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Die Anlage zu jeder Zeit im Blick

Vorteile allgegenwärtiger Sensorik
Die Anlage zu jeder Zeit im Blick

Es gab eine Zeit, als Sensoren nur sparsam eingesetzt wurden. Die Kosten waren hoch, der Informationsgewinn hingegen gering. Ver- besserungen der Instrumentierung und analytischen Software haben dies verändert. Allgegenwärtige Sensorik beeinflusst die Zuverlässigkeit, Sicherheit, Effektivität und Einhaltung der Umweltvorschriften entscheidend. Ein gutes Beispiel dafür, was allgegenwärtige Sensorik ermöglichen kann, ist die WirelessHart-Mesh-Technologie.

Autorin Deanna Johnson Marketing Manager Global Solutions, Emerson Process Management

Allgegenwärtige Sensorik ist der Einsatz von Sensoren zur Gewinnung aller Daten aus einer Anlage, die den Betrieb beeinträchtigen könnten. Dies wird durch die zunehmende Verfügbarkeit kostengünstiger Sensoren vorangetrieben – viele davon kabellos. Allgegenwärtige Sensorik findet man auch in unserem Alltag. Beispielsweise sind in Kraftfahrzeugen 15-mal mehr Sensoren eingebaut als noch vor 15 Jahren. Gas- und Kurbelwellenpositionssensoren, Sauerstoffsensoren, Ethanol-Kraftstoff-Sensoren, Einspritzdrucksensoren, Motorklopfsensoren und Luftmassensensoren liefern wichtige Inputs für den Motorsteuerungscomputer. Sie werden von anderen On-Board-Sensoren unterstützt, die die Zuverlässigkeit verbessern, indem sie zum Beispiel den Ölstand und den Kühlwasserstand überwachen. Sogar der Reifendruck jedes einzelnen Reifens wird überprüft. Im Bereich der Sicherheit finden sich Sensoren, die den Füllstand der Bremsflüssigkeit und des Wischwassers anzeigen, Beschleunigungsmesser zur Auslösung der Airbags und radmontierte Drehzahlsensoren, die das ABS aktivieren. Andere Sensoren überwachen das korrekte Anlegen der Sicherheitsgurte, erkennen Objekte, die sich hinter dem Auto oder im toten Winkel befinden, und weisen den Fahrer darauf hin, wenn eine Tür nicht geschlossen ist.
Netzwerk kleiner Geräte
In der Industrie verhilft allgegenwärtige Sensorik zu Verbesserungen hinsichtlich Prozess- und Arbeitssicherheit, Einhaltung von Vorschriften, Zuverlässigkeit der Ausrüstung und Energieeffizienz. Sie ermöglicht die frühzeitige Gefahrenanalyse, schützt Personal und Ausrüstung, prognostiziert Ausfälle und reduziert Abschaltungen. Umweltprobleme und Geldstrafen werden weitgehend vermieden und mögliche Gefahrenpunkte frühzeitig identifiziert. Sensorik verhilft zum besseren Einblick in den Prozess sowie dessen Optimierung – und somit zu mehr Produktivität und Rentabilität.
Ein gutes Beispiel dafür, was allgegenwärtige Sensorik ermöglichen kann, ist die WirelessHart-Mesh-Technologie. Ein Netzwerk kleiner Geräte (üblicherweise batteriegespeist) kommuniziert untereinander und mit einer zentralen Station. Während jedes Gerät in diesem Netzwerk eine hohe Funkreichweite hat, organisieren sich die Geräte selbstständig zu einem selbstheilenden Netzwerk, das Nachrichten über beachtliche Distanzen hinweg senden kann. Signale werden um Hindernisse herum geführt, und die Kommunikation wird auch dann nicht unterbrochen, wenn mehrere Geräte ausfallen. Mit der drahtlosen Technik erübrigen sich umfangreiche Planung und Kabelverlegung. Die Geräte können hinzugefügt, entnommen oder verlegt werden – ohne wesentliche Einflüsse auf das System. Kabelgebundene sowie drahtlose Sensoren werden installiert, um Temperatur, Druck, Ventilposition, Maschinenschäden, Kondensatableiterfehlfunktionen, flüssige Kohlenwasserstoffverschmutzungen, Notduschen, Überdruckventilöffnung, Korrosion und Erosion zu überwachen. Wireless-Sensoren werden eingesetzt bei der Gaslecksuche (großflächig und punktuell) und zur Flammen- und Rauchdetektion.
Die erste weit verbreitete Messanwendung dieser Mesh-Networks war die Vibrationsüberwachung. Mit Funk ausgestattete Sensoren wurden auf Pumpen und anderem rotierendem Equipment montiert, um den Gerätezustand zu überwachen. Asset-Management-Software prognostizierte, wenn etwas zu versagen drohte. Das Ergebnis war eine erhebliche Reduzierung ungeplanter Abschaltungen. Seitdem wurden Wireless-Sensoren verstärkt eingesetzt. Nach Prognosen wird der Verkauf von Geräten in diesem Bereich in den nächsten zehn Jahren den traditionellen 16-Mrd.-Messtechnikmarkt mehr als verdoppeln. Eine osteuropäische Öl-Raffinerie setzt eine komplette WirelessHart-Infrastruktur ein, die den Einsatz von 12 000 allgegenwärtigen Sensoren erlaubt: 2000 für die Anlagensicherheit, 8000 für die Zuverlässigkeit und 2000 für die Energieeffizienz.
Geschäftskritische Anwendungen
Geschäftskritisch bedeutet Anlagensicherheit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz. Solche Daten erfordern eine zeitnahe Reaktion im Gegensatz zur sofortigen Reaktion bei prozesskritischen Daten. Mangelnde Reaktion kann zur Reduzierung der Produktivität oder Energieverlusten führen. Da sie in der Regel von niedrigerer Priorität sind, erzielen unternehmenskritische Daten mitunter nur begrenzte Aufmerksamkeit. An die gesammelten Daten gelangte man früher durch Rundgänge in der Anlage – oder aber sie wurden gar nicht gesammelt. Es gab einfach keine gesicherten Informationen, statt dessen wurden sie durch Vermutungen, Schätzungen oder simples Rätselraten ersetzt. Allgegenwärtige Sensorik sorgt hier für Abhilfe, wie das Beispiel einer Gasspeicheranlage in den südlichen USA zeigt. Die Anlage injiziert Erdgas in eine Salzkaverne, um von wechselnden Gaspreisen zu profitieren. Hierzu muss der Zustand der Infiltrationsbrunnen überwacht werden. Es gibt jedoch Dutzende von ihnen, verstreut über mehrere Quadratkilometer. In der Vergangenheit bestand die Überwachung darin, jemanden zu jedem einzelnen Brunnen zu schicken. Da die Brunnen jedoch so weit verteilt waren, war es unmöglich, sie täglich zu überprüfen. Ein mögliches Leck konnte auf diese Weise zwei Tage unentdeckt bleiben. Das Unternehmen installierte ca. 500 WirelesHart-Überwachungsgeräte, die es ermöglichten, jeden einzelnen Brunnen jederzeit zu kontrollieren. Die Speicherkapazität wurde somit effizienter genutzt, und die Kosten für die Überwachung wurden reduziert.
Vibrationsüberwachung an Pumpen
Die Bediener einer Raffinerie im Mittleren Westen der USA wollten die Wolkenbildung von brennbarem Gas verhindern, das aus fehlerhaften Dichtungen wichtiger Pumpen im Flüssiggasservice austrat und in der Vergangenheit Brände verursacht hatte. Das frühe Entdecken einer fehlerhaften Pumpe reduziert außerdem mögliche Schäden und Reparaturkosten. Eine Prozesssicherheitsanalyse identifizierte nahezu hundert Hochrisikopumpen, und weitere Bewertungen und Analysen bestätigten dies. Das Unternehmen installierte WirelessHart-Transmitter zur Vibrationsüberwachung an den Pumpen – so eingestellt, dass sie alle 30 min an ein Asset-Management-System berichteten. Übermäßige Vibrationen lösten einen Alarm an die Bediener aus, sodass diese auf eine Reservepumpe wechselten und eine Nachricht an die Techniker zur weiteren Untersuchung mit portablen Analysatoren senden konnten. Dies verminderte die vorherigen Rundgänge auf ein Zehntel und eliminierte Brände sowie daraus resultierende Abschaltungen vollständig.
Erhöhung der Energieeffizienz
Die Bediener einer Anlage der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie hatten Bedenken bezüglich ihrer Kondensatableiter. Ein Kondensatableiter hat drei mögliche Zustände:
  • er arbeitet korrekt, öffnet und schließt, wie er soll, und lässt lediglich das Kondensat ab
  • er öffnet nicht, das Kondensat verbleibt im System, kann Wasserschläge verursachen und die Ausrüstung beschädigen und zudem fällt die Beheizung aus
  • er schließt nicht, Dampf entweicht in die Atmosphäre oder in die Kondensatrückleitung und es wird Energie vergeudet
Eine Untersuchung zeigte, dass 25 % der Kondensatableiter der Anlage versagten. Das Unternehmen installierte etwa 200 WirelessHart-Akustiktransmitter an den Kondensatableitern. Einige lieferten sofortige Alarme von versagenden Ableitern, sodass diese gewechselt werden konnten. Darüber hinaus wurden mehrere Dutzend Drucksicherheitsventile online überwacht. Durch Energieeinsparungen amortisierte sich das System innerhalb weniger Monate.
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