Durchflussmessung Durchflussmesstechnik: mit integrierter Automatisierung zu optimaler Prozess Performance

Autor / Redakteur: Dr. Karlheinz Schmidt / Dr. Jörg Kempf

Ob in der Prozessautomatisierung oder im Labor, ob in der Entwicklung oder Produktion – schnelle und präzise Durchflussmessungen sind von wachsender Bedeutung in vielen Wertschöpfungsketten. Mit dem Multifunktionsmessumformer Siflow FC070 bietet Siemens ein Konzept, das sich in vielen Anwendungen bewährt.

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Reduzierung der TCO (Total Cost of Ownership) durch Integration aller neuen und bestehenden Automatisierungssysteme (Prozesse, diskrete Steuerung und Sicherheit) und Geräte (für Prozesse, diskrete Steuerung und Elektrik) innerhalb einer Anlage mit Simatic PCS 7 (Bilder: Siemens).
Reduzierung der TCO (Total Cost of Ownership) durch Integration aller neuen und bestehenden Automatisierungssysteme (Prozesse, diskrete Steuerung und Sicherheit) und Geräte (für Prozesse, diskrete Steuerung und Elektrik) innerhalb einer Anlage mit Simatic PCS 7 (Bilder: Siemens).
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Verfahrenstechnik steht vor großen Herausforderungen: Alle Kostentreiber und Gewinn bringende Größen wie Flexibilität, Einhaltung der Produktspezifikationen, Nutzungsgrad der Produktionsanlage, der Verbrauch von Rohstoffen und Energie, definierte Servicelevel und Lieferfähigkeit müssen optimiert werden. Die optimale Prozess Performance steht in der heutigen Zeit im Vordergrund der Anlagenautomatisierung; sie ist ein wichtiger Schlüssel zur Erhaltung und Steigerung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit.

Siemens hat mit TIA (Totally Integrated Automation) die Voraussetzungen geschaffen, um bei reduziertem Schnittstellenaufwand hohe Transparenz über alle Ebenen der Anlagenautomatisierung zu erreichen – und geht diesen Weg in der Feldebene und bei den prozessnahen Komponenten konsequent weiter: beim Massendurchfluss-Messumformer Siflow FC070 wurde das Konzept verfolgt, Messzelle und Messumformer voneinander zu trennen und den Messumformer direkt in das Simatic-Rack zu integrieren. Für den Anwender sind damit bei Planung, Montage, Inbetriebsetzung und Service deutliche Vorteile verbunden.

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Beim Siflow FC070 handelt es sich um einen Coriolis-Massendurchfluss-Messumformer mit Multi-Parameter-Messung, der kompatibel ist mit der Messaufnehmer-Reihe Sitrans FC Coriolis. Er passt universell in alle Durchflussapplikationen und Industriebereiche und zeichnet sich durch eine schnelle Installation und Systemintegration aus.

Umformer und Automatisierungssystem: zwei, die sich verstehen

Der Messumformer ist in einem kompakten Gehäuse untergebracht: Mit 40 mm Baubreite in der Standard-Version bzw. 80 mm in der Version Siflow FC070 Ex für den Betrieb von Sensoren in explosionsgefährdeter Umgebung (Zonen 0,1 und 2) ist er auch dort problemlos einsetzbar, wo der Platz knapp ist. Er ist für das Automatisierungssystem Simatic S7-300 konzipiert und nutzt dessen integrierte Kommunikation, das Diagnosesystem und die Projektierungswerkzeuge.

Er verfügt über standardisierte Schnittstellen zum Simatic Manager, zum Prozessleitsystem Simatic PCS7 und zur Diagnose- und Parametriersoftware Simatic PDM. Nach der Installation durch einfaches Aufstecken ist der Messumformer selbstkonfigurierend und spricht die gleiche Sprache wie der Rest des Automatisierungssystems.

Der Messumformer Siflow FC070 und der Sensor werden unabhängig voneinander kalibriert. Die Kalibrierdaten der Sensorkalibrierung und die Anwendereinstellungen sind in einem Sensorprom abgelegt, der bei einem Baugruppentausch umgesteckt werden kann. Somit bleiben die Daten erhalten und eine gleich bleibende Messgenauigkeit ist gewährleistet.

Ein komplettes Siflow-System für industrielle Durchflussmessungen besteht damit aus den Komponenten Messumformer Siflow FC070, zugehörigem Sensor, dem Sensorprom und dem für Installation und Inbetriebnahme notwendigen Zubehör wie Hardware-Support Package, Funktions- und Datenbausteinen, GSD- und EDD-Dateien, Online-Hilfen und Anwenderdokumentation.

Nach der Inbetriebsetzung überwacht das Multifunktionsgerät gleichzeitig den Durchfluss, die Messstofftemperatur, die Dichte, den Volumenstrom sowie das Mischungsverhältnis. Dabei wird der Massendurchfluss direkt gemessen und nicht aus anderen Größen abgeleitet.

Dies gewährleistet eine Genauigkeit in der Massendurchflussmessung von besser als 0,1% und von 0,05% für die Reproduzierbarkeit. Der Messumformer ist deshalb besonders dort angesagt, wo jeder Tropfen zählt – Rohstoffe werden eingespart und Kosten minimiert.

Für ein breitesAnwendungsspektrum

Versehen mit Atex- und cUL-Zertifikaten deckt der Siflow FC070 ein weites Spektrum an Durchflussanwendungen für die meisten Gase und Flüssigkeiten ab und ist deshalb praktisch in allen Branchen einsetzbar. Die Diagnosefunktionen ermöglichen eine prädiktive Diagnose, die für eine vorausschauende Instandhaltung unter modernen Asset-Management-Methoden unabdingbar ist.

Umfangreiche Fehlerdiagnosen und bedienerfreundliche Selbsttests unterstützen den Anwender dabei, anlagenbedingte messtechnische Herausforderungen zu erkennen und entsprechende Abhilfemaßnahmen zu planen und umzusetzen.

Aktuell: Einsatz in der Mikroreaktionstechnik

Besonders interessant ist der Einsatz in der Mikroreaktionstechnik, die gegenwärtig zu den innovativsten Entwicklungen in den Bereichen der chemischen Prozess- und Verfahrenstechnik zählt. Der besondere Vorteil von Mikroreaktionssystemen (MRS) sind die gegenüber makroskopischen Systemen bedeutend höheren Triebkräfte für Stofftransport und Wärmeübergänge. Infolge der höheren Konzentrationsgradienten erfolgen Mischprozesse signifikant schneller.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit zur präzisen Einleitung und zum Abbruch von Reaktionen durch eine geringe thermische Trägheit der Systeme – hierdurch ergibt sich ein hoher Grad an Sicherheit im Umgang mit und bei der Produktion von gefährlichen oder explosiven Substanzen. Reaktionen mit stark toxischen Verbindungen oder großer Wärmeentwicklung lassen sich in diesem Maßstab viel besser kontrollieren als in einem großen Reaktor mit Tonnen von Chemikalien.

Hohe Anforderungen: Präzision und kurze Messzyklen

Zielsetzung der Mikroreaktionstechnik ist es, Produkte mit höchster Reinheit und Ausbeute zu erhalten; deshalb werden an Messtechnik und Automatisierung besonders hohe Anforderungen gestellt. Um die gewünschten Reaktionsbedingungen thermisch und stofflich genau zu steuern, müssen kleinste Mengen von Reaktanten gezielt dosiert und verarbeitet werden.

Höchste Präzision und kurze Messzyklen sind die Hauptforderung an die Automatisierungskomponenten: Bei Dosierungsmessungen im Bereich von 50 g/h zählt jeder Tropfen. Neben der exakten Durchflussmessung spielt dabei auch die Messung der Dichte und der Temperatur eine wichtige Rolle.

Hier bewähren sich Siflow FC070 und Totally Integrated Automation: die Durchgängigkeit vom Coriolis-Sensor über den Siflow FC070 mit direkter Integration in das Simatic-System bringt nicht nur die optimal abgestimmte Mess- und Automatisierungstechnik zum Einsatz, sie ist auch mit ihrer kompakten Bauweise genau das Richtige für MRS. Aber auch in vielen anderen Applikationen bringt der Durchflussmesser seine Qualitäten zur Geltung.

Dazu gehört die Dosierung von Chemikalien für die Abwasser-Aufbereitung in Kläranlagen genau so wie die genaue Datenvorgabe für Mischprozesse in der Nahrungsmittelindustrie.

In der chemischen Industrie kommt der Messumformer bei der Herstellung von Reinigungsmitteln, Säuren und Laugen zum Einsatz und in der Pharmaindustrie sind seine exakten Messwerte besonders gefragt. n

Der Autor ist Leiter Prozessinstrumentierung bei Siemens Automation and Drives, Karlsruhe.

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