Raffinerien, chemische und pharmazeutische Anlagen oder Produktionsstandorte aus dem Bereich Nahrungsmittel und Getränke sind auf exakte Durchflussmessungen angewiesen. So gibt es beispielsweise in Brauereien zig unterschiedliche Flüssigkeiten, die stetig überwacht werden müssen, um Produkte von höchster Qualität zu erhalten: Wasser, Gärreste, Würze, Kühl- und Heizflüssigkeiten, Reinigungsmittel, Abwasser und selbstverständlich das Bier selbst. Dabei variiert die Temperatur der einzelnen Flüssigkeiten im Laufe des Brauprozesses stark und sowohl die Fließgeschwindigkeit als auch die Durchflussmenge ist in solchen Anlagen alles andere als konstant. Trotzdem müssen zu jedem Zeitpunkt sämtliche Medien genau lokalisier- und kontrollierbar sein. Wie das sicher und komfortabel möglich ist, zeigt Siemens mit einem Durchflussmesssystem, in dessen Zentrum das Technologiemodul Sitrans FST070 steht. Es kombiniert die Vorteile von Clamp-on-Technik mit denen von dezentralen Automatisierungslösungen und einer einfachen Integration in übergeordnete Steuer- und Leittechnik ohne nennenswerte Programmierung.
 

Modulares IO-System

Sitrans FST070 ist kein klassischer Transmitter in einem eigenen Gehäuse, sondern ein steckbares Modul für das Peripheriegerät Simatic ET 200SP. Das bedeutet, dass der Messumformer lediglich einen Platz im Simatic-Peripheriegerät benötigt und dort beliebig mit anderen Modulen kombiniert werden kann. Diese kombinierbare Flexibilität zeichnet die IO-Systeme der Simatic-ET 200-Produktfamilie seit Jahrzehnten aus. Durch individuelle Konfigurationsmöglichkeiten einer hohen Anzahl unterschiedlicher Steckmodule passt sich das Peripheriegerät sämtlichen Applikationen an. Das ist einerseits auf die einfache Skalierbarkeit – das System kann schrittweise erweitert werden – andererseits auf die große Funktionsvielfalt der Module zurückzuführen. Sie reicht von Sanft- und Motorstartern über Wäge- und Dosieraufgaben bis hin zu hardwarenaher Signalverarbeitung für schnelles Zählen, Messen und zur Positionserfassung unterschiedlicher Geber. Nun ist mit dem Sitrans FST070 auch die exakte Erfassung von Volumen- oder Massendurchfluss möglich.

Clamp-on-Sensoren für mehr Flexibilität

Das Modul arbeitet mit den aufklemmbaren Ultraschallsensoren Sitrans FSS200 zusammen. Mit dem Ultraschallmessprinzip kann nahezu jeder Durchflussprozess, beispielsweise in Brauereien, überwacht werden. Die Sensorenpaare werden von außen an den Rohrleitungen angebracht. Die Messtechnik kommt weder mit dem Medium in Berührung, noch beeinflusst sie diese. Die Ultraschallsensoren liefern präzise Ergebnisse für ein breites Spektrum an Flüssigkeiten oder Gasen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten.

Da die Messaufnehmer nicht-invasiv arbeiten, gestalten sich Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung aufwandsarm: Rohre müssen nicht aufgeschnitten werden, es kommt nicht zum Druckverlust und für die Installation muss der laufende Betrieb nicht unterbrochen werden. Die Messtechnik kommt ohne bewegliche Teile aus, ist sehr gut zugänglich und praktisch wartungsfrei, da sie nicht in Kontakt mit den zu messenden Medien kommt. Die Clamp-on-Montagetechnik eignet sich für alle gängigen Rohrmaterialien und kann bei Rohrdurchmessern zwischen 10 mm und 10 m angewendet werden. Die Ultraschallsensoren Sitrans FSS200 können bis Rohrwandstärken von 1 bis 35 mm, auf Anfrage bis 65 mm eingesetzt werden.

Digitale Kommunikation und Vierkanalmessung

Der Sitrans FST070 und das Messsystem sind mit dem externen Digital Sensor Link (DSL) verbunden. Dieses Digitalmodul wandelt die analogen Signale der Ultraschallsensoren in digitalisierte Durchflussdaten um. Zur Weiterverarbeitung werden diese dann an das Technologiemodul Sitrans FST070 gesendet. An einem Leitungsabschnitt können bis zu vier unabhängige Messpfade angebracht werden. Die mehrfache Durchdringung des Rohres aus unterschiedlichen Winkeln sorgt für noch größere Messgenauigkeit und Ausfallsicherheit. Der DSL wird in der Nähe der Sensoren installiert. Die somit kurzen Sensorkabel bieten eine optimale Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen. Ein Siemens-Sensor-Link (SSL)-Kabel überträgt die digitalisierten Durchflussdaten in Echtzeit über eine Strecke von bis zu 150 m zum Technologiemodul. So wird der Verkabelungsaufwand minimal gehalten und gleichzeitig eine gleichbleibend hohe Messwertgenauigkeit ohne Interferenzen erreicht.

Integration per Drag & Drop

Der Ultraschalldurchflussmessumformer ist direkt ins Prozessleitsystem Simatic PCS 7 oder über das TIA-Portal in aktuelle Simatic-Controller integrierbar. Profinetfähige Standard-Controller werden ebenfalls unterstützt. Die sichere Einbindung in die Automatisierung erfolgt über die mitgelieferten Faceplates und Step 7 bzw. das Engineering-System von Simatic PCS 7. Mithilfe der Funktionsbausteine werden die beiden digitalen Ein- und Ausgänge des Messumformers per Drag & Drop verschaltet und parametriert. Programmierkenntnisse sind dazu nicht erforderlich. Die Faceplates sind systemgetestet und unterstützen zukünftige Updates bzw. Upgrades.

Datenverarbeitung in Echtzeit – auch im Ex-Bereich

Sitrans FST070 verarbeitet die mit 100 Hz aufgelösten Daten vom DSL in Echtzeit und baut eine schnelle und störungsfreie digitale Kommunikation zur übergeordneten SPS auf. Dabei wird eine Aktualisierungsrate von bis zu 10 Millisekunden erzielt. So werden auch zeitkritische Messaufgaben sicher verarbeitet. Auf diese Weise kann der Anlagenbetreiber schnelle Änderungen von Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie in Brauereien zum Beispiel bei CIP-Prozessen beim Wechsel von Produkt und Spülwasser auftreten, stets kontrollieren. Nicht speziell für die Getränkeindustrie, sondern in Anwendungen mit explosionsgefährdeten Bereichen ist der Messumformer ebenfalls einsetzbar: Das Modul verfügt über Zulassung nach Atex-Zone 2 Class 1, mit dem Barrieremodul Sitrans I300 kann bis in Zone 1 Class 0 vorgedrungen werden.

Das Technologiemodul Sitrans FST070 macht Durchflussmessungen in Anlagen auch nachträglich integrierbar. Durch die Einbettung in die dezentrale IO-Technik der Simatic-ET-200SP-Peripheriegeräte einerseits und die Anbindung an die Clamp-on-Technologie andererseits bietet das System ein Maximum an Flexibilität. Die Einbindung in übergeordnete Controller oder Leitsysteme aus dem Simatic-Portfolio ist durch die Treiber und Faceplates möglich. Im Zusammenspiel ergeben sich exakte Messungen von Volumen- und Massenstrom – bei maximaler Anwenderfreundlichkeit und minimalem Installationsaufwand.

Autor
Jürgen Kiefer, Produktmanager Flow