Druckmessumformer

Halb voll oder halb leer?

Eine Füllstandsüberwachung in geschlossenen Tanks ist ein in der chemischen oder in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie häufig benötigtes Messverfahren. Mit Hilfe eines Automatisierungssystems lassen sich bei diesem Prozess zahlreiche weitere Funktionen bis hin zu einer automatischen Bestandsüberwachung realisieren. Jumo setzt dieses System auf dem firmeneigenen Gelände erfolgreich ein.

Bei Jumo in Fulda werden mit Hilfe des Druckmessumformers D Trans p20 Delta und des Automatisierungsystems M Tron T mehrere Stickstofftanks auf dem Firmengelände überwacht.

Druckmessumformer oder Pegelsonden werden häufg zur hydrostatischen Füllstandsmessung in belüfteten Tanks oder zur Ermittlung des Pegels – zum Beispiel in Trinkwasserbrunnen – eingesetzt. Das Messprinzip basiert dabei auf dem hydrostatischen Druck in einer Flüssigkeit oder einem Gas. Dieser wird durch die Höhe der über dem Messgerät befindlichen Flüssigkeitssäule hervorgerufen (Einheit: Meter Wassersäule). Der Druck nimmt richtungsunabhängig mit zunehmender Tiefe zu. Hierbei entsprechen genau zehn Meter Wassersäule (mWS) 0,98 bar.

Der gemessene hydrostatische Druck wird zur Berechnung des aktuellen Füllstands herangezogen. Dabei werden der Umgebungsdruck, die temperaturabhängige Messstoffdichte sowie auch die Erdbeschleunigung berücksichtigt.

Relativdruckmessgeräte kompensieren den schwankenden Umgebungsdruck automatisch. Dieser wird zum Beispiel durch die Wetterlage oder die geografische Höhe beeinflusst. Die Dichte eines Gases oder einer Flüssigkeit ist darüber hinaus temperaturabhängig und hat Einfluss auf die Genauigkeit der Füllstandsmessung und demnach auch auf die Füllhöhe. Beispielsweise beträgt die Dichte von Wasser bei 5 °C 999,964 kg/m3, nach einer Erwärmung auf 30 °C fällt diese auf 995,645 kg/m3 ab. Die genaueste Messung des Füllstands in geschlossenen Tanks lässt sich über die Verwendung von Differenzdruckmessumformern wie dem Jumo D Trans p20 Delta realisieren. Dazu wird je Tank ein Differenzdruckmessumformer mit zwei Druckmittlern verwendet. Bei der Montage wird das Messgerät über Rohrleitungen mit dem Behälterboden und dem Behälterdeckel verbunden. Sind hygienische Anforderungen zu erfüllen, dann werden anstelle der Rohrleitungen geeignete Druckmittler mit Kapillarleitungen montiert.

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Juno D p20 Delta Differenzdruckmessumformer in geschlossenen Tanks.

Bei einer Linearität des Transmitters von 0,07 % und den Linearitäten von Druckmittler und Kapillare ergibt sich hier eine hochgenaue Messung, die den Füllstand je nach Tankgröße bis auf den Zentimeter genau bestimmen kann. Der Druckmessumformer des Herstellers vereint dabei höchste Präzision mit einer einfachen Bedienung. Er dient zur Messung von Relativdruck und Absolutdruck von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten. Das integrierte LCD zeigt die Messwerte und Gerätedaten an. Gehäuse und Sensoren sind aus hochwertigem Edelstahl gefertigt. Für den Einsatz mit hygienischen Anforderungen stehen unterschiedliche frontbündige Prozessanschlüsse zur Verfügung, darunter auch das EHEDG-zertifizierte Anschlusssystem Peka.

Speziell für Messaufgaben an heißen Medien und Leitungen gibt es eine Hochtemperaturvariante, welche Temperaturen bis 200 °C standhält. Für besondere Anwendungen der Prozesstechnik ist auch der Anschluss von Druckmittlern möglich. Der Messumformer ist programmierbar und dadurch an vielfältige Messaufgaben flexibel anpassbar. Für die Bedienung über die Schnittstellen steht ein Setup-Programm als Zubehör zur Verfügung. Die manuelle Bedienung vor Ort – auch im Ex-Bereich – ist über einen Drehknopf sehr bequem und schnell möglich. Bei einer Messung des Füllstands von außen können der D Trans p30 oder der Delos SI eingesetzt werden. Für den Einsatz in Brunnen eignet sich besonders die Pegelsonde Maera S28. Für kabellose Anwendungen hat der Hersteller mit dem Wtrans p einen Druckmessumformer mit Funk-Messwertübertragung im Programm.

Kombiniert man diese Messtechnik nun mit einem Automatisierungssystem, erschließen sich vielel weitere Möglichkeiten. Bei den Fuldaern werden mit Hilfe des D Trans p20 Delta und des Automatisierungssystems M Tron T mehrere Stickstofftanks auf dem Firmengelände überwacht. Die Vorteile liegen auf der Hand, denn der modulare Aufbau des Automatisierungssystems bietet hohe Flexibilität. So stehen verschiedene Ein-/Ausgangsmodule zur Verfügung, wie etwa ein Mehrkanal-Reglermodul, ein Analog-Eingangsmodul mit vier oder acht Kanälen, ein Relaismodul in 4-Kanal-Ausführung sowie ein frei konfigurierbares digitales Ein-/ Ausgansmodul mit zwölf Kanälen.

Eine Besonderheit ist das 4-Kanal Analog-Eingangsmodul, das mit universellen und galvanisch getrennten Analogeingängen für Thermoelemente, Widerstandsthermometer sowie Einheitssignale ausgestattet ist. Somit können mit der gleichen Hardware verschiedene Messgrößen wie Temperatur, Druck und Feuchte erfasst und digitalisiert werden. Für individuelle Steuerungsapplikationen verfügt das System über eine SPS (Codesys V3), Programmgeber- und Grenzwertüberwachungsfunktionen sowie Mathematik- und Logikmodule. Das M Tron T ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb von bis zu 120 Regelkreisen. Mit Optionssteckplätzen lassen sich Ein- und Ausgänge jedes Reglermoduls darüber hinaus individuell erweitern und anpassen. Ein weiterer Vorteil ist die übersichtliche Darstellung aller erfassten Werte. Das Multifunktionspanel ermöglicht neben der Visualisierung auch die komfortable Bedienung der Regler und Programmgeber. Weiterhin ist ein benutzerabhängiger Zugriff auf Parameter- und Konfigurationsdaten des Gesamtsystems möglich. Als Besonderheit sind beim Jumo-System zudem die Registrierfunktionen eines vollwertigen Bildschirmschreibers inklusive Webserver implementiert. Zum Auslesen und Auswerten der aufgezeichneten Daten stehen bewährte PC-Programme zur Verfügung. Durch serienmäßig vordefinierte Bildschirmmasken reduzieren sich Inbetriebnahmezeiten für den Anwender erheblich.

Da das Automatisierungssystem über einen integrierten Webserver verfügt, können Anwender jederzeit bequem und zuverlässig auf die Prozesswerte zugreifen. Das kann entweder über einen PC aber auch mobil über ein Smartphone und ein Tablet erfolgen. Benachrichtigungen – zum Beispiel Alarmmeldungen – sind auch per SMS oder E-Mail möglich. Mit dieser Funktionalität lässt sich aber auch eine automatisierte Füllstandsüberwachung realisieren. So wird im Jumo M Tron T ein Grenzwert definiert. Falls dieser unterschritten wird, wird vollautomatisch ein Bestellvorgang per E-Mail beim Lieferanten ausgelöst. So lässt sich mit Hilfe bewährter Messtechnik und moderner Automatisierungslösungen eine Anwendung realisieren, die die Tür zur vielbeschworenen Industrie erfolgreich 4.0 aufstößt. jg

Achema, Halle 11.1, Stand E41

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