldioxidanvändning. Tekniken öppnar också en rad möjligheter inom områdena kosttillskott och läkemedel. På så sätt stöder centrumets arbete aktivt utvecklingen av nya sysselsättningsmöjligheter, hållbar regional utveckling, exportindustrin och en ren, grön och hållbar framtid.

Centre for Solar Biotechnology driver pilotproduktionsanläggningar för mikro- och makroalger både inomhus och utomhus. Dessa är utrustade för drift av högpresterande odlingssystem, t.ex. bassäng-, plattpanel-, rör- och Airlift-bioreaktorer. Till detta hör testning av olika bioreaktorkonstruktioner och processparametrar samt testning och karakterisering av produktionsstammar.

En omfattande infrastruktur finns redan, inklusive koldioxid och tryckluft med tillhörande rörledningar och automationsteknik för drift av bioreaktorerna.

Modernisering av ett åldrande automationssystem för bioreaktorer

Det befintliga ställsystemet för bioreaktorerna utomhus byggdes för nästan 15 år sedan och centret stod inför ett dyrt uppgraderingsalternativ från andra leverantörer. Universitetet gav därför DSI-Tec i uppdrag att uppgradera anläggningen med ett nytt styrsystem. Tillsammans utformade de ett nytt styr- och övervakningssystem för bioreaktorerna som möjliggör pH-styrd koldioxiddosering och fjärrkalibrering av sensorerna. Det nya automationssystemet bör först införas i produktionsanläggningarna inomhus innan det utvidgas till utomhusanläggningar.

DSI-Tec undersökte ett antal alternativ och leverantörer av massaflödesmätare och styrenheter samt annan nödvändig utrustning, men återkom alltid till Bürkert.

Efter att beslutet fattats bjöd Bürkert David Horton, direktör för DSI-Tec, till sitt Systemhaus i Sydney för att diskutera projektet i detalj. Särskilda ventiler och instrument behövdes för styrsystemet, och laboratoriet ville ha en skräddarsydd design för att kommunicera med en Siemens S7-1200-plattform via ett befintligt PROFINET-nätverk. Ställsystemet måste också vara framtidssäkert och utformningen måste möjliggöra framtida uppgraderingar med ytterligare utrustning.

Det första kravet var att tillhandahålla en transmitter föråtta analoga pH-sonder. För denna uppgift levererade Bürkert två Bürkert multiCELL Typ 8619, med PROFINET och fyra pH-moduler vardera. pH-värdet och andra diagnosdata skickas direkt till PROFINET-nätverket för övervakning och styrning.

Det andra kravet var att tillhandahålla fem massaflödesregulatorer (MFCs) för luftdosering med möjlighet att ansluta ytterligare 20 MFC:er i framtiden.

För att vara förberedd för framtida expansioner levererade Bürkert fem av sina MFC:er baserade på sin Efficient Device Integration Platform (EDIP)-plattform. Detta resulterar i en modulär uppbyggnad som gör det möjligt att lägga till enheter i enlighet med tillämpningsskraven. Gateway Typ ME43 från Bürkert som är konfigurerad för PROFINET ger ett gränssnitt till styrsystemet.

Uppgifter så som flödeshastighet, totalisering och medietemperatur tillhandahålls som standard. Ytterligare data, t.ex. drifttimmar, sensorkalibreringsdata och sensorstatus, kan extraheras från varje MFC vid behov. Framtida MFC:er kommer att integreras i nätverket och konfigureras via Bürkerts Communicator-programvara.

Skräddarsydda ventilblock och hus uppfyller kraven

Det tredje kravet var att tillhandahålla magnetventiler för koldioxiddosering. För detta ändamål har Bürkert levererat en blocklösning i rostfritt stål med matchande ventilsystem. Blocket utformades på plats, byggdes internt av Bürkert Australien och monterades på en standardskena i rostfritt stål för enkel installation och service. De fem ventilerna styrs direkt från de digitala utgångarna av Siemens-PLC.

”Utmaningen för Bürkert var att få lösningen att passa in i det snäva installationsutrymmet på plats,” säger Dean Bryant, National Segment Manager, Micro Fluidics & Gas Handling för Bürkert Fluid Control Systems. ”Vi tillhandahåller därför ett smalt, fristående hus som rymmer alla MFC:er och ventiler.”

Bürkert har HMI:er och kopplingsskåp färdiga som en del av sina lösningar för att göra det lättare att installera system på olika platser.

”Det färdiga systemet omfattade en Siemens S7-1200 PLC/HMI-kombination som innehöll PROFINET-mastern som kommunicerar med de andra enheterna via Bürkerts ME43-gateway,” tillade Bryant.

Ett fabriksacceptanstest (FAT) innan driftsättningen genomfördes vid Sydney Systemhaus. Det omfattade också ett sekvens- och läckagetest. Bürkert bjöd återigen in universitetet och DSI-Tec till ett möte på plats för att utföra alla tester själva. Ytterligare pneumatiska skottkopplingar monterades och anslöts för att förbereda framtida MFC- och ventilinstallationer.

Ta UQ:s forskning till nästa nivå

Det nära samarbetet mellan UQ, Bürkert och DSI-Tec – från konceptuell design till installation – säkerställde att projektet levererades precis som önskat – i tid och inom budgetens ramar. ”Uppgraderingen av automatiseringen av produktionsanläggningen inomhus gör det nu möjligt att exakt och på distans styra mikroalgkulturerna för att producera högkvalitativ biomassa, som sedan används för att utveckla biologiska, gröna läkemedel, livsmedel och nanomaterial,” säger Juliane Wolf, forskningsledare och projektledare.

”När vi fortsätter att uppgradera automatiseringen till att även omfatta vår produktionsanläggning utomhus kan vi minska produktionskostnaderna och utöka den gröna utvecklingen till produktion av bränsle och ekosystemtjänster.”

”Våra pilotanläggningar inomhus och utomhus är avgörande för vårt arbete och vi tackar DSI-Tec och Bürkert för deras professionella och konstruktiva stöd av vårt arbete genom att tillhandahålla de automatiserade reglersystem som vi behöver,” säger professor Hankamer. ”Systemet kommer att ta vårt FoU-arbete till nästa nivå när det gäller systemdesign och skalering, vilket gör det möjligt för oss att leverera framtidens förnyelsebara produkter och arbetstillfällen genom en solkraftssdriven tillverkningsbas.”

Bioreaktorprojektet vid UQ visar hur väl Bürkert kan integrera en Industri 4.0-kompatibel lösning. Bürkerts förmåga att anpassa sig till befintliga system, krav och givna plattformar ger företaget ytterligare en konkurrensfördel på marknaden. Med sitt lokala australiensiska Systemhaus i Sydney kan Bürkert erbjuda sina kunder praktiska råd och testmiljöer samt direkt tillgång till experter på produktlösningar och Bürkerts ingenjörs- och designteam.

Products

Typ 8619

multiCELL – multikanals-/multifunktions-transmitter/-kontroller

Typ 8619
  • Direkt anslutningsmöjlighet till de flesta sensorer för flöde, pH-/ORP-värde, klor och konduktivitet
  • Enkelt, intuitivt användargränssnitt med stor grafikdisplay, inställningsbar bakgrundsbelysning (4 användardefinierade vyer)
  • Hårdvara med utökningsmöjligheter (upp till 6 fritt konfigurerbara kopplingsplatser)
  • Industriellt ethernet (Modbus TCP, PROFINET eller EtherNet/IP) kan beställas som tillval
  • Funktionsutökning med hjälp av mjukvara som tillval

Typ ME43

Gateway

Typ ME43
  • Nätsluss för Industrial Ethernet- och fältbusstandarder
  • Upp till 128 ingångs- och 128 utgångsvariabler kan överföras
  • Underlättad integration i processtyrnivån genom systemspecifika enhetsbeskrivningsfiler
  • Grafisk programmering för automatisering av subsystem

Typ 8741

Massaflödesregulator (MFC)/massaflödesmätare (MFM) för gaser

Typ 8741
  • Märkflödesområden från 0,010 l/min upp till 160 l/min
  • Hög mät- och repeternoggrannhet
  • Mycket snabba reaktionstider
  • Konfigurationsminne underlättar byte av enhet
  • Tillval: USP klass VI-, FDA-, EG 1935-överensstämmelse

Min jämförelselista