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Intelligente Steuerung iReg erfüllt Anforderungen an die Digitalisierung

Kolbenmembran-Dosierpumpen mit Selbstüberwachung
Intelligente Steuerung iReg erfüllt Anforderungen an die Digitalisierung

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Kolbenmembran-Dosierpumpen werden seit vielen Jahren zum Dosieren von flüssigen Chemikalien, die sowohl hochviskos als auch aggressiv und/oder abrasiv sein können, verwendet. Alltech Dosieranlagen hat seine Kolbenmembran-Dosierpumpe FKM mit der Steuerung iReg Industrie-4.0-tauglich gemacht. Die intelligente Steuerung erfüllt die Bedürfnisse der digitalisierten Prozesse in der Wasser- und Abwasseraufbereitung, wie das Beispiel der Kläranlage Bruchsal zeigt.

Zur Überwachung und Steuerung von Kolbenmembran-Dosierpumpen wurden bislang üblicherweise verschiedene Sensoren an der Pumpe angebracht. Sie lieferten ihre Messdaten an ein Leitsystem, das die Messdaten prüfte und bewertete. Diese Überwachung und Steuerung der Pumpe war somit die Aufgabe des übergeordneten Leitsystems, für das die Pumpe nur eines von vielen Aggregaten der Gesamtanlage war. Alltech hat nun an der Pumpe selbst eine Steuerung mit Bedienterminal angebracht. Sie bewertet und zeigt alle Sensordaten der Pumpe an Ort und Stelle an; nur das Ergebnis der internen Messdatenauswertung wird an das externe Leitsystem übermittelt.

Die zentrale Anlagensteuerung wird so von vielen Aufgaben entlastet, da die Pumpe nur noch die Betriebsdaten und den Zustand an das Leitsystem meldet. Dies hat mehrere Vorteile: So wird beispielsweise die Integration der Pumpe in das Leitsystem vereinfacht. Und weil solche Dosiersysteme auch unabhängig von einem Leitsystem arbeiten können, lassen sich dadurch autarke Dosierstationen einfacher realisieren.

Anwendungsbeispiel Bruchsal

Die Kläranlage Bruchsal hat eine Ausbaugröße von 80 000 EWG und behandelt ca. 5,5 Mio. m3 Abwasser pro Jahr, aus Haushalten und industriellen Abwässern. Kristalline Ablagerungen durch Magnesium-Ammonium-Phosphat, (geol. Struvit) kurz MAP genannt, stellen im Bereich der Faulschlammentwässerung ein großes Problem dar, denn mit den Ablagerungen ist häufig eine Reduzierung des Anlagenwirkungsgrades verbunden. Seit Oktober 2019 setzt die Kläranlage Bruchsal daher Kolbenmembranpumpen mit der intelligenten Steuerung iReg ein, um einen Belagsinhibitor zu dosieren. Hierdurch können Betriebskosten gesenkt und die allgemeine Betriebssicherheit erhöht werden. Klaus Notheis, Werkleiter Kläranlage Bruchsal: „Mit der eingesetzten Kolbenmembran-Dosierpumpe von Alltech sind wir sehr zufrieden. Auch der Service hat uns überzeugt. Es besteht bei uns noch Sanierungsbedarf bei der Phosphatfällung. Die Dosierpumpen der Typenreihe FKM mit der intelligenten Steuerung iReg würden wir an dieser Stelle auch wieder einsetzen.“

Optimale Dosierung

Die Dosierleistung der Kolbenmembran-Dosierpumpen kann durch die Änderung von zwei Stellgrößen erreicht werden. Durch die Einstellung der Hublänge kann das pro Hub verdrängte Volumen der Hydraulikflüssigkeit im Dosierkolben verstellt werden. Die Einstellung des Hubvolumens erfolgt linear von 0 bis 100 % bei Stillstand oder Betrieb. Zusätzlich wird mit einer zweiten Regelgröße, der Motordrehzahl, die Hubfrequenz verändert.

Der in der Software abgebildete Regler regelt die Frequenz des Motors durch Vergleich der Soll-Förderleistung und des Ist-Durchflusses. Wird die Hublänge verstellt, führt der Regler die Frequenz nach, damit sich der Durchfluss nicht ändert.

Wenn die Frequenz des Motors zu groß oder zu klein wird, wird über die Hublängenverstellung gegengesteuert: Für die Frequenz wird ein optimaler Bereich definiert. Kurz bevor dieser verlassen wird, steuert die Hublängenverstellung gegen, bis die Frequenz sich wieder in der Mitte des optimalen Bereichs befindet.

Die Hublänge kann von der Steuerung elektrisch über einen Motor verstellt werden. Die Position der Hublänge wird über einen Geber erfasst. Dadurch kann die Hublänge per Software geregelt werden.

Dadurch wird ein hoher Einstellbereich mit einer noch genaueren Einstellung gewährleistet. Durch die intelligente Steuerung wird auch die Über-/Unterdrucküberwachung realisiert und eine Vielzahl an Leistungsparametern überwacht. Die Kolbenmembran-Dosierpumpe regelt und überwacht selbstständig die vorgegebene Dosiermenge und den Systemdruck. Alle Betriebs- und Störmeldungen werden angezeigt, gespeichert und digital gemeldet.

Vorgaben analog oder digital

Hervorzuheben ist, dass das Steuerungs- und Regelsystem iReg über zwei analoge Eingänge verfügt. Somit kann die Regelung der Dosierleistung, beispielsweise zur Phosphatfällung, über die Abwassermenge wie auch über die P-Fracht erfolgen. Alternativ kann auch nur ein Analogeingang den Sollwert vorgeben. Über das Display der Dosierpumpe kann zusätzlich ein ß-Wert eingestellt werden, der das Verhältnis noch bewertet. Der Durchfluss wird entweder intern berechnet oder kommt von einem externen MID. Ist der MID aktiv, wird der Durchfluss über einen PI-Regler geregelt. Die Umschaltung erfolgt per Parameter.

Der Druck im Kolben wird über einen Drucksensor gemessen. Über die Analyse des Drucks wird die aktuelle Hubzahl berechnet. Aus dieser Hubzahl, der aktuellen Hublänge und den in der Steuerung gespeicherten Pumpendaten wird der aktuelle Durchfluss berechnet. Dieser dient als Ist-Wert für die Regelung.

Zudem ist die Dosierpumpe auch für einen Chargenbetrieb einstellbar, bei dem Menge (Förderleistung und Fördermenge) und Chargendauer individuell wählbar sind. Im Chargenbetrieb wird nach dem Startbefehl der Ist-Wert des Durchflusses integriert, bis die eingestellte Menge (Förderleistung und Fördermenge) erreicht ist. Ist die vorgegebene Menge (Förderleistung und Fördermenge) erreicht, wird die Dosierpumpe abgeschaltet und auf den Start der nächsten Charge gewartet.

Einfache Bedienung der Steuerung

Die Menübedienung und die Einstellung der Parameter sind bei der Steuerung iReg über ein übersichtliches Panel möglich. Das Einstellmenü ist in einzelne Untermenüs aufgeteilt, um eine einfache und übersichtliche Einstellung der Parameter zu ermöglichen.

Die Steuerung kann sowohl im Hand- als auch im Automatikbetrieb bedient werden.

Im Handbetrieb kann zum Beispiel nach Drücken der Enter-Taste mit den Hoch- und Runter-Tasten die Durchflussmenge eingestellt werden. Im Automatikbetrieb können zwei Betriebsmodi in den Parametern gewählt werden: Durchfluss und Charge.

Im Modus Durchfluss wird der Soll-Wert für die Förderleistung entweder von Hand eingegeben, vom Feldbus oder von bis zu zwei Analogeingängen vorgegeben. Wenn beide Analogeingänge ausgewählt sind, wird die resultierende Förderleistung in der Software berechnet. Die Freigabe erfolgt wahlweise über die externe Freigabe (Digitaleingang), über den Feldbus oder direkt über das Analogsignal.

Im Modus Charge kann der Anwender von Hand eine Förderleistung und eine Fördermenge eingeben. Je nach Berechtigung ist es möglich, mit den Tasten zwischen dem Fenster für den Modus und einem Fenster mit Messwerten zu wechseln.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: Alltech


Autor: Christian Schamel

Projektierung & Vertrieb,

Alltech Dosieranlagen

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