Einsparpotentiale nutzen

Martin Hees

– er Verbraucher erwartet von der Nahrungsmittelindustrie qualitativ hochwertige Produkte mit einer langen Haltbarkeit und einem hohen ernährungsphysiologischen Wert. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, sind die Betriebe dazu gezwungen, ihre Anlagen und die eingesetzte Sensorik nach hygienischen Gesichtspunkten zu gestalten. Das hygienische Design der Prozeßkomponenten nach den EHEDG-Richtlinien, eine entsprechende Oberflächengüte der produktberührten Anlagenteile sowie die Überwachung des Produktionsprozesses im Sinne des HACCP-Konzeptes können zu einer signifikanten Verbesserung der Betriebssicherheit und der Produktqualität führen. Vor dem Hintergrund noch fehlender einheitlicher Hygienerichtlinien in Europa, hat sich in den letzten Jahren die European Hygienic Equipment Design Group (EHEDG) gebildet. Sie verfaßt Empfehlungen und Richtlinien, wie in der Lebensmittelindustrie eingesetzte Geräte und Komponenten zu konstruieren sind. Ferner hat sie eine Methode entwickelt, um die Reinigungsfreundlichkeit und somit auch Lebensmitteltauglichkeit der gesamten Anlage und Prozeßkomponenten zu testen. Dem magnetisch-induktiven Durchflußmessern Promag H wurde als Ergebniß dieses Tests eine einwandfreie Reinigbarkeit bescheinigt.

Der Durchflußmesser Promag H wurde speziell für die Lebensmittelindustrie entwickelt (Abb. 1). Das Meßaufnehmergehäuse ist komplett in Edelstahl 1.4301/316 L ausgeführt und gewährleistet eine einwandfreie Reinigung von außen, um die Bildung von bakteriologischen Verunreinigungen zu unterbinden.

In Abhängigkeit von den verschiedenen Rohrnormen werden als Standard-Prozeßanschlüsse für den Promag H unterschiedliche Adaptionen angeboten. Der Durchflußmesser kann direkt über Schweißstutzen in die Anlage eingebunden werden. Milchrohrverschraubungen nach DIN 11851, Tri-Clamp, SMS- und ISO-Verbindungen stehen ebenfalls zur Verfügung. Selbstverständlich ist es möglich, auch andere Prozeßanschlüsse am Schweißstutzen zu adaptieren. Von entscheidender Bedeutung ist bei einem Durchflußmesser für hygienische Anwendungen das Dichtungskonzept. Anwender aus der Lebensmittelindustrie möchten weitgehend auf Dichtungen in ihren Anlagen verzichten. Überall dort, wo eine Dichtung eingesetzt wird, besteht die Gefahr einer bakteriologischen Verunreinigung des Produktes. Gleichzeitig gibt es derzeit kein Dichtungsmaterial, das gegenüber den verwendeten Reinigungsmitteln auf Dauer resistent ist. Es wird deshalb der periodische Austausch der Dichtungen empfohlen.

Aus diesem Grund ist beim Einsatz von Dichtungen darauf zu achten, daß die Übergänge spaltfrei ausgeführt und die Dichtungsmaterialien resistent gegenüber den verwendeten Reinigungsmitteln sind. Ebenfalls müssen die verwendeten Materialien eine FDA-Zulassung besitzen. Das Dichtungskonzept des Promag H erfüllt die genannten Anforderungen und stützt sich auf die Empfehlungen der EHEDG.

Unter dem Gesichtspunkt der hygienischen Sicherheit ist auch die Geräteauskleidung von großer Bedeutung. Hierfür verwendet man bei den Promag-H-Durchflußmessern PFA. Die Auskleidung wird durch ein spezielles Transfer-Moulding-Verfahren formstabil gefertigt. Sie ist hoch vakuumfest und ermöglicht den Betrieb der Geräte bis zu einer Mediumstemperatur von 150 °C.

Standardmäßig besitzt der Promag H die 3-A-Zulassung, die die Tauglichkeit des Meßgerätes für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie bescheinigt. Neben den Dichtungsmaterialien sind auch alle anderen Werkstoffe der mediumsberührten Teile durch die FDA zugelassen.

In der Vergangenheit war es üblich, für jedes Meßverfahren bzw. Meßgerät umfangreiche Lagerbestände zu halten. Unter dem Gesichtspunkt der Kostenoptimierung ist diese Vorgehensweise kontraproduktiv, denn Lagerbestände sind totes Kapital und belasten wirtschaftlich den gesamten Betrieb. Deshalb wollen die Unternehmen nicht komplette Meßaufnehmer im Lager verwalten, sondern nur einzelne Bausteine des Meßgerätes.

Die Druckaufnehmer der Baureihe Cerabar S mit keramischer Meßzelle passen exakt in dieses Konzept (Abb. 2). Zudem ermöglicht ihr modularer Aufbau eine hohe Flexibilität. An Stelle einer Vielzahl von unterschiedlichen Gerätevarianten minimieren austauschbare Module zum Grundgerät die Lagerhaltung und sichern eine schnelle Verfügbarkeit. Folgende vier Vorteile kennzeichnen dieses Sensorkonzept:

• Auch bei einem Turndown von 20:1 sind ein frei einstellbarer Meßbereich und eine garantierte Genauigkeit (Linearitätsabweichung besser 0,1%) gegeben. Dies bedeutet, daß das Unternehmen nur einen Sensor – beispielsweise für den Meßbereich von 0 bis 10 bar – im Lager haben muß. Durch den Turndown von 20:1 hat der Betrieb die Möglichkeit, aus einem Sensor für den Meßbereich 0 bis 10 bar, einen für den Bereich von 0 bis 0,5 bar zu machen. Weitere Sensoren für die verschiedenen Druckbereiche werden nicht benötigt.

• Durch einfaches Austauschen des Prozeßanschlusses oder der Sensordichtung ist ein Wechsel der mediumsberührten Werkstoffe möglich. Auch bei Veränderung an der Produktionsanlage, beispielsweise durch einen Umbau der Rohrleitung, kann der Druckaufnehmer Cerabar S durch Auswechseln des modularen Prozeßanschlusses weiter verwendet werden.

• Ohne Neukalibrierung des Drucktransmitters läßt sich die Elektronik austauschen. Diese konsequente Modularität beinhaltet auch das Herzstück des Cerabar S – das Sensormodul. Ein ASIC ist direkt auf der Rückseite des Sensors montiert und speichert dauerhaft die sensorspezifischen Daten. Das bedeutet, daß die Sensoren gewechselt werden können, beispielsweise ein Keramiksensor mit einem Meßbereich von 100 mbar gegen einen Polysiliziumsensor mit einem Meßbereich von 400 bar. Des weiteren kann auch die Elektronik zum Beispiel vom Kommunikationsprotokoll HART auf Intensor umgerüstet werden. Mit dem Einschalten des Cerabar S holt sich die Elektronik die Daten vom kalibrierten Sensor und der Drucktransmitter ist einsatzbereit (up loading).

• Eine einfache und sichere Parametrierung sorgt für eine schnelle Inbetriebnahme. Hervorzuheben ist hier der direkte Abgleich über gesicherte Einstelltasten, die sich außen am Gehäuse befinden. Ohne weitere Hilfsmittel und ohne Druckvorgabe kann bei beliebigem Druck der Meßbereich genau eingestellt werden.

Es wird seit mehreren Jahren nach einem Feldbus gesucht, der die bestehenden Einschränkungen der 4…20 mA-Technik in der Prozeßautomatisation aufhebt.

Bedingt durch die allgemeine Entwicklung der Meßtechnik besitzt heute die Mehrheit der Meßgeräte einen Mikroprozessor. Obwohl die Prozeßgröße bereits als Digitalwert im Gerät vorliegt, muß zur Einhaltung des 4…20 mA-Standards mehrfach eine D/A- und A/D-Wandlung im Signalweg erfolgen. Dieser Weg ist nicht nur teuer, er verursacht auch Fehler. Eine reine Digitalübertragung mit dem Feldbus Profibus-PA ist einfacher, billiger und unempfindlicher gegenüber Störungen. Zudem erlaubt sie einen schnellen Zugriff auf die Prozeßvariablen.

Der Hauptvorteil von Profibus-PA ist die Anbindung mehrerer Feldgeräte an ein gemeinsames Buskabel, von dem diese auch gespeist werden. Ferner sind alle verfügbaren Prozeßparameter eines Meßgerätes zugänglich. So kann beispielsweise bei einem hydrostatischen Druckaufnehmer der Deltapilot-S-Baureihe nicht nur das füllstandproportionale Drucksignal abgegriffen werden, sondern auch die Temperatur am eingebauten Temperatursensor. Darüber hinaus stehen auch verschiedene andere Statusmeldungen des Gerätes zur Verfügung (Abb. 3).

Durch den Einsatz von Profibus-PA ergeben sich deutliche Einsparpotentiale auf verschiedenen Ebenen:

• Die Installation ist einfach und kostengünstig, denn eine Leitung reicht aus, um alle Informationen und die Versorgungsenergie zu übertragen. Der Verdrahtungsaufwand läßt sich so deutlich reduzieren. Da der Bus von einem einzigen Speisegerät auch eigensicher mit Spannung versorgt wird, entfallen somit sämtliche Trenner und Speisegeräte.

• Die digitale Kommunikation ermöglicht eine bequeme Inbetriebnahme der Geräte von der Warte aus. Sind mehrere identische Meßstellen in einer Anwendung zu finden, ist nur ein Download der gespeicherten Parameter in die Geräte notwendig; die Einstellung jedes einzelnen Gerätes entfällt.

• Geräte mit Diagnosefunktion bzw. Selbstüberwachung melden Fehler direkt zum Busmaster. Der Zustand der Geräte läßt sich von der Warte aus überprüfen. Die Diagnosemeldung enthält detailierte Informationen über die Art des Fehlers, so daß die Wartungsmannschaft ihn schnell lokalisieren und beheben kann.

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