Drahtlos zum Ziel

Mike Ferris

Wireless-Produkte können in vielfältiger Weise zum Einsatz kommen. Man kann mit Feldgeräten beginnen und so ein Netzwerk sukzessive aufbauen, man kann aber auch auf der Anlagenebene starten und das Netzwerk in die Feldebene erweitern. Emerson setzt hierbei auf offene Stan-dards wie IEEE 802.15.4 und WirelessHart. Die Gateways, Feldgeräte, Zugangspunkte und Software der Serie Smart Wireless nutzen kabellose Kommunikationsstandards, die in Koexistenztests ihre Verträglichkeit mit anderen funkbasierten Kommunikationstechnologien bewiesen haben. Dabei ist es nicht erforderlich, bei den ersten kabellosen Installationen in der Feldebene in eine komplexe Infrastruktur zu investieren. Smart Wireless erlaubt den Einsatz an den Installationspunkten, wo der Anwender die höchste Priorität sieht; Erweiterungen des Netzwerkes können dann je nach Bedarf erfolgen. Dabei arbeiten die Smart-Wireless-Netze mit sehr geringer Energie, woraus sich lange Standzeiten von batteriebetriebenen Feldgeräten ableiten. Diese Lösung ist sehr sicher und zuverlässig.

Helfen zusätzliche Messpunkte, die Produktqualität zu verbessern oder den Energieverbrauch zu reduzieren, empfiehlt sich ein Sensornetz im Feld, das mit nur einem Gateway beginnt. Wird mobiler Zugang zu Felddaten notwendig, empfiehlt es sich, kabellose Zugangspunkte im Feld einzurichten, sodass das Anlagenpersonal die Informationen, die sie benötigen, erhalten, wo immer es sich befindet. Sind beide Anwendungen gleich wichtig, können beide auch gleichzeitig installiert werden.

Flexibilität und Skalierbarkeit von Wireless-Netzwerken bedeutet, dass an jeder Stelle begonnen werden kann, an der es sinnvoll ist – ohne in mehr Infrastruktur investieren zu müssen als unbedingt nötig.

Zwei gute Beispiele, die die Einsatzmöglichkeiten aufzeigen, finden sich bei BP Wytch Farm in England und bei Total Petrochemicals in Frankreich.

Wytch Farm ist die größte Erdöl-Lagerstätte an Land in Westeuropa, sie enthält drei separate Lagerstätten im Untergrund von Poole Harbour und Poole Bay in Dorset, GB. Diese Lagerstätten werden durch viele Bohrungen erschlossen, die an Land um das Ölfeld herum sowie auf einer Insel in der Bucht angeordnet sind.

Als Teil einer Initiative zur Verbesserung des Betriebsablaufs wollte BP den Anteil der verfügbaren Informationen erhöhen, die Effizienz der Mitarbeiter verbessern und die Notwendigkeit für Rundgänge im Betrieb verringern. „Die manuelle Erfassung der Druckmesswerte an den Brunnenköpfen war eine der Aufgaben, die zu verbessern waren“, erklärt Chris Green, Manager bei BP. Und weiter: „Aber wir stellten fest, dass verkabelte Messumformer einfach zu teuer waren, wegen der Infrastruktur mit Kabelsträngen und Kabelführungen. Wireless ist die perfekte Lösung für diese Anwendung.“

Die Smart-Wireless-Messumformer erlauben eine kontinuierliche Überwachung des Druckes am Brunnenkopf, der den Zustand des Brunnens anzeigt. In der Vergangenheit wurde der Druck ein- oder zweimal täglich von Messgeräten abgelesen und von Hand notiert. Durch die ständige Überwachung entfällt die Notwendigkeit für eine tägliche Begehung der Brunnenköpfe. Somit werden ungewöhnliche Werte rechtzeitig erkannt, und Fehler können eingegrenzt, untersucht und behoben werden, bevor sie sich zu Betriebsstörungen entwickeln.

Das selbst organisierende Mesh-Netzwerk arbeitet sehr zuverlässig. Jeder Messpunkt überträgt seine Daten redundant auf mehreren Kommunikationswegen. Bei Emersons selbst organisierender Technologie kann jedes kabellose Messgerät als Router für die Signale benachbarter Geräte dienen und Nachrichten weiterleiten, bis sie ihr Ziel erreicht haben. Tritt ein Hindernis auf, wird die Übertragung einfach im Netzwerk umgeleitet, bis ein freier Übertragungsweg zum Smart-Wireless-Gateway gefunden ist.

All dies geschieht automatisch, ohne dass ein Anwender eingreifen muss. So existiert ein redundanter Kommunikationsweg mit einer höheren Zuverlässigkeit als eine direkte (Punkt-zu-Punkt-) Verbindung zwischen einzelnen Geräten und einem Empfänger. Die selbst organisierende Technologie sorgt für optimale Zuverlässigkeit der Datenübertragung bei minimalem Energieverbrauch. Sie reduziert auch den Aufwand für eine Infrastruktur, die notwendig ist, um ein erfolgreiches kabelloses Netzwerk aufzubauen.

Das Smart-Wireless-Netz, das auf den Brunnenköpfen in Wytch Farm installiert wurde, umfasst 40 kabellose Rosemount-Druck-Messumformer. Zwei davon sind auf jeweils einem Brunnenkopf angebracht. Darüber hinaus verbindet ein Smart-Wireless-Gateway außerhalb des Prozessbereiches die Messumformer mit dem Leitsystem. Die Daten werden in der Datenbank eines PI Historian abgespeichert und für die Planung der Wartungseinsätze sowie für sicherheitstechnische Berichte genutzt.

Die Installation erfolgte schnell und problemlos. Trotz nur kurzer Zugangszeiten zur Anlage gelang es in weniger als acht Stunden – verteilt über zwei Arbeitstage –, die Arbeit zu beenden. Dazu gehörten der Ausbau der alten Messgeräte, der Einsatz der kabellosen Rosemount-Messumformer sowie eine Dreipunkt-Kalibrierung an jedem Messpunkt. Alle Geräte waren innerhalb von einer halben Stunde online.

Trotz Kabelführungen, einer dichten Verrohrung und anderer Metallhindernisse, was einige Messumformer vom Gateway abschottete, hat jeder Messumformer nach dem Einsetzen der Batterie das Gateway gefunden, und das Netzwerk wurde aufgebaut. Neu installierte Geräte wurden schnell in das selbst organisierende Netzwerk eingebunden. Signalstärke und -beständigkeit waren während der gesamten Betriebszeit ausgezeichnet.

„Wytch Farm war ein wichtiges Pilotprojekt für BP. Wir wollten testen, ob selbst organisierende Mesh-Netze für andere, ähnliche Projekte tauglich sind. Nach dem Erfolg dieser Installation plant BP, Emersons Smart-Wireless-Messumformer in ähnlichen Anwendungen auf Offshoreplattformen einzusetzen“, erläutert Green.

Total Petrochemicals in Carling, St. Avold, Frankreich, setzt die Smart-Wireless-Technologie ein, um wertvolle Zustandsdaten aus der Anlage zu erfassen. Die kabellosen Messumformer liefern neue Temperaturwerte, durch die das Unternehmen in die Lage versetzt wird, die Veränderung der Wandstärke über die Zeit bei einem Boiler zu berechnen, der Dampf für einen Steam-Kracker liefert. So ist das Anlagenpersonal in der Lage einzugreifen, wenn Wartung oder Ersatz notwendig ist.

Durch die Installation der kabellosen Lösung für die zusätzlichen Messwerte erspart sich Total Petrochemicals etwa einen Kilometer neuer Kabel. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass sich Mitarbeiter seltener in den Gefahrenbereichen aufhalten müssen.

Acht kabellose Rosemount-648-Temperatur-Messumformer wurden direkt außen auf der Kesseltrommel installiert, etwa 50 m über dem Erdboden. Ein Gateway auf dem Dach des Technikgebäudes, etwa 300 m von den Geräten entfernt, empfängt die Signale. Zwei weitere Temperaturmessgeräte befinden sich an strategischen Punkten zwischen Boiler und Gateway. Sie dienen zur Überbrückung der Entfernung und dazu, in der Zukunft weitere Messpunkte einrichten zu können.

Die Daten der kabellosen Messumformer werden vom Gateway über Modbus zum Leitsystem übermittelt. So haben die Bediener in der Leitwarte einen Blick auf den thermischen Zustand der Boilerwände und können erkennen, wie interne (Prozess-) und externe (Klima-) Bedingungen Einfluss auf den Zustand des Materials nehmen.

Die Überwachung der Boilerwände ist unkritisch, bietet Total Petrochemicals allerdings eine gute Möglichkeit, die Wireless-Technologie auf breiter Basis und in einem industriellen Umfeld zu testen. Die Anwendung gibt dem Unternehmen darüber hinaus die Möglichkeit, die aktuellen Grenzen der kabellosen Geräte auszuloten.

Halle 10.2, Stand F3

Online-Info www.cav.de/0509491