Der pH-Wert-Analyse und Leitfähigkeitsmessung eilt bis heute der Ruf voraus, eine Wissenschaft für sich zu sein – zu komplex und zu fehleranfällig. So ganz unbegründet war diese Einschätzung in der Vergangenheit nicht. Mit Blick auf Smartsens muss sie jedoch grundlegend korrigiert werden. Die Besonderheit dieser digitalen 2-Leiter-Analysesensoren ist, dass die Transmitter in den Sensorkopf integriert wurden.
Sowohl für digitale als auch analoge Analysesensoren war an den diversen Messstellen der Prozesskette bislang vor Ort ein externer Transmitter erforderlich, der die Sensorsignale auswertet und für das Prozessleitsystem umwandelt. Die digitale Analysenmessstelle bestand aus dem Sensor, einem Transmitter und einem herstellereigenem Verbindungskabel. Alle drei Teile müssen dabei vom selben Hersteller bezogen werden, d. h. es handelt sich um eine proprietäre Lösung. Die mehrteilige Konstruktion ist gleich mit mehreren Nachteilen behaftet. Eine falsche Installation, Verdrahtung oder Konfiguration des Transmitters sind häufige Fehlerquellen. Zusätzlich können speziell bei den analogen Sensoren an den hochohmigen Kabelverbindungsstellen Probleme durch Feuchtigkeit oder Korrosion auftreten. Generell sind jedoch in der Messkette vom Sensor zum Prozessleitsystem prozentual die meisten möglichen Fehler auf den Transmitter zurückzuführen.
Eliminiert mögliche Fehler
Die digitalen Analysesensoren Smartsens von Krohne lösen diese Probleme. Es handelt sich hierbei um digitale 2-Leiter-Analysesensoren mit integrierter Transmittertechnologie. Indem die Krohne-Ingenieure den Transmitter miniaturisiert und in den Sensorkopf integriert haben, reduzieren sich künftig die Fehlerquellen in den Steckverbindungen und in der Signalverarbeitung signifikant.
Smartsens eliminiert noch eine weitere Schwachstelle der Transmitter: Neben Hardwareausfall oder Fehlern in der proprietären Software kommt es häufig zu falschen Konfigurationen der Messstelle. Letztere stellen für den Anwender eine große Herausforderung dar, da sich selbst beim selben Hersteller die Anschlussbelegung wie auch die Menüführung bei der Konfiguration des Transmitters unterscheiden können. Im Unterschied dazu wird Smartsens per standardisierter Variopin-Steckverbindung direkt an das Leitsystem angeschlossen; die Konfiguration erfolgt per Hart DD, beispielsweise mit einem Hart-Handheld oder über Pactware (FDT/DTM). Optional kann ein 2-Leiter-Display oder mit dem bedienerfreundlichen Smartmac alternativ auch ein 2-Leiter-Konfigurations- und Anzeigegerät (Hart-Master) vor Ort installiert werden, der das 4 … 20mA-/Hart-Signal abgreift.
Wie ein normales Prozessmessgerät
Jeder Smartsens-Sensor wird wie ein normales Prozessmessgerät behandelt und angeschlossen, ohne dafür spezielle Kenntnisse zu benötigen. Da die Sensoren mechanisch in fast jede Prozessarmatur passen, müssen die bestehenden Messstellen nicht umgerüstet werden.
Für hygienische Einsatzbedingungen konzipiert und zugelassen, erledigen die Sensoren wichtige Mess- und Analyseaufgaben in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Beispielsweise nutzt man den Smartsens PH 8570 HYG in Kombination mit einem konduktiven Smartsens-Leitfähigkeitssensor zur pH-Wert-Analyse und Leitfähigkeitsmessung bei der Bierherstellung oder in der Verarbeitung von Milch zu Joghurt und Käse. Derselbe Sensor allerdings im Zusammenspiel mit dem induktiven Smartsens-Leitfähigkeitssensor (in Vorbereitung) kommt auch bei der Limonadenherstellung zum Einsatz. Hier übernimmt er die pH-Wert-Analyse und Leitfähigkeitsmessung bei der Sirup- bzw. Zuckerzugabe.
Andere Einsatzmöglichkeiten der induktiven Smartsens-Leitfähigkeitssensoren sind die Überwachung der Spülwässer bei der Flaschenreinigung oder die Konzentrationsbestimmung von CIP-Medien.
Verschiedene Einsparungseffekte
Smartsens-Sensoren kosten bei der Anschaffung nicht mehr als konventionelle digitale Sensoren, rechnen sich über den gesamten Nutzungszeitraum aber wesentlich besser. Da kein teurer externer Transmitter mehr benötigt wird, sinken die Kosten pro Messstelle mittelfristig deutlich. Mit dem fehlenden Transmitter wird auch der Wartungsaufwand spürbar reduziert.
Ein weiterer Pluspunkt ist die Flexibilität der Analysenlösung. Durch die 2-Leiter-stromschleifengespeiste Technologie mit direkter, offener Kommunikation zwischen Sensor und Leitsystem ist der Anwender an keinen Hersteller gebunden. Jeder Smartsens-Sensor kann über das 4 … 20-mA-/Hart-Signal direkt mit dem Prozessleitsystem verbunden werden. Über die Direktanbindung an die Leitwarte können Fehler angezeigt sowie Messwerte im Sensor über Hart ausgelesen werden. Nach eigenen Angaben ist Krohne damit der erste Anbieter, der eine direkte Verbindung per standardisiertem Feldbus vom Sensor zum Prozessleitsystem anbietet (Multidrop oder Punkt-zu-Punkt).
Offline-Kalibrierung im Labor
Zusätzliche Kostenvorteile ergeben sich durch längere Standzeiten der Sensoren infolge der im Labor durchgeführten Offline-Kalibrierung mit möglicher Sensorregeneration unter kontrollierten Bedingungen. Bei jeder Kalibierung werden die Sensordaten neu gespeichert und der Sensor kann einfach wieder an der Messstelle eingesetzt werden. Je nach Messstelle und -aufgabe müssen die Smartsens-Sensoren täglich, mehrmals die Woche oder nur einmal jährlich kalibriert werden. Die Kalibrierhistorie wird im Sensor gespeichert und kann jederzeit vom Anwender eingesehen werden. Anhand der Veränderung der Linearität kann dieser dann den optimalen Termin für den Austausch der Sensoren ermitteln. Die Lebensdauer der Sensoren wird gegenüber herkömmlichen analogen Sensoren dadurch auf das Mehrfache verlängert.
Für die Offline-Kalibrierung können die Sensoren mit dem USB-Hart-Schnittstellenkabel Smartbridge an einen PC angeschlossen werden. Letzteres versorgt den Sensor mit Strom und führt die bidirektionale Hart-7-Kommunikation durch. Der PC bietet dabei dieselbe herstellerunabhängige, kostenlose Pactware-FDT/DTM-Bedienoberfläche wie das Prozessleitsystem. Ferner bietet Krohne optional die Smartbase-Datenbank an. Sie ermöglicht weitere Auswertungen bis hin zu kundenspezifischen Statistiken. In der Datenbank können die Smartsens-Sensoren hinterlegt und ihre komplette Historie lückenlos gespeichert werden.
Halle A4, Stand 309
prozesstechnik-online.de/dei0913436
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