Messung direkt im Verteilernetz

Dipl.-Wirtsch.-Ing. (TU) Jens Amberg

Über den Verbrauch der meisten Medien wie Strom, Wasser oder Gase ist in jedem Unternehmen völlige Transparenz gegeben. Hauptzähler in den zentralen Zuführungen oder individuell an Verbrauchern angebrachte Messeinrichtungen geben Aufschluss über verbrauchte Mengen und deren kalkulatorische Zugehörigkeit. Druckluft hingegen wird in der Regel im eigenen Unternehmen erzeugt und verteilt. In der Praxis lassen sich die dafür erforderlichen Energieaufwendungen lediglich insgesamt erfassen oder Anlagenkosten für Anschaffung und Instandhaltung spezifizieren. Eine detaillierte Zuordnung der tatsächlichen Kosten zu bestimmten Produktionsbereichen oder einzelnen Verbrauchern ist jedoch nicht machbar, solange keine Druckluftzähler im Verteilernetz und an Verbrauchern vorhanden sind. Ebenso ist es nicht möglich zu erfassen, wie viel der teuren Energie etwa über Leckagen verloren geht.

Bisher gängige Messverfahren mittels Messblenden oder Staudrucksonde mit Differenzdruckmessumformer erfordern komplexe und an die spezifischen Gegebenheiten angepasste Aufbauten. Sie sind in der Handhabung anspruchsvoll und eignen sich hauptsächlich für größere, dem Kompressor bzw. Trockner direkt nachgelagerte Leitungsdurchmesser. Außerdem verursachen sie einen, wenn auch teilweise geringen, so doch bleibenden Druckverlust. Für den stationären Einbau im Druckluftverteilernetz und unmittelbar an Verbrauchern, bei denen geringere Leitungsdurchmesser (DN 15 bis DN 50) eingesetzt werden, hat Testo die Druckluftzähler testo 6440 entwickelt. Integrierte Ein- und Auslaufstrecken gestatten hohe Genauigkeit und ein thermischer, glas-passivierter Keramiksensor bietet zugleich Robustheit und schnelle Ansprechzeiten. Im Gegensatz zu thermischen Einstechsonden haben die Sensoren des testo 6440 eine exakt bekannte und immer gleiche Position im Rohr. Außerdem weisen die Messstrecken im Ein- und Auslauf keinerlei Unebenheiten wie Flanschrücksprünge auf. Die lagegenaue Positionierung des Sensors in der Messstrecke trägt dazu bei, dass das Strömungsprofil konstant bleibt und stets eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist. In die kompakten Modelle ist eine Hochleistungselektronik integriert, die über zwei anwendungsspezifisch parametrierbare Ausgänge alle erforderlichen Signale für jede Anwendung bereitstellt. Ein Analogausgang liefert 4…20 mA und ein Impulsausgang ist in seiner Wertigkeit von 0,001 bis 4 000 000 Nm3 einstellbar. Beide Ausgänge lassen sich zur aktuellen Durchfluss- bzw. Verbrauchsmessung, zur Aufsummierung sowie als mengen- oder zeitabhängige Schaltausgänge nutzen. Die integrierte Summenfunktion (Totalisator) kann ohne zusätzliche Auswerteeinheit am Display sowohl als Impulsausgang als auch als Schaltausgang verwendet werden.

Die Zuordnung des Druckluftverbrauchs zu bestimmten Produktionsbereichen oder gar einzelnen Prozessschritten hat nicht nur einen kalkulatorischen Hintergrund, sondern dient gleichzeitig der Leckageüberwachung. Genaue Informationen über Verbräuche und momentane Durchflusswerte helfen Leckagen zu erkennen und schaffen die Möglichkeit für Prozessverantwortliche, geeignete Maßnahmen zur Energieeinsparung zu ergreifen. Leckagen stellen einen enormen Kostenfaktor dar. Untersuchungen wie etwa durch das Fraunhofer-Institut im Zuge der Messkampagne „Druckluft Effizient“ haben gezeigt, dass zwischen 25 und 40 % der erzeugten Druckluft als Leckagen vergeudet werden. Dabei treten über 96 % aller Leckagen in Rohrleitungen DN 50 und kleiner, vor allem an undichten Schläuchen, Armaturen, Kupplungen und Wartungseinheiten auf. Vor einer einzelnen Maschine oder einer Maschinengruppe installiert, detektiert ein testo 6440 auch kleinste Druckluftvolumenströme. Fließen diese während Stillstandszeiten oder werden bekannte maximale Volumenströme bei unverändertem Verbraucherprofil überschritten, sind dies deutliche Kennzeichen für Leckagen. Die genaue Kenntnis darüber, in welchem Prozess wie viel Druckluft benötigt wird, ermöglicht auch ein Spitzenlastmanagement. Kapazitäten lassen sich effizient verteilen und Erweiterungsinvestitionen in Kompressoren, Aufbereitung und Rohrleitungen können häufig vermieden werden. Die Überwachung des Druckluftverbrauchs hat über ökonomische Gesichtspunkte hinaus in bestimmten Bereichen auch qualitäts- und sicherheitsrelevante Funktion. Einerseits benötigen Druckluftverbraucher eine Minimalversorgung, um ihre gewünschte Performance zu bringen. Andererseits müssen sie oft vor zu hoher Zuströmung geschützt werden. Beide Überwachungsaufgaben lösen die testo 6440 durch frühzeitige Alarmmeldung über die integrierten Schaltausgänge. Die Geräte gibt es in vier Durchmesserabstufungen: Testo 6441 (DN 15, bis 75 Nm3/h), 6442 (DN 25, bis 225 Nm3/h), 6443 (DN 40, bis 410 Nm3/h), 6444 (DN 50, bis 700 Nm3/h).

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Wie die Mehrzahl der stationären Messgeräte geben auch die Druckluftzähler testo 6440 die erfassten Messdaten kontinuierlich an eine Steuerung (SPS) weiter. Um aus diesen Messdaten Verbrauchs- und Leckageanalysen sowie Verbrauchsabrechnungen zu erstellen oder etwa Alarmfunktionen weiterzuleiten, ist Online-Monitoring erforderlich. Was in großen Steuerungsapplikationen über zentrale Leitsysteme erledigt wird, erfordert in kleinen und mittleren SPS-Lösungen zusätzliche Maßnahmen. Das Online-Monitoring ist daher auch ein Schwerpunktthema des Testo-Messeauftritts in Hannover und Frankfurt. Das Unternehmen stellt sowohl auf der Hannover Messe als auch auf der Achema 2006 seine Online-Monitoring-Lösung vor. Auf Basis der Prozessanzeigegeräte aus der Familie testo 54 lassen sich Netzwerke über RS485-Schnittstellen parallel zur Regelung einrichten. Neben der Registrierung und Darstellung von Messdaten der Druckluftbereitstellung können auch weitere Parameter wie Temperatur und Feuchte aufgezeichnet und überwacht werden.

Testo Online-Monitoring ermöglicht den Aufbau eines stationären RS485/Ethernet-Netzwerks mit Unterstützung von bis zu 32 Messgeräten. Dabei können die stationären Druckluftzähler über die Prozessanzeigen testo 54-7 vernetzt werden. Diese dienen als RS485-Konverter. Darüber hinaus zeichnen zwei Relaisausgänge, eine gut lesbare Anzeige und ein Hilfsenergieausgang zur Alarmgeberspeisung diese Multifunktionsgeräte aus. Zur Überwachung der Druckluftfeuchte lassen sich über testo 54-7 auch Drucktaupunktmessumformer testo 6740 in das Netzwerk einbinden. Alle RS485-Teilnehmer geben ihre Daten an die Online-Monitoring-Software weiter. Mit automatischen Speicherzyklen bei frei wählbarem Messtakt, beispielsweise alle 5 s, ist die kontinuierliche Aufzeichnung der Prozessparameter gewährleistet. Die Messdaten werden in einem Archivbereich verwaltet, in dem Messwerttabellen pro Spalte einen Messkanal darstellen. Zusätzliche Spalten erlauben kundenspezifische Funktionen wie etwa Mittelwertbildungen. Alle Messdaten sind jederzeit, auch während der laufenden Onlinemessung, direkt aus der Messwerttabelle nach Excel exportierbar. Der Zeitraum der zu speichernden Daten kann frei gewählt werden. Die Testo Online-Monitoring-Software bietet darüber hinaus eine übersichtliche Darstellung der Prozessdaten. Durch Gruppenbildung, sprich Zusammenfassen mehrerer Messkanäle zu Gruppen, lassen sich Tabellen oder Grafiken in mehreren Fenstern gleichzeitig abbilden. Kurvendiagramme, in die Kommentare eingefügt werden können, zeigen Veränderungen im Prozess auf einen Blick. Bargraph-Darstellungen verdeutlichen mit Farbumschlag sofort Grenzwertüberschreitungen und Mosaikbilder ermöglichen im Hintergrund die Einbindung von Prozessschemata oder Anlagenbildern in die Visualisierung. Eine Besonderheit der Online-Minitoring-Software ist die Alarmierung über E-Mail. Für alle Messkanäle sind die Alarmgrenzen und E-Mail-Adressen frei definierbar. Jeder Alarm wird in einem Logbuch dokumentiert und ist entweder direkt am PC oder per E-Mail-Antwort zu quittieren.

Überzeugen Sie sich selbst am Testo-Messestand in Hannover, Halle 8, Stand D37 und in Frankfurt, Halle 6.1, H22 bis J23.

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