LON-basierte Sensoren und Aktoren in der Prozeßtechnik

Mit Intelligenz zu Plug & Work

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Der Wechsel von analogen Schnittstellen zu digitalen Übertragungstechniken erhöht die Leistungsfähigkeit von Sensoren und Aktoren. Die Zentrale bzw. der Master schafft aber oft einen neuen Engpaß. Erst die Dezentralisierung, beispielsweise mit LON, bei der Geräte direkt ohne Umweg miteinander Daten austauschen, ermöglicht den nächsten Rationalisierungsschritt – hin zu Plug & Work.

Werner Flögel

Die Ansprüche an technische Anlagen und die eingesetzte Sensorik und Aktorik wachsen schnell. Komplexe Abläufe, arbeitsintensive Prozesse und höhere Stückzahlen sollen in kürzerer Zeit als noch vor einigen Jahren realisiert werden. Da immer mehr Geräte zur Automatisierung eingesetzt werden, lassen sich die Einstellung, Kalibrierung und Wartung, sowie eine rationelle Installation mit den analogen Schnittstellen kaum noch mit vertretbarem Aufwand handhaben.
Der Einsatz von Bustechniken mit digitaler Datenübertragung schafft hier die Grundlage für einfachere, schnellere und übersichtlichere Systeme. Dabei wird jedoch häufig ein sogenanntes Master-Slave-Verfahren eingesetzt und somit gleichzeitig wiederum eine zentrale Steuerung geschaffen.
Einfacher durchIntelligenz vor Ort
Die digitale Datenübertragung, kombiniert mit integrierten Funktionen zur Vorverarbeitung direkt im Gerät, reduziert den Kommunikations- und Programmieraufwand sich wiederholender Routinen. Um dies zu erreichen, benötigt man „intelligente“ Produkte, die eine ihnen zugedachte Aufgabe übernehmen, ausführen und das Ergebnis selbsttätig entsprechend der Konfiguration zurückmelden.
So läßt sich LON, die dezentrale Intelligenz, auch am ehesten mit einem in kleine Stücke zerschnittenen Computer vergleichen. Jede dieser dezentralen Intelligenzen kann „denken“, „handeln“ und mit den anderen Netz-Teilnehmern „kommunizieren“.
Dadurch ergibt sich eine hohe Flexibilität und eine fast uneingeschränkte Ausbaubarkeit, d.h.:
• einfache Planung und übersichtlicher Aufbau durch weniger Leitungen,
• schnellere Installation und vereinfachte Wartung dank flexibler, standardisierter Kommunikation,
• Konfiguration statt Programmierung dank integrierter, intelligenter Funktionen.
Mit Plug & Work zum Erfolg
In industriellen Regelsystemen, beispielsweise bei der Durchflußregelung eines Fluids, zeigen sich die Vorteile deutlich. Wurden Regler, Durchflußmeßgerät und Regelventil bisher noch in analoger Technik aufwendig miteinander verdrahtet, kalibriert und in Betrieb genommen, sind nun dank LON nur noch das Durchflußmeßgerät und das Regelventil miteinander vernetzt (Abb. 1).
Das Durchflußmeßgerät vom Typ 3020 (Abb. 2) hält alle Daten der Meßwerte, Kennlinien, Kalibrierung, Identifikation usw. in digitaler Form bereit. Es dient zur Messung von flüssigen, neutralen und aggressiven wasserartigen Medien. Sicherheit ist durch eine Medientrennung zwischen Meß- und Auswerteeinheit gewährleistet. Die mediumberührenden Teile bestehen aus hochwertigem Kunststoff und Keramik. Ein integrierter Strömungsgleichrichter ermöglicht kürzeste Ein-/Auslaufstrecken. Die lineare Ausgangscharakteristik, der geringe Druckverlust und der schnelle Einbau mittels Armaturenverschraubung, stellen weitere Vorteile des Systems dar. Die beiden Größen DN 25 und DN 50 decken die Durchflußmengen von 2 l/min bis zu 25000 l/h ab.
Das motorgesteuerte Regelventil Typ 563 (Abb. 3) in Kunststoffausführung läßt sich für neutrale und aggressive, sowie flüssige und gasförmige Medien einsetzen. Der wartungsfreie Stellantrieb mit Synchronmotor und nachgeschaltetem Untersetzungsgetriebe ermöglicht eine reproduzierbare, definierte Regelcharakteristik bei unterschiedlichen Ausführungen der Regelkegel. Optische Stellungsanzeige, Endlagenschalter und Stellungsrückmeldung mittels Potentiometer runden die Ausstattung ab. Das Medium ist vom Antrieb hermetisch getrennt. Als Alternative steht der Typ 568 in Metallausführung zur Verfügung. Der gleiche Regelantrieb findet weiterhin Anwendung im Metall-Membranventil Typ 618 für die Biotechnologie.
Regler und Meßgerät tauschen die Informationen direkt aus und stellen sich automatisch auf den bestmöglichen Arbeitspunkt ein. Die Inbetriebnahme reduziert sich dadurch auf ein Minimum. Der Anwender kann sich auf den eigentlichen Prozeß konzentrieren.
Modularer Explosionsschutzmit LonWorks
Mit dem Ex-Schaltmodul Typ 4265 (Abb. 4) ist es jetzt auch möglich, eine dezentrale Automatisation in explosionsgefährdeten Bereichen aufzubauen. Die Vorteile der Dezentralisierung im Nicht-Ex-Bereich wurden durch die Wahl einer druckfesten Kapselung auf den Ex-Bereich übertragen und PTB zugelassen. Es ist eine direkte Busleitung vom sicheren in den Ex-Bereich möglich. Ein Mediumswechsel, bzw. der Einsatz von Koppelmodulen außerhalb des Ex-Bereiches, ist damit nicht unbedingt notwendig.
Das Ex-E/A-Schaltmodul vom Typ 4265 besitzt vier digitale Eingänge für 24V (DC)- Schaltsignale sowie vier digitale Ausgänge mit 24V (DC), 500 mA Ausgangslast. Die Netzankopplung erfolgt über FTT10A. Die Klemmenanordnung und -belegung vereinfacht sowohl das Durchschleifen der Netzsignale als auch der 24V (DC)-Versorgungsleitungen. Eingebaut in explosionsgeschützte Schaltkästen in einfacher oder Multimodulausführung, sowie kombiniert mit Schalt- und Bedienelementen für den Ex-Schutz, ergeben sich komplette dezentrale, modulare Schaltkästen in EEX de- Schutzart.
Anwendung finden diese Schaltmodule beispielsweise in explosionsgefährdeten Bereichen zur Steuerung von Filter- oder Tankanlagen. Durch die einfache Kopplung mehrerer Schaltmodule über das LonWorks-Netzwerk ist so eine kostengünstige und effektive Automatisierung direkt im Feld möglich. Weitere Ex-Module mit analogen Eingängen und Ausgängen befinden sich derzeit in Vorbereitung.
Resümee
Insgesamt ergeben sich mit LON weitreichende Möglichkeiten, die die Prozeßführung erleichtern können: Anlagesteuerungen ohne zentrale Leitstation, Zugriff auf Netzinformationen von jedem beliebigen Punkt aus, beliebige Erweiterungen, hohe Sicherheit sowie transparente und kostengünstige Visualisierungen. Fernwartung und Fernkonfiguration lassen sich über Modem und sogar über Internet günstig realisieren.
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