Die vergangenen Monate haben allen Beteiligten der Prozessindustrie – dem Produzenten ebenso wie dem Anlagenbauer und Komponentenanbieter – eindringlich gezeigt, welche Bedeutung der digitale Wandel, eine hohe Flexibilität und stabile Lieferketten haben. Vor diesem Hintergrund wurden anlässlich der virtuellen Achema Pulse 2021 Teams aufgerufen, im Rahmen der Achema Innovation Challenge-Lösungen für den Einsatz von digitalen Methoden und künstlicher Intelligenz (KI) in der Prozessindustrie zu entwickeln. So besteht beispielsweise eine von Evonik initiierte Challenge darin, das Dosieren von Chemikalien für eine optimale Klärschlammbehandlung zu überwachen.
Eine Aufgabenstellung, mit der sich auch Grundfos beschäftigt. Denn Studien zeigen, dass Dosierpumpen in 30 % der Fälle Chemikalien wie Desinfektionsmittel oder Korrosionsinhibitoren nicht wie erforderlich zugeben, weil sich die Chemikalientanks leeren, oder ein technischer Defekt dazu führt, dass die Pumpe stoppt (in beiden Fällen ohne das Anlagen- oder Wartungspersonal zu informieren). Solche Ausfallzeiten führen zu verfehlten Behandlungszielen (Sicht des Betreibers) und zu Verlusten beim Chemikalienumsatz (Sicht des Händlers).
Die Lösung von Grundfos: Das analog-digitale Komplettpaket Smart Digital Chempairing Suite: Es umfasst bewährte Technik (Dosierpumpen der Baureihe Smart Digital DDA mit Schrittmotorantrieb) und darüber hinaus mit der App Chempairing Suite auch ein umfassendes Remote-Access-Tool (Fernzugriff). Optional lässt sich einstellen, ob nur Daten aus der Pumpe gelesen oder auch die Pumpe über die Cloud fernbedient werden soll.
Per Fernzugriff
Für viele Betreiber sind vor allem die per Fernbedienung verfügbaren Features attraktiv, weil auf diese Weise zeitintensive Serviceeinsätze eingespart werden. Hintergrund: Manche Dosierprozesse benötigen von Zeit zu Zeit eine Nachjustierung der gewünschten Konzentration oder es müssen aufgrund von problematischen Dosiermedien spezielle Funktionen aktiviert werden.
Technische Basis ist die in der Dosierpumpe integrierte Dosierüberwachung Flow Control; sie stellt detaillierte Einzelmeldungen über das Cloud Gateway zur Verfügung, sodass Dosierfehler schnell und sicher aus der Ferne zu erkennen sind. Dies sorgt im Fehlerfall für eine schnelle Behebung des Problems und gewährleistet eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Direkt detektierbare Dosierfehler sind:
- Luftblasen (durch ausgasende Medien)
- Ansaugprobleme (Kavitation)
- Über- und Unterdruck (z. B. durch Schlauchbruch)
- defektes Saug- oder Druckventil (z. B. durch abrasiven Verschleiß)
- Abweichung vom Soll-Dosiervolumenstrom
- Vorleer- und Leermeldung des Gebindes
Zusätzlich misst Flow Control den realen Dosiervolumenstrom, indem es den Füllgrad jedes einzelnen Dosierhubs über das aufgenommene Hublängen-Druckdiagramm in der Dosierpumpe berechnet. Somit unterscheidet sich diese Art der DosiervolumenStrommessung deutlich von der ungenaueren mathematischen Berechnung über Hubanzahl x Hubvolumen über die Zeit, da bei dieser Berechnung eventuell eingeschlossene Luft, Kavitation oder Gegendruckschwankungen keine Berücksichtigung finden.
Die Dosierpumpe erfasst zudem über den Puls- oder Analogeingang die Signale des externen Prozessvolumen-Stromsensors (das kann ein klassischer Wasserzähler mit Kontaktausgang oder ein Volumenstromsensor mit Analogausgang sein). Mittels App kann die Pulsrate oder das Analogprofil dieser externen Durchflusssensoren eingegeben werden; das System ermittelt so den externen Prozessvolumenstrom und stellt auf diese Weise die Parameter Volumen (ml/m³) oder Massenkonzentration (mg/l) zur Verfügung.
Die Dosierpumpe ermittelt darüber hinaus eine Vielzahl weiterer Daten, die in der Cloud sinnvoll nutzbar sind:
- Zeitzähler für Betrieb, Bereitschaft, Warnung und Alarm (zur systematischen Anlagenoptimierung im Feld)
- Produkt- und Seriennummer (zur eindeutigen Identifikation der Dosieranlage)
- Typenschlüssel mit Materialcode (für eine Materialbeständigkeitsüberprüfung in Kombination mit der Information über die angebundene Chemikalie)
- Wartungserinnerung und Bestellnummer Ersatzteilset (zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit)
Service as a Service
Am Auslesen solcher Daten ist insbesondere die Chemikaliendistribution interessiert. Hintergrund: Viele Betreiber fühlen sich mit der Überwachung bzw. den laufenden Betrieb einer Dosieranlage überfordert, können kein geschultes Personal für solche Aufgaben bereitstellen und würden einen Komplettservice beispielsweise durch den Chemikalienhändler begrüßen.
Mussten zur permanenten Erfassung des Gebindefüllstands bisher eine externe (zusätzliche) Sensorik verwendet werden, ist das nun mit der App als interne Lösung verfügbar: Über die in der Grundfos-Cloud hinterlegte Chemikaliendatenbank ist das jeweilige Bruttovolumen des Gebindes verfügbar; es wird als Guthaben in die App übertragen. Aufgrund der realen Dosiermengenmessung per Dosierpumpe kann so die zugegebene Chemikalienmenge vom Guthaben subtrahiert und als Ganglinie angezeigt werden. Diese permanente Ermittlung des Gebindefüllstands eignet sich insbesondere für den Einsatz von Einweggebinden.
Rätselt man bei traditionellen Ganglinien über die Ursache einer deutlichen Abweichung, so heftet bei der Chempairing Suite ein digitaler Notizzettel (Einzelmeldungen der Dosierpumpe oder andere Ereignisse) zu dem jeweiligen Ereignis an der x-Achse des Trendliniendiagramms. Somit lässt sich sehr schnell ein Zusammenhang zwischen abweichenden Daten und Ereignissen herstellen, um so für schnelle Abhilfemaßnahmen zu sorgen.
Per Remote Access sind folgende Zugriffe verfügbar:
- Regelungsart der Dosierpumpe (mengenproportionale Dosierung mittels Kontakt- oder Analogeingang)
- Start/Stopp der Dosierpumpe
- Status und Veränderung von Dosierfunktionen (Flow Control)
Nicht zuletzt bietet die Systemlösung beim erstmaligen Anschluss eines Chemikalien-gebindes bzw. beim Gebindewechsel einen implementierten Arbeitsschutz: Damit die Pumpe das Gebinde akzeptiert, wird mithilfe des QR- oder Barcodes von Dosierpumpe und Gebinde in der Gebindedatenbank überprüft, ob diese Kombination frei gegeben ist.
Übrigens: Mit den Trenddaten über den Chemikalienverbrauch kann der Händler die Gebindegröße und damit die Servicekosten für seinen Kunden optimieren.
In den seltensten Fällen erlauben industrielle Betreiber den direkten Zugang ins Firmennetzwerk, um Daten der zu überwachenden Dosieranlage in die Cloud zu übertragen oder zu empfangen. Deshalb nutzt die Chempairing Suite ein Gateway mit Mobilfunkübertragung (Low Power Wide Area Network, LPWAN, mit End-to-End-Verschlüsselung)
Grundfos GmbH, Erkrath
Autorin: Anna Hofmann
Senior Sales Developer Digital / DACH,
Grundfos
