Lagertanks überwachen

Nynäs ist eine internationale Firmengruppe, die schweres Rohöl zu Bitumen und Öl-Spezialprodukten raffiniert. Zum Unternehmen gehören vier Raffinerien, eine davon ist in Nynäshamn, Schweden, angesiedelt. Die unterirdischen Lagertanks in Nynäshamn werden auf ungleichen Dampfdruck, der ein Anzeichen für eine Blockade der Verbindungsrohre zwischen den Tanks sein kann, überwacht. Die vorhandenen Druckschalter waren veraltet und mussten ersetzt werden. Sie gaben kein kontinuierliches Signal, sondern zeigten nur an, dass ein voreingestellter Grenzwert verletzt wurde.

„Als das Signalkabel eines Schalters ausfiel, haben wir beschlossen, eine Online-Lösung zu installieren, die die Messungen aus den Tanks direkt in die Messwarte überträgt. So können wir Blockaden viel früher erkennen“, erklärt Morten Hansen, leitender Ingenieur für die Instrumentierung bei Nynäs. „Darüber hinaus waren wir daran interessiert, die Wireless-Technologie zu testen und diese Anwendung erschien uns eine ideale Möglichkeit dazu.“

Die unterirdischen Lagertanks liegen in beträchtlicher Entfernung von der Warte. Hätte Nynäs eine konventionelle Instrumentierung installiert, wäre eine neue Verkabelung notwendig geworden, um die weit entfernten Messgeräte anzuschließen. Dies kam wegen den damit verbundenen Kosten nicht infrage, daher beschloss Nynäs, die Vorteile der Wireless-Technologie zu nutzen.

Ohne eine Direktverbindung (Line of Sight – LoS) zwischen den Positionen der Druckmessumformer und der idealen Position für das Gateway, wählte Nynäs Emersons Smart-Wireless-Produkte, die ein selbst organisierendes Netzwerk nutzen, um die Geräte miteinander zu verbinden. Mit dieser Technologie kann jedes Gerät als Router für andere Geräte in der Nähe arbeiten und die Meldungen weiterleiten, bis sie ihr Ziel erreicht haben. Wenn ein Hindernis im Weg ist, wird die Datenübertragung im Netzwerk umgeleitet, bis ein Pfad zum Gateway gefunden ist. Die Technologie bietet auch redundante Kommunikation über zwei oder drei Pfade, was eine Zuverlässigkeit der Datenübertragung von mehr als 99 % sicherstellt.

Zwei zusätzlich installierte Rosemount-Wireless-Druckmessumformer liefern Messwerte von den zwei unterirdischen Lagerräumen (Bunkern), die Rohöl enthalten. Die Daten werden alle 60 Sekunden zum Gateway übertragen, das 650 m von den Druckmessumformern entfernt angebracht ist. Das Gateway ist mit Emersons digitalem Automatisierungssystem DeltaV über eine Modbus-Schnittstelle verbunden.

Zwei weitere kabellose Rosemount-Messumformer sind auf großen Behältern in der Anlage installiert. Sie dienen als Repeater, erzeugen zusätzliche Pfade für die Datenkommunikation und sichern die Zuverlässigkeit der Verbindung. Zusätzliche Wireless-Messgeräte können bei Bedarf problemlos eingebunden werden, sie erhöhen die Anzahl der verfügbaren Pfade zum Gateway und machen das Netzwerk noch zuverlässiger.

„Mit Emersons Wireless-Lösung konnten wir die Kosten zum Aufrüsten der Druckmessungen zu einem Online-System deutlich reduzieren. Die Installation neuer Kabel hätte 10 000 US$ mehr gekostet als die Wireless-Lösung“, erläutert Hansen. Und weiter: „Die Installation der Emerson-Geräte in der Anlage war relativ einfach und es dauerte weniger als einen Tag, um die Konfiguration und Inbetriebnahme abzuschließen. Wir betrachten die Technologie auch als einfach zu nutzen, weil wir die Möglichkeit haben, die Geräte mit der vorausschauenden Instandhaltungssoftware AMS Suite zu verwalten.“

Nach erfolgreichem Test der Smart-Wireless-Technologie hat Nynäs das Wireless-Netzwerk auf der Anlage erweitert. Es wurden zwei Rosemount-Rex-Radar-Füllstandmessgeräte mit Thum-Adaptern installiert, die zwei servomechanische Messgeräte ersetzen. Normalerweise würde ein Technologiewandel wie dieser den Ersatz der Signalkabel erfordern. Allerdings wird durch den Thum-Adapter kabellose Kommunikation genutzt, daher ist die teure Installation neuer Kabel nicht notwendig.

Der Thum-Adapter ist ein WirelessHart-Feldgerät, das an fast jedem Zwei- oder Vierleiter-Hart-Gerät angebracht werden kann. Es benötigt keine externe Stromversorgung und ermöglicht die kabellose Übertragung von Mess- und Diagnosedaten, denn Feldgeräte mit einem Thum-Adapter arbeiten als Komponenten in Emersons selbstorganisierenden Smart-Wireless-Feldnetzwerk.

Smart Wireless erweitert die digitale PlantWeb-Architektur, die Lösungen für die Feldinstrumentierung und den Anlagenbetrieb bietet. Zusätzlich zu den bei Nynäs installierten sind zahlreiche andere Smart-Wireless-Produkte verfügbar wie Fisher-Rückmeldeeinheiten für Regelventile, Rosemount-Analysegeräte und Machinery Health Management-Messumformer zur Zustandsüberwachung rotierender Maschinen, darüber hinaus Wireless-Schnittstellen zum digitalen Automatisierungssystem Ovation sowie SmartStart-Services (siehe Kasten).

Online-Info www.cav.de/0610423

Küper: Wir bieten eine umfangreiche Auswahl an Messsystemen, die bereits dem WirelessHart-Standard entsprechen. Das Produktportfolio wird von uns laufend ergänzt. So sind ab Spätsommer eine Wireless DeltaV redundante Karte mit Wireless-Antennen für Atex-Zone 1 (ab DeltaV Version 11) und ein Rosemount Wireless 702H Hydrocarbon-Messumformer zur Erkennung von Kohlenwasserstoffen verfügbar.

Küper: Unser Adapter wird einfach an ein beliebiges Zwei- oder Vier-Leiter-Hart-Gerät, das mindestens Hart 5 entspricht, angeschlossen, und zwar unabhängig vom Hersteller. Der Adapter verwendet die WirelessHart-Technologie für die Übertragung von bis zu vier Messwerten und/oder Diagnoseinformationen/Konfiguration. Er benötigt keine Batterie, sondern speist sich aus dem Messkreis, ohne diesen zu beeinflussen.

Küper: Der Adapter hat drei Einsatz-Schwerpunkte: 1. Ein Hart-fähiges Gerät hat ein Problem, jedoch das Leitsystem hat keine Möglichkeit, die Hart-Diagnose-Information zu verarbeiten. Hier kann man, um das Problem zu identifizieren und Fehlermeldungen von dem Gerät frühzeitig zu erhalten, den Thum-Adapter montieren und die Hart-Diagnose/Konfiguration über das WirelessHart-Netzwerk zum Asset Management System übertragen. 2. Sie haben ein multivariables 4…20 mA-Gerät, das mehrere Messwerte erfasst, jedoch über 4…20 mA nur einen übertragen kann. Mit dem installierten Thum-Adapter lassen sich die anderen Messwerte zum Leitsystem übertragen.

3. Sie benötigen keine 4…20 mA mehr zum Feldgerät, sondern nur noch eine Energie-Versorgung (24V/230V), und übertragen die kompletten Messwerte mittels des Adapters zum Leitsystem, zusätzlich zu den Diagnose-Informationen. Da Energie sowieso oft sternförmig vorhanden ist, erspart man sich die Verdrahtung zum Leitsystem mit allen Komponenten dazwischen.

Küper: Emerson hat dieses Jahr Smart-Wireless-Rückmeldeeinheiten für Regel/Schalt/Handarmaturen auf den Markt gebracht, um die aktuelle Stellung von Armaturen erfassen zu können. Momentan sind im Smart-Wireless-Portfolio nur Geräte enthalten, die Messwerte erfassen, doch die Entwicklung setzt sich fort. Ende dieses Jahres bringt Emerson das Wireless Gateway in redundanter Ausführung auf den Markt, zusätzlich wird die Abtastrate der Messwerte auf eine Sekunde verkürzt und im DeltaV Version 11 ein PID-Plus-Regler integriert, der den Regel-Algorithmus den WirelessHart-Geräten anpasst. Mit diesen Möglichkeiten ist der nächste Schritt der Regelung mit WirelessHart möglich.

Küper: Die Wireless-Fabrik der Zukunft wird sicherlich nicht komplett Wireless sein. WirelessHart ist eine weitere Alternative zu 4…20 mA, Feldbus oder sogar noch zu 0,2-1 bar. Dort, wo es technisch oder wirtschaftlich sinnvoll ist, wird WirelessHart in Zukunft eingesetzt. Laut Studien kann der Anteil der Wireless-Technik z. B. bei einer Neuanlage zwischen 15 und 60 % betragen, wobei reine Monitoring-Messungen betrachtet wurden. WirelessHart bietet, da es jetzt durch die IEC 62591 eine internationale Norm ist, auf jeden Fall die Sicherung der Investition.

Das Wireless-Portfolio von Emerson Process Management im Überblick: