Besturing van complexe testsystemen voor filtermedia
1 juli 2022
Testprocessen nauwkeurig beheren

Operatiekamers en farmaceutische productielocaties hebben één ding gemeen: cleanroomtechnologie om de veiligheid van de patiënt en de kwaliteit van de productieomgeving te waarborgen. Het bedrijf Topas behoort in technologisch opzicht tot de wereldtop op dit gebied. Bij het testen van filtermedia, zoals deze in luchtfilters in cleanrooms zijn vereist, maakt Topas gebruik van besturingstechniek van WAGO.

Cleanroomtechnologie is de sleuteltechnologie in tal van toepassingen. De technologie wordt bijvoorbeeld gebruikt in operatiekamers, in de farmaceutische industrie of in productiesystemen voor micro-elektronica. De cleanroomtechnologie zorgt ervoor dat het aantal zwevende deeltjes in de lucht, dat ofwel de ruimte wordt binnengebracht of in de ruimte ontstaat, zo laag mogelijk wordt gehouden. Zo kunnen patiënten veilig behandeld en producten tegen schadelijke deeltjes worden beschermd.

Kwalificatie en tests van filtermaterialen

Filters zijn van cruciaal belang voor de luchtreiniging. Daarom moeten de desbetreffende installaties en de bijbehorende filters gekwalificeerd, regelmatig getest en de resultaten feilloos gedocumenteerd worden. In richtlijnen zoals de VDI 2083 en ISO 14644 worden testprocedures beschreven en zijn classificaties evenals een concentratiebepaling vastgelegd voor de zuiverheid van de lucht in cleanrooms en cleanroomomgevingen. Hierbij worden zuiverheidsklassen voor de lucht op basis van de gemeten concentraties aan zwevende deeltjes van verschillende genormeerde afmetingen vastgelegd.

Hoe belangrijk de kwalificatie en de tests van filtermaterialen en de kwaliteitsborging van de filtertest zijn, weet ook Stephan List. Stephan List is Division Manager bij Topas GmbH in het Duitse Dresden en tekent binnen het bedrijf verantwoordelijk voor de productie van apparaten en testsystemen evenals voor de engineering: "Bij ons staat echt de "deeltjestechnologie" in het middelpunt. Wij produceren, meten en conditioneren aërosolen en de hiervoor benodigde apparaten en testsystemen. Ons aanbod strekt zich uit van het testen van filtermedia en -elementen in het laboratorium tot procedures voor herhaaldelijke tests van filters met zo kort mogelijke intervallen voor de bewaking van producten bij de massaproductie van filters."

Met meer dan 60 verschillende apparaten en 20 testsystemen voor industriële gebruikers en onderzoeksinstellingen of instituten produceert, conditioneert en analyseert het bedrijf uit de deelstaat Saksen test- en referentie-aërosolen. "De uitdaging hierbij is dat onze klanten ons meestal met zeer speciale eisen benaderen. Denk aan filters voor motorvoertuigen, gasturbinefilters of cleanrooms in de farmaceutische industrie", aldus Stefan Haufe, PLC- en veiligheidsexpert bij Topas. Net zo divers zijn de combinatiemogelijkheden van de gebruikte sensoren, actuatoren en de analyse.

Strenge eisen aan farmaceutische en medische techniek

Waar stoffen worden geproduceerd die in het menselijke lichaam terecht kunnen komen, zijn de eisen aan de zuiverheid uitermate streng. Dit vindt zijn neerslag in de cleanroomtechnologie en het testen hiervan: in de farmaceutische en biotechnische productie moet de besmetting met kiemen, micro-organismen of voor de gezondheid schadelijke stoffen te allen tijde en betrouwbaar worden uitgesloten. In de medische techniek worden de eisen eveneens steeds strenger: of het nu om implantaten of biosensoren gaat, die bijvoorbeeld worden gebruikt voor de bewaking van de bloedvetwaarden: alle producten moeten vrij van onzuiverheden en dus "clean" worden geproduceerd. Op het gebied van de microtechnologie was een cleanroom met de ISO-klasse 6 of 7 gedurende lange tijd meer dan voldoende. Tegenwoordig wordt echter steeds vaker om ISO-klasse 5 gevraagd. Dit betekent dat slechts 5 nanogram organische stof per liter lucht toegestaan is. Er zijn dus filters en installaties nodig die niet alleen deeltjes, maar ook chemische stoffen tegenhouden. Boven moet rekening worden gehouden met andere belangrijke invloeden zoals elektromagnetische effecten en trillingen. Voor de meet- en testtechniek geldt dan ook: deze moet doordringen in bereiken waar losse deeltjes elkaar de hand schudden.

Bij ons draait alles om deeltjestechnologie. Wij produceren, meten en conditioneren aërosolen en de hiervoor benodigde apparaten en testsystemen.

Stephan List, Division Manager Topas GmbH

Efficiënte installaties en documentatie

Om de tests efficiënt uit te kunnen voeren en de resultaten zonder extra werk te kunnen documenteren, bootsen de installaties van Topas echte processen na. Naast het synthetiseren van aërosolen behoort het nemen, verwerken en analyseren van monsters met intelligente meettechniek tot de kerncompetenties van het bedrijf. Het is een ingewikkeld proces om de verschillende processtappen in één apparaat op zowel het testobject (bijv. het filtermateriaal) als de te absorberen stoffen in te stellen.

Om het samenspel binnen de installatie optimaal, maar ook precies en geautomatiseerd te regelen en hierbij reproduceerbare resultaten te behalen, is state-of-the-art besturingstechniek nodig. "We hebben jaren geleden voor WAGO gekozen als leverancier voor de interne besturings- en communicatiecomponenten. Toen lag de focus met name op goede en voordelige apparaten met een brede waaier aan functies", vertelt Stephan List. "Tegenwoordig weten we ook de stabiele ontwikkelingsomgeving, de regelmatige updates en de betrouwbaarheid van WAGO zeer te waarderen. De schaalbaarheid van de oplossingen van WAGO was – en is – eveneens een sterk argument."

Controllers regelen complex binnenleven

Topas maakt gebruik van de controllers van WAGO. Met behulp van deze controllers worden bijvoorbeeld sensoren, meetapparaten evenals ventilatoren, kleppen en ventielen veilig aangestuurd. "We moeten ontzettend veel signalen verwerken. Dat zorgt ervoor dat onze installaties uit veel I/O-modules bestaan en we gebruik maken van grote knooppunten. De hieruit voortvloeiende diversiteit aan interfaces waarmee we rekening moeten houden, is een andere belangrijke reden waarom we telkens weer kiezen voor de I/O-systemen van WAGO", aldus Stefan Haufe.

Open interfaces

In de automatische testbank voor de HEPA/ULPA-filterscan AFS150 wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van de controller PFC200. Met deze PLC worden invoer- en uitvoerapparaten via de protocollen CAN, CANopen of Profibus DP verbonden. De communicatie met de software en de veiligheidsrelais vindt plaats via Modbus. De Ethernet-interfaces ondersteunen bovendien de protocollen DHCP, DNS, NTP, FTP, SNMP en HTTP. Voor een veilige verbinding zijn SSH, HTTPS en FTPS beschikbaar.

De testbank PAF 112, die wordt gebruikt voor het testen van de kwaliteit van cabineluchtfilters voor voertuigen conform ISO 11155-2 inzake de adsorptie/desorptie van gasvormige stoffen, illustreert de goede en intensieve samenwerking tussen Topas en WAGO: naast rijgklemmen met diverse doorsneden en verschillende types, een netwerkswitch en elektronische beveiligingsschakelaars vormt de PLC 750-891 het hart van de besturing. Deze communiceert via Modbus^® met veiligheidsrelais en toepassingssoftware. De sensoren van de testbank zijn via seriële interfaces verbonden.

Lekkages exact toewijzen

"Voor sommige stappen, zoals de afloop van de testprocedure, de visualisatie van de processen of het genereren van diagrammen, gebruiken we een PC, voor alle overige taken maken we gebruik van een geschikte PLC van WAGO", aldus Haufe, en vult aan: "Real time is voor ons niet echt belangrijk, snelheid daarentegen wel. De korte responstijd van de PLC is voor ons dan ook perfect om opvallende situaties of lekkages exact toe te kunnen wijzen. We weten het flexibele WAGO-systeem voor complexe toepassingen zeer te waarderen", aldus Haufe. Door het samenspel van componenten van WAGO en de knowhow van Topas wordt het doel bereikt om de cleanroomproductie van tal van producten en maximale kwaliteitsstandaards bij de productie van de meest uiteenlopende filters te waarborgen.

Voor toekomstige projecten zal zeker gebruik worden gemaakt de WAGO-controller 750-8212. Deze zijn met snellere processoren en meer werkgeheugen uitgerust. Een andere belangrijke eigenschap van de controller: het "Digital Rights Management". Het maakt de individuele uitbreiding van functies voor verschillende projecten mogelijk – afhankelijk van de gestelde eisen. Hiervoor kunnen, ook achteraf, softwareapplicaties en -interfaces met behulp van licenties (DRM) vrijgeschakeld worden. "In de nabije toekomst zijn er al enkele concrete projecten waarbij deze functies uitermate nuttig zullen zijn. Het loont dus om onze projecten in de gaten te houden“, besluit Haufe.

Out of the box: luchtreiniging

Dat de lucht in een ruimte invloed heeft op de gezondheid van de mens is bekend, en was tijdens de coronapandemie één van de centrale discussiepunten omtrent het wel of niet openen van scholen. Met de snelle ontwikkeling van mobiele luchtreinigers wilde Miele voor een betere gezondheid en voor meer normaliteit in het dagelijkse leven van families zorgen. Dankzij de uitstekende samenwerking met WAGO werd dat project een groot succes.