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Füllstandüberwachung

Dank kabelloser Überwachung der Schwinggabelfrequenz zu höherer Prozesssicherheit

| Autor / Redakteur: Marianne Williams / Dr. Jörg Kempf

An Wasser-/Öltanks installierte Wireless-Vibrationsgrenzschalter mit Schwinggabel
An Wasser-/Öltanks installierte Wireless-Vibrationsgrenzschalter mit Schwinggabel (Bild: Emerson Process Management)

Nutzen und Zuverlässigkeit der Schwinggabeltechnik wurden bereits in einer Vielzahl kritischer Anwendungen zur Füllstandüberwachung unter Beweis gestellt. Zwei Beispiele zeigen, wie die Frequenzüberwachungsfunktion von Wireless-Hart-Vibrationsgrenzschaltern den Anwendungsbereich noch erweitern kann, um Prozesssicherheit und -leistung zu erhöhen.

Die Vorzüge der Vibrationsgrenzschaltertechnik sind wohlbekannt und werden von Betreibern für die primären Einsatzgebiete dieser Messgeräte – z.B. kritische Überfüllsicherung, ausfallsichere Erfassung hoher und niedriger Füllstände sowie Steuerung und Schutz von Pumpen – umfassend genutzt. Viele Industrie- und Prozessanlagen profitieren heute jedoch auch von den Vorteilen der zusätzlichen Frequenzüberwachungsfunktion von Vibrationsgrenzschaltern für Flüssigkeiten, welche der Einsatz der Wireless-Hart-Kommunikation ermöglicht.

Die Frequenzüberwachungsfunktion von Vibrationsgrenzschaltern ist das Ergebnis des neuen Designs und der besonderen Sensibilität des Messgerätes, basierend auf dem Stimmgabelprinzip. Die Oszillation der Schwinggabeln mit ihrer Eigenfrequenz erfolgt mittels eines piezoelektrischen Kristalls, wobei Änderungen dieser Frequenz laufend überwacht werden. Die Frequenz des Schwinggabelsensors ändert sich in Abhängigkeit vom Medium, von dem der Sensor umgeben ist. Je höher die Dichte des Mediums, desto niedriger die Frequenz. Beispielsweise erzeugt Öl eine viel niedrigere Frequenz als Wasser oder Luft.

Im normalen Betriebsmodus, z.B. bei Einsatz des Schalters zur Erfassung niedriger Füllstände in einem Behälter, führt das Abfallen des Flüssigkeitsstands im Behälter oder in der Rohrleitung unter die Gabel zu einer Frequenzänderung, die von der Elektronik erkannt wird und den Ausgangsstatus vom nassen in den trockenen Zustand umschaltet. Es wird ein Alarm ausgelöst, der den Prozessbetreiber auf den Abfall des Füllstands im Behälter unter das festgelegte Niveau aufmerksam macht. Analog kommt es beim Ansteigen des Flüssigkeitsstands im Behälter zum Kontakt mit der Gabel, die wiederum ein Umschalten des Ausgangsstatus in den nassen Zustand auslöst und den Betreiber vor einer potenziellen Überfüllung warnt bzw. den Füllvorgang automatisch stoppt.

Mit kabellosen Vibrationsgrenzschaltern können Geräte schnell, kostengünstig und bei minimaler Prozessunterbrechung installiert werden. Somit wurden Einsatzmöglichkeiten und die Bandbreite der Anwendungen erweitert, wie etwa die Nutzung in abgelegenen Anlagenbereichen ohne vorhandene Netzwerkverkabelung. Die zusätzliche Funktionalität von Vibrationsgrenzschaltern wird überdies verbessert, wenn sie mit Wireless-Hart kombiniert wird, das die Bereitstellung von Echtzeitdaten, beispielsweise den oben genannten Ausgangsstatus, und anderer Parameter über ein sicheres Wireless-Netzwerk ermöglicht.

Der Einsatz der Frequenzüberwachungsfunktion bei Vibrationsgrenzschaltern bedeutet, dass zwischen Medien mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie Öl und Wasser oder Säure und Wasser, an einem bestimmten Prozesspunkt genauestens unterschieden werden kann, was messbare Vorteile bietet. Dies an abgelegenen Orten mit spezifischen und präzisen Daten realisieren zu können, ohne Anlagenpersonal einer potenziell gefährlichen Umgebung aussetzen zu müssen, erhöht zudem den Nutzen in Bezug auf Sicherheit und Prozessintegrität.

Auf den nächsten Seiten sollen zwei Beispiele diesen Aspekt demonstrieren.

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