Intelligenz im Kopf

In der pH- und Sauerstoff-Messtechnik sind die Auswahl der geeigneten Sensoren, die korrekte Installation, die Konfiguration der Messstelle sowie die effiziente und richtige Wartung die wichtigsten Garanten einer zuverlässig funktionierenden Messung. Gerade die zeitaufwendige Wartung und die richtige Installation der Messstelle haben in den letzten Jahren zu Diskussionen und zur Einführung neuer Sensorkonzepte mit digitaler Signalverarbeitung geführt. Dennoch bleibt bei der pH-Messung der Sensor selbst, und hier insbesondere die Referenzelektrode, die bei weitem wichtigste Herausforderung der Messung. Sie verursacht mehr als 80 % aller Applikationsprobleme und Wartungsarbeiten. Mettler Toledo richtet daher mit dem ISM-Konzept den Schwerpunkt auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit einer pH-Messstelle über den gesamten Lebenszyklus und damit auf das Management der Wartung mit prädikativer Diagnose. Dazu wandert die Intelligenz in den Sensorkopf, um die Signalverarbeitung direkt am Ort des Geschehens vorzunehmen und intelligente Algorithmen im Sensor selbst zu verarbeiten und auch dort die charakteristischen Daten jedes Sensors zu speichern. Um dies zu erreichen, wurde eine bewährte Sensorik mit einer in den Sensorkopf integrierten Elektronik und einer voll digitalen Signalübertragung verbunden. Der Vorteil: Das voll digitale ISM sichert die Investition, da die Hardware des M700-Transmitters die parameterspezifischen pH- und gelöst Sauerstoff-Module absolut rückwärtskompatibel unterstützt und sowohl analoge, mixed mode ISM- wie auch voll digitale ISM-Sensorsignale verarbeitet werden.

Die voll digitale und niederohmige Signalübertragung erlaubt eine problemlose, EMV-sichere und feuchtigkeitsunempfindliche Kommunikation zum Transmitter M700. Selbst seltene Probleme in Außeninstallationen werden ausgeschlossen und damit die Prozesssicherheit noch einmal verbessert. Das digitale Übertragungsprotokoll ist IEEE-kompatibel. Die einfache Zweidrahtkonzeption mit einem IP-68- Stecksystem mit Koaxialkabel zeichnet sich durch eine sehr niedrige Leistungsaufnahme aus, die im Hinblick auf zukünftige drahtlose Übertragungskonzepte inhärente Vorteile bei der Batterielebensdauer bietet. Das Softwarekonzept ist ebenfalls auf zukünftige intelligente Erweiterungen vorbereitet.

Neben diesen Verbesserungen in der integrierten Elektronik ist auch die Sensorseite weiterentwickelt worden. Bei den pH-Sensoren sind hier vor allem die auf 12-mm-Sensoren integrierten Solution-Ground-Ableitsysteme zu nennen. Sie ermöglichen die Referenzsystemdiagnose, die unabdingbar für eine optimale pH-Sensordiagnose ist. Bei Sauerstoff ist es gelungen, ein 3-Elektrodensystem mit getrennter Anode und Referenz bei einem 12-mm-Sensor einzuführen, so dass nicht nur die Drifteigenschaften verbessert werden, sondern auch eine Überwachung der Anodenspannung zusätzliche Sensordiagnose und damit Sicherheit ermöglicht.

Alle charakteristischen Daten des Sensors wie Hersteller, Artikel- und Seriennummer sowie Sensortyp und Original-Kalibrierdaten sind bei Auslieferung im Sensor gespeichert. Beim Anschließen des Sensors an den Transmitter wird dieser automatisch erkannt und es werden alle Daten der Standardkonfiguration der Messstelle übermittelt. Später werden zusätzlich die jeweils letzten drei Kalibrierdatensätze als Historie gespeichert, die dann zur Trendanalyse verwendet werden können.

Das IEEE-basierte Konzept erlaubt auch ein schlankes PC-basiertes Tool zur Sensorkalibration im Labor, das demnächst als Shareware komplementär verfügbar sein wird und erstmals keinen Transmitter zur Sensorkalibration im Labor mehr benötigt. Damit wird das Konzept schlank und einfach für den Anwender. Die Sensoren können im Labor direkt am PC kalibriert und die charakteristischen Sensordaten abgespeichert werden.

Neben der bekannten Diagnose im M700- Transmitter wie Glas- und Referenzimpedanz für pH-Sensoren oder Luft- und Nullstrom für Sauerstoffsensoren, einem Netzdiagramm für einen schnellen Überblick über den Zustand des Sensors und einem Sensormonitor, stellt ISM auch zwei wesentliche Online-Diagnoseinformationen für die vorausschauende Wartung zur Verfügung – den Verschleißmonitor und den adaptiven Kalibriertimer. Daneben zählt das System die CIP- und SIP-Zyklen und kann dem Anwender so die optimale Zeit zum Austausch anzeigen, ohne dass umständlich manuell ein Logbuch geführt werden muss. Selbstverständlich sind alle Informationen immer im Sensor abgespeichert und so dem Sensor eindeutig zugeordnet. Das Loggen der maximalen und minimalen Temperaturbelastung bietet ebenfalls eine hilfreiche Zusatzinformation. Das wichtigste Diagnose-Werkzeug, das für die vorausschauende Wartung genutzt werden kann, ist jedoch der Online-Verschleißmonitor, der die Belastung des Sensors über seine gesamte Lebensdauer aufzeichnet und in einem speziellen sensorspezifischen Algorithmus den Verschleiß des jeweiligen Sensors berechnet. Dabei werden die Temperatur- und pH-Belastung der Elektrode bzw. die Strombelastung des Innenkörpers eines Sauerstoffsensors als wichtigste Informationen verwendet, die für jeden Sensor eine spezifische lebensdauerverkürzende Wirkung haben. Diese Information wird online berechnet und angezeigt. Sie ermöglicht dem Anwender eine vorausschauende Planung seiner Wartungsarbeiten.

Der adaptive Kalibriertimer für pH-Elektroden überwacht ebenfalls die Belastung des Sensors auf Temperatur und pH. Ein kürzeres Kalibrierintervall wird bei hoher Belastung empfohlen. Alle Informationen sind online am Transmitter verfügbar und werden zusätzlich im Sensor gespeichert. Sie sind daher jedem Sensor individuell zugeordnet. Zusammen mit der Historie der Sensorbelastung und allen anderen Sensordaten wird damit eine zuverlässige Sensordokumentation möglich. Diese Diagnoseinformationen sind für die Wartung einer Messstelle vor Ort ein wesentlicher Fortschritt, dennoch werden sie nicht nur vor Ort, sondern auch in der Leitstelle und vor allem im Asset-Management-System benötigt, um die Feldgeräte einer Anlage bestmöglich managen zu können. Mettler Toledo bietet daher eine problemlose Integration der Messstelle mit Profibus-PA und Foundation Fieldbus in alle gängigen Leitsysteme. Neu wurde auch die Übertragung des Verschleißmonitors und des adaptiven Kalibriertimers in die zyklischen Daten integriert. Damit wird eine volle Integration nicht nur der Daten im Transmitter, sondern auch der prädikativen Diagnoseinformation aus dem Sensor ermöglicht.

Mettler Toledo wird das digitale ISM-Konzept weiter in Richtung intelligenter Diagnose für die vorausschauende Wartung ausbauen. Neben weiteren Sensoren wird das Angebot von Transmittern mit ISM-Option sukzessive über den M700 hinaus auf alle Linien erweitert werden.

Derzeit werden die wichtigsten pH- und Sauerstoff-InPro-Sensorfamilien für alle großen Anwendungsbereiche angeboten. Sie werden in der Zukunft komplementär erweitert. Dabei werden nicht nur elektrochemische, sondern alle prozessanalytischen Parameter, bei denen eine Sensorüberwachung Sinn macht, in das Konzept aufgenommen. Die hygienischen Trübungssensoren InPro 8600 und der optische Sauerstoffsensor InPro 6880i sind die ersten beiden voll digitalen optischen Sensoren, die ebenfalls ISM-Informationen integriert haben. Selbstverständlich gibt es die Sensoren für Chemie- und Pharmaanwendungen auch mit Atex-Zertifikat. Die wichtigsten Weiterentwicklungen werden allerdings intelligente Algorithmen zur verbesserten Diagnose sein.

cav 479

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