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Steuerungssystem für Stellantriebe in Metering Skids

Mehrwert auf allen Ebenen
Steuerungssystem für Stellantriebe in Metering Skids

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Metering Skids für die Öl- und Gasindustrie stellen hohe Ansprüche an die Armaturenautomatisierung, insbesondere in puncto Verfügbarkeit und einfache Integration. Der Einsatz einer Master Station zur Ansteuerung der Stellantriebe erweist sich in diesem Umfeld als besonders vorteilhaft. Dies zeigt sich in einem Kundenprojekt von Krohne Oil & Gas mit der Sima²-Master-Station von Auma.

Metering Skids sind schlüsselfertige, voll integrierte Messsysteme zur hochpräzisen Volumenmessung von Rohöl, Erdgas und Raffinerieerzeugnissen. Sie werden zum Beispiel an Be- und Entladestationen für Öltanker und am Ein- und Ausgang von Transport-Pipelines eingesetzt.

Neben Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperatursensoren sind auch Armaturen und Stellantriebe wichtige Bestandteile der Skids. Vorrangig werden hier Double-Block-and-Bleed-Armaturen eingesetzt, da diese zu 100 % leckagefrei sind und somit Messfehler aufgrund einer leckenden Armatur vermieden werden. Ein Skid hat normalerweise mehrere, parallel angeordnete Messgeräte sowie eine Mastermessstrecke für den Mengenabgleich. Stellantriebe werden für die Durchflussregelarmaturen benötigt, die den Öl- oder Gasstrom auf die verschiedenen Messstrecken verteilen, sowie für die Armaturen, die auf die Mastermessstrecke umschalten.

Krohne Oil & Gas B.V. in den Niederlanden ist einer der weltweit führenden Hersteller solcher Metering Skids. Für einen großen Öl- und Gaskonzern im Nahen Osten haben Krohne und Auma eine Automatisierungslösung realisiert, die den hohen Anforderungen des Kunden in allen Aspekten gerecht wird. Die leistungsfähige Sima²-Master-Station von Auma spielt dabei eine zentrale Rolle.

Insgesamt hat Krohne drei Metering Skids mit 36 Auma-Stellantrieben und einer redundanten Sima²-Master-Station für den Kunden realisiert. Für denselben Öl- und Gaskonzern liefert Auma im Rahmen verschiedener Projekte weitere 17 Sima²-Master-Stationen zusammen mit mehreren Hundert Stellantrieben.

Jedes der drei Skids ist mit drei parallel installierten Altosonic-5-Ultraschall-Durchflussmessgeräten von Krohne ausgestattet. Pro Skid werden 12 Auma-Stellantriebe zur Regelung der Durchflussraten und zum Umschalten auf die verschiedenen Messstrecken eingesetzt. Sie sind jeweils in Ringtopologie mit der Sima²-Master-Station verbunden und werden von dieser zentral gesteuert und überwacht.

Damit die Armaturen auch im Falle eines Brandes noch sicher betätigt werden können, werden die bewährten Stellantriebe SAEx und Stellantriebs-Steuerungen ACExC 01.2 von Auma mit feuerfester Ummantelung eingesetzt.

Hohe Verfügbarkeit

Die Messungen der Metering Skids bilden die Grundlage für die Bestimmung der exakten Menge Öl oder Gas, die geliefert wurde und die der Kunde somit in Rechnung stellen kann. Bei einem Ausfall im System entsteht sehr schnell ein hoher wirtschaftlicher Schaden für den Kunden. Daher stand eine hohe Verfügbarkeit an oberster Stelle des Anforderungskatalogs – nicht nur in Bezug auf zuverlässige Stellantriebstechnik, sondern auch auf die gesamte Ansteuerung und Kommunikation.

Die Sima²-Master Station leistet hier einen wichtigen Beitrag: Sie punktet insbesondere mit ihren vielfachen Redundanzoptionen und mit der robusten und bewährten Kommunikation über standardisierte Modbus-Protokolle. Für das Projekt lieferte Auma eine SIMA²-Master-Station mit Hot-Standby-Systemredundanz. Zwei Sima²-Subsysteme – kostengünstig in demselben Gehäuse untergebracht – stellen sicher, dass der Anlagenbetrieb auch bei Ausfall eines der Subsysteme nahtlos weiterläuft.

Die Kommunikation zum Leitsystem erfolgt ebenfalls redundant, über Modbus TCP/IP. Die Stellantriebe sind über einen Modbus-RTU-Ring an die Sima²-Master-Station angeschlossen. Auch hier ist Redundanz inklusive: Wird an einer Stelle im Ring die Kommunikation unterbrochen, so behandelt die Sima²-Master-Station die beiden Segmente jeweils als eigenständige Linien und alle Stellantriebe bleiben ansteuerbar. Die Kommunikation über Modbus ist zudem sehr schnell und effizient und sorgt für äußerst kurze Zyklus- und Reaktionszeiten.

Plug & Play

Die Metering Skids haben die Besonderheit, dass sie bereits im Krohne-Werk in den Niederlanden vollständig aufgebaut und getestet werden – inklusive der Armaturen und der Auma-Stellantriebe. Für den Transport zum Endkunden werden dann nur die externen Verbindungen wieder getrennt. Ziel ist es, die vorgefertigten Module mit möglichst geringem Aufwand vor Ort zu installieren und in Betrieb zu nehmen. Die Metering Skids müssen nur mit den Rohrleitungen in der Anlage vor Ort verbunden und an Spannungsversorgung und Leitsystem angeschlossen werden, dann sind sie startklar.

Durch den Einsatz einer Master Station als zentrale Steuerung für alle Stellantriebe lassen sich die externen Anschlüsse auch auf Stellantriebsseite deutlich reduzieren. Pro Skid gehen nur zwei Feldbusleitungen vom Modbus-Ring der Stellantriebe zur SIMA². Vor Ort muss nur die SIMA² mit dem Leitsystem verbunden werden.

Vorteile bei der Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme der Stellantriebe erfolgte mithilfe der Sima² im Krohne-Werk vollständig unabhängig vom Leitsystem. Über den integrierten großen Multitouch-Screen ließen sich die Stellantriebe komfortabel und intuitiv ansteuern und überprüfen. Ebenso ließen sich die Kommunikationsparameter einstellen und für jedes der drei Skids das Feldbus-Netzwerk konfigurieren. Beim Endkunden musste dann nur noch die Sima² als einziger Teilnehmer in das Leitsystem integriert werden.

Eine Zusatzfunktion der Sima² führte zu einer hohen Zeitersparnis bei der Inbetriebnahme: die automatische Loop-Konfiguration. Sie vereinfacht die Adressenvergabe für die Stellantriebe im Netzwerk. Im konkreten Fall war das Einstellen der Parameter an den Stellantrieben und die Übernahme der Geräte in den Modbus-Ring über die Sima² so einfach und intuitiv, dass die gesamte Konfiguration mit allen 36 Stellantrieben in weniger als 30 min bewältigt werden konnte.

Zentraler Diagnose-Hub

Im operativen Anlagenbetrieb trägt die Sima²-Master-Station zu einer Entlastung des Leitsystems bei. Sie verteilt die individuellen Fahrbefehle an die Stellantriebe, empfängt zyklisch die Zustandsmeldungen aller Stellantriebe und übermittelt dem Leitsystem in konzentrierter Form nur die für den regulären Betrieb erforderlichen Daten. Zudem bietet sie eine Fülle an Diagnosefunktionen, sodass Zustand und Verfügbarkeit vom Gesamtsystem bis hin zu jedem einzelnen Stellantrieb jederzeit transparent und einfach nachvollziehbar sind. Fehlerlokalisierung und -behebung werden beschleunigt. Auch auf zusätzliche, sich im Projektverlauf ergebende Kundenwünsche hat Auma schnell reagiert. Zum Beispiel wurde eine Softwareerweiterung implementiert, um weitere konfigurierbare Rückmeldungen zu ermöglichen. Dies nutzt Krohne, um auch die externe 24-V-Versorgung der Stellantriebe zu überwachen. Weiterhin beinhaltet die Sima² integrierte Ethernet-Schnittstellen, die neue Möglichkeiten für den Datenaustausch bis hin zu IIoT-Anwendungen bieten.

Die leistungsfähige Sima²-Master-Station zeigte sich in diesem Projekt allen Anforderungen gewachsen. In den Metering Skids bietet sie echten Mehrwert – dank der einfachen Inbetriebnahme, der zentralen Ansteuerung aller Auma-Stellantriebe und der vielfältigen Diagnosemöglichkeiten. Insbesondere die effiziente Kommunikation über Modbus und die integrierte Redundanz auf allen Ebenen sorgen für einen sicheren Anlagenbetrieb und optimierte Prozesse.

Aauma Riester GmbH & Co.KG, Müllheim


Autor: Sascha Loth

Product Management Sima², Auma Riester


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