Wie digitale Füllstandmesstechnik zu Anlagensicherheit und Ressourceneffizienz beiträgt

Gerätediagnose rund um die Uhr

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Aus Füllstandmessgeräten lässt sich wesentlich mehr an Information herausholen als lediglich ein 4…20-mA-Signal. Die in die digitalen Füllstandmessgeräte von Endress+Hauser eingebaute Heartbeat Technology bietet Funktionen zur Gerätediagnose, Verifikation und zum Monitoring, die helfen, die Anlagenverfügbarkeit zu steigern.

Tatsächlich sind hierzulande schon heute neun von zehn Feldgeräten in Prozessanlagen mit digitalen Schnittstellen ausgestattet. Dennoch wird beispielsweise das Hart-Protokoll, das den analogen 4…20-mA-Datentransfer überlagert, oft nur zu Inbetriebnahmezwecken genutzt. So werden heute nur rund 3 % aller Daten aus einem Feldgerät in der Praxis genutzt. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass 97 % nicht genutzt werden. Die digitalen Füllstandmessgeräte von Endress+Hauser können weit mehr Daten liefern als den reinen Messwert. Das Diagnose-, Verifikations- und Monitoringkonzept Heartbeat Technology und drahtlose Kommunikationsschnittstellen wie Bluetooth an den Füllstandmessgeräten ermöglichen es, dieses Potenzial auszuschöpfen. Die smarte Messstelle wird zum Fundament der Prozessindustrie 4.0.

Wenn das Messgerät sagt, wie es ihm geht

Wenn es um Autos geht, wissen wir Warnleuchten im Cockpit längst zu schätzen. Vorausschauend wird uns gesagt, dass z. B. Motoröl nachgefüllt werden muss, und zwar lange bevor der Motor mit einem Schaden stehen bleibt. Auch in der Prozessindustrie ist der Wunsch von Betreibern hinsichtlich intelligenter Diagnoseverfahren groß. Einen Ansatz liefert die Heartbeat Technology von Endress+Hauser: Füllstandmessgeräte prüfen permanent 80 Parameter im Rahmen einer internen Diagnose. Das Ergebnis der Prüfung sagt aus, ob z. B. die Elektroniktemperatur sowie die anliegende Klemmenspannung im Normbereich liegen oder die Signalstärke für eine zuverlässige Messung ausreicht. Des Weiteren werden der logische Programmablauf sowie eine nicht verwechselbare Checksumme des integrierten Datenspeichers (RAM) überprüft. Etwaige Diagnosemeldungen werden durch die Symbolik nach NE107 visualisiert und können über Kommunikationsprotokolle, z. B. Hart, in die Visualisierungsoberfläche der Steuerung integriert werden. Frühzeitige Kenntnis über den Gerätezustand ermöglicht dem Betreiber eine frühzeitige Wartung und steigert die Anlagenverfügbarkeit.

Automatische Verifikation und Dokumentation

Ebenso wie beim Auto eine regelmäßige Untersuchung beim TÜV auf der Agenda steht, müssen auch Messgeräte auf ihre Funktionalität überprüft werden. Der Wunsch von Betreibern geht hier in Richtung In-situ-Prüfverfahren. Die Heartbeat-Verifikation ist ein Ansatz, um ein Füllstandmessgerät im eingebauten Zustand auf seine korrekte Funktionalität hin zu verifizieren und dies automatisiert zu dokumentieren. Dabei wird in einem geführten Ablauf über ein DTM-basiertes System wie Field Care der Gerätestatus überprüft. Neben der Überprüfung und Dokumentation der 80 Diagnoseparameter findet ein Sensorintegritäts- und Installationscheck statt. Diese Checks dienen dazu, Fehler wie Signalinterferenzen im Nahbereich aufzudecken, um entsprechende Abhilfemaßnahmen, z. B. eine Installationskorrektur, einzuleiten. Das Testergebnis wird in einem Prüfprotokoll dokumentiert und kann als PDF-Datei abgelegt werden. 15 % aller systematischen Fehler in Schutzeinrichtungen passieren bei Betrieb und Wartung. Für die Wartung bietet Heartbeat Technology einen geführten Prüfablauf für die wiederkehrende Prüfung nach Wasserhaushaltsgesetz und SIL. Der Prüfer wird Schritt für Schritt – von der Entriegelung über die Simulationsprüfung bis hin zur Verriegelung des Messgeräts – geführt. Das schafft Sicherheit, vermeidet Fehler und schafft eine einheitliche Dokumentation der Prüfung. Der Prüfablauf kann über die Bediensoftwares Field- und Devicecare oder ein DTM-basiertes Leitsystem gestartet werden.

Wiederkehrende Prüfung durch Simulation

Bei der wiederkehrenden Prüfung durch Simulation wird der Füllstand unmittelbar unterhalb sowie oberhalb des definierten Grenzstands (Ansprechhöhe) simuliert. Die Ausgangsströme werden abgelesen, protokolliert und auf Richtigkeit bewertet. Die Prüfung wird als bestanden bewertet, wenn der Ausgangsstrom unmittelbar unterhalb des Grenzwerts nicht, jedoch oberhalb des Werts zu einem Ansprechen der Sicherheitsfunktion – bestehend aus Alarmierungseinrichtung und gegebenenfalls Aktorik – geführt hat. Sie wird in einem automatisch generierten Protokoll dokumentiert und kann digital abgelegt werden.

Schaumbildung erkennen

Die zuverlässige Füllstandmessung ist in Applikationen mit Schaumbildung schwierig und macht Betreibern oft Sorgen. Zum Beispiel kann Schaum zu einem Signalverlust führen oder leitfähiger Schaum wird als Füllstand detektiert. Entschäumermittel ist teuer und sollte nicht willkürlich dem Prozess zugeführt werden. Das Füllstandradar Micropilot misst die Füllhöhe im Behälter und kann mit der Heartbeat Technology erkennen, ob sich auf der Oberfläche Schaum gebildet hat. Hierbei wird der Effekt genutzt, dass eine steigende Schaumdicke mit abnehmender Signalstärke einhergeht.

So kann die Zudosierung von Entschäumer ressourcenschonend und gezielt gestartet und die Schaumbildung gestoppt werden. Die hier maßgebliche Signalstärke kann zum Beispiel als Hart-Variable oder auch analog über einen zusätzlichen Stromausgang in die Steuerung übertragen werden und dort im Sinne einer vorausschauenden Wartung Abhilfemaßnahmen einleiten.

Bedarfsgerechte Reinigung der Antenne

Ansatz und Kondensat bei der Messung mit Radar können zum Ausfall einer Füllstandmessung führen. Im Vergleich zu einer unbedeckten Antenne verändert sich bei Ansatz und Kondensat der Nahbereich vor der Antenne. Dies kann man daran erkennen, dass die Fläche des Einkopplungsbereichs anwächst. Den Einkopplungsbereich kann man, wie auch die Signalstärke, auf eine Hart-Variable legen oder analog in die Steuerung übertragen. Nach Überschreiten eines Grenzwerts für die Fläche des Einkopplungsbereichs wird ein Wartungsbedarf in der Visualisierung angezeigt. Daraufhin kann das Gerät gereinigt und ressourcenschonend auf Bedarf Spülluft angesteuert werden.

Einheitliche Inbetriebnahme und Wartung

Muss ein Sensor in einem schwer zugänglichen oder gefährlichen Bereich in Betrieb genommen werden, so ist die drahtlose Feldgerätekonfiguration über die Smartblue-App eine komfortable und sichere Lösung. Der Anwender sieht auf einen Blick in die Live-Liste Messparameter der Geräte, die aktuell über Bluetooth parametriert und gewartet werden können. Mit der Diagnosemeldung nach Namur-Standard NE 107 ist der Zustand des Sensors sofort ersichtlich. Die Verbindung zum Gerät wird über ein vom Fraunhofer Institut zertifiziertes, passwortgeschütztes Verfahren hergestellt. Dabei wird der extrem sichere Password-Authenticated-Key-Exchange-(Pake)-Algorithmus genutzt.

Eine Bedienprogramm für alle Messparameter

Neben den Füllstandmessgeräten Micropilot, Levelflex und Liquiphant umfasst das Angebot integrierter Messparameter auch Durchfluss, Flüssigkeitsanalyse und Temperatur. Die Smartblue-App ist kostenfrei im Google Play Store oder im Apple App Store verfügbar. Aktuell sind bereits Feldgeräte aus den Bereichen Durchfluss, Analyse und Füllstand in der App enthalten. Im Jahr 2018 wurde das Portfolio mit dem magnetisch-induktiven Durchflusssensor Picomag und dem Liquiline-Compact-Transmitter CM82 zur Messung von pH, Redox, Leitfähigkeit, Sauerstoff sowie Chlor/Chlordioxid erweitert. 2019 folgt das Messprinzip Vibronik. Über die Bluetooth-Schnittstelle des Liquiphanten kann künftig auch die vereinfachte wiederkehrende Prüfung per Knopfdruck in der Smartblue-App erfolgen. Für alle Radarmessgeräte gibt es zudem ein leicht nachrüstbares Bluetooth-Upgrade. Mit diesem ist eine einfache und drahtlose Feldgerätekonfiguration über die Smartblue-App möglich.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0319endresshauser

Halle 11, Stand C43


Autorin: Kristina Rosenberger

Produktmanagerin Füllstandmesstechnik,

Endress+Hauser




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