Mit Ultraschall

Martin Sittig

Als ob die Verantwortlichen von der Ackerbau GbR geahnt hätten, dass der Sommer 2003 mit Dauerhitzerekorden aufwarten und die Arbeit im Silo damit noch belastender als sonst werden würde, haben sie das Projekt zur Automatisierung des Schüttguteintrages gestartet. Gesucht wurde eine Lösung, mit der das Brotgetreide der ankommenden LKW nach der Entleerung in einen Großtrichter direkt in die beiden etwa 960 m³ fassenden Lagersilos transportiert und gleichmäßig eingebracht werden kann. „Die Aufgabe in jedem Silo bestand darin, den Längsförderer entsprechend des Füllniveaus im Silo zu verfahren und gleichzeitig den Querförderer entsprechend nachzuführen“, erläutert Rudolf Köüüchen von dem mit der Lösung beauftragten Wurzener Unternehmen Köüüchen Elektro. „Nach ersten Tests vor Ort haben wir uns für den Einsatz von Ultraschallsensoren entschieden, weil sie sich als weitgehend unempfindlich gegenüber den vorherrschenden Umgebungsbedingungen erwiesen haben.“

Ultraschallsensoren arbeiten berührungslos durch Aussenden eines Ultraschallimpulses, wobei anschließend die Impulslaufzeit ausgewertet wird. Objektoberflächen und deren Remissionseigenschaften beeinflussen die Erfassung ebenso wenig wie Nebel oder Dampf im Erfassungsbereich. Hintergründe des Messfeldes können zuverlässig ausgeblendet werden. Temperaturschwankungen, die die Laufzeit beeinflussen, werden automatisch kompensiert und haben keine Auswirkungen auf die Detektionssicherheit und Messgenauigkeit. Insgesamt bieten Ultraschallsensoren dadurch geringe Toleranzen bei hoher Reproduzierbarkeit. Je nach Variante, geben sie entweder binäre Abstandsinformationen über einen oder zwei Schaltausgänge oder über einen Ana- logausgang eine abstandsproportionale Information aus. Die Erfassung von Schüttgütern – auch bei rauen Umgebungsbedingungen – ist einer der wichtigsten Einsatzbereiche.

Die Befüllung der Silos erfolgt über Längs- und Querförderer. Damit der Schüttguteintrag gleichmäßig über die Grundfläche verteilt werden kann, müssen das Getreideniveau erfasst und die beiden Förderer entsprechend verfahren werden. Hierzu wird ein Ultraschallsensor der Baureihe UM30-15113 mit einer Ultraschallfrequenz von 80 kHz, einer Tastweite zwischen 800 und 6000 mm sowie einem 4…20-mA-Analogausgang eingesetzt. Der Sensor ist an einem Ausleger des Querförderers installiert und erfasst den Abstand zur Getreideoberfläche. Die Messung erfolgt diskontinuierlich in den Schüttpausen, da das geschüttete Getreide Luftverwirbelungen und kompakte Staubwolken erzeugt, die die Messwerte beeinflussen können. „Dank Schutzart IP 65 und einem Betriebstemperaturbereich bis +70 °C verkraften die Sensoren selbst den Schmutz und die hohen Temperaturen im Silo problemlos“, fasst Köüüchen die positiven Einsatzerfahrungen zusammen.

Dies gilt auch für die am Längsförderer angebrachten Ultraschallsensoren UM30-13111 mit PNP-Schaltausgang. Sie weisen eine Tastweite von 200 bis 1300 mm auf, erkennen die Position des tiefergelegenen Querförderers und ermöglichen so eine exakte Nachführung. Um zu vermeiden, dass die Sensoren auf die Querverspannungen des Silos ansprechen, wurden am Querförderer schräge Bezugsbleche angebracht. Pro Fördererseite sind zwei Ultraschallsensoren installiert – einer im 90°-Winkel und ein weiterer mit einer Ausrichtung von etwa 120° auf das abgewinkelte Bezugsblech. Der Tastabstand beträgt etwa 700 mm. Schalten beide Sensoren gleichzeitig, haben sie den Querförderer erkannt. Schaltet nur ein Sensor, so resultiert das Signal aus einer im Erfassungsbereich befindlichen Querverstrebung. Die Signale der schaltenden Ultraschallsensoren werden wie auch die Messwerte der analogen Füllhöhenerfassung in einer außerhalb der Silos befindlichen SPS zur Steuerung des automatischen Schüttguteintrages genutzt.

Der Einsatz der Ultraschallsensoren und die dadurch möglich gewordene Automatisierung der Silobefüllung bietet Vorteile für das Personal und den Prozess. So entfällt die körperlich schwere Arbeit für die Bediener, denn das bisher praktizierte manuelle Verfahren war aufgrund von Staub, Wärme und stickiger Luft sehr belastend und musste teilweise mit Atemschutzausrüstung durchgeführt werden. Außerdem muss sich nun während des Befüllvorganges keine Person mehr im Silo aufhalten. Darüber hinaus wird das Brotgetreide dank gleichmäßiger Mengenverteilung über die Gesamtfläche trocknungsoptimal eingelagert. „Auch in anderen Siloanlagen oder Getreidelägern kann eine solche Lösung nachgerüstet werden“, betont Köüüchen. „Einfache Inbetriebnahme, hohe Detektionssicherheit und Verfügbarkeit sowie umfangreiches Montagezubehör machen eine schnelle Umsetzung kundenspezifischer Lösungen möglich.“ Hinzu kommen verschiedene Tastweiten, weitere individuell auswählbare technische Merkmale der Sensoren und bei Bedarf die Verfügbarkeit anderer Sensorikprinzipien aus einer Hand.

Mit der Aufnahme von Ultraschallsensoren in das Produktprogramm ist Sick ein weltweit tätiger Komplettanbieter von Sensorlösungen für die Automatisierungstechnik geworden. Ob optoelektronisch, induktiv, kapazitiv, magnetisch oder Ultraschall – jedes physikalische Sensorikprinzip steht zur Verfügung. Die Baureihe UM30 bietet Ultraschallsensoren mit fünf verschiedenen Tastweiten bis 6000 mm. Jede Sensorausführung steht mit einem oder zwei Binärausgängen – letztere beispielsweise für verknüpfte Schaltpunkte zur Min-Max-Steuerung von Füllständen – sowie mit Analogausgang für kontinuierliche Detektionsaufgaben zur Verfügung. Die Ultraschallsensoren decken branchenübergreifend ein weites Einsatzgebiet ab. Hierzu gehören neben der Füllstandmessung zahlreiche Positionieraufgaben, Anwesenheitskontrollen, Höhen- und Distanzüberwachungen zur Kollisionsvermeidung, Zutritts- und Abstandskontrollen sowie weitere Anwendungen zur Objekterfassung.

dei 457