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Sensor-Technik

Intelligente Wartungskonzepte für Sensoren überzeugen Anwender

Intelligente Wartungskonzepte für Sensoren überzeugen Anwender

06.11.2007 | Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Die Inducon-Knick- und Memosens-Endress+Hauser-Steckköpfe arbeiten kontaktlos. (Bilder: Hamilton, Archiv; [M]-Sahlmüller)
Die Inducon-Knick- und Memosens-Endress+Hauser-Steckköpfe arbeiten kontaktlos. (Bilder: Hamilton, Archiv; [M]-Sahlmüller)

Innovative Sensoren haben Kalibrierzyklen, Betriebsstunden oder Justierwerte neuerdings im Kopf. Zielsicher stellen sie dem Anwender damit die Daten dort zur Verfügung, wo er diese braucht – vor Ort.

Alltag im Fermenter: Hohe Temperaturen während der Dampfsterilisation setzen dem Sauerstoffsensor erheblich zu – die Membran wird stark beansprucht. Im schlimmsten Fall kann die Fermentation nicht wie geplant starten, der Sensor muss ausgetauscht, polarisiert und neu sterilisiert werden. Dadurch sind Fachkräfte in Wartungsaufgaben eingebunden, für die in der heutigen Prozesswelt – insbesondere in hygienisch anspruchsvollen Branchen – eigentlich keine Zeit mehr ist. Abhilfe schaffen innovative Sensoren, die die bisher üblichen Probleme bei der Wartung einfach umgehen. Bei dem optischen Sauerstoffsensor Visiferm DO von Hamilton beispielsweise gibt es weder eine empfindliche Membran noch eine Polarisationszeit. „Der Sensor lässt sich jederzeit innerhalb von Sekunden prüfen. Außerdem ist die komplette hochtemperaturtaugliche Opto- und Auswerteelektronik im 12 mm Schaft integriert, die ständig eine Selbstdiagnose durchführt“, erklärt Dirk Tillich, Leiter Vertrieb & Marketing, Geschäftsbereich Analytiks bei Hamilton. „Das spart viel Zeit und erhöht die Prozesssicherheit immens.“

Das Schweizer Unternehmen setzt seinen Schwerpunkt auf Sensoren für die chemische und pharmazeutische Industrie, die wartungsarm zuverlässig sind und sich schnell in Betrieb nehmen lassen. Besonderen Wert legt man darauf, dass die Sensoren genau auf den Prozess abgestimmt werden. „Die Anforderungen an die Sensorik sind je nach Anwendung sehr unterschiedlich, sodass es gerade bei pH-, aber auch bei Sauerstoff- und Leitfähigkeitssensoren nie den einen, universell optimalen Sensor geben wird“, verdeutlicht Tillich. Hamilton bietet deshalb ein sehr breites Spektrum an Sensoren, mit denen fast jede Applikation optimal gelöst werden kann. „Für Anwendungen, die wir mit einem Standardprodukt nicht bedienen können, haben wir bereits vor zwölf Jahren einen ISO 9000-konformen Prozess etabliert, mit dem wir innerhalb eines Monats Spezialsensoren entwickeln und produzieren können“, nennt Tillich die weiteren Optionen.

Unbestritten muss ein Sensor den korrekten Messwert anzeigen. In der Praxis wird jedoch häufig unterschätzt, dass dieser auch störungsfrei zur Verfügung gestellt werden muss. Diese Aufgabe teilt sich grob in zwei Teilfunktionen auf, der eigentlichen Sensorik mit dem sensorischen Element und der Signalaufbereitung mit der Signalübertragung. „Nur wenn beide Teilfunktionen zuverlässig erfüllt werden, macht die Messstelle überhaupt Sinn“, stellt Tillich klar. Ein Beispiel, wie diese Elemente perfekt zusammengebracht werden, sind die kontaktlosen Inducon- und Memosens-pH-Sensoren sowie die optischen Sauerstoffsensoren Visiferm DO. In diesen wurde die sensorische Funktion mit einer intelligenten Datenübertragung ergänzt, sodass der Anwender von einer höheren Betriebssicherheit und Benutzerfreundlichkeit profitiert. Kern dieser Technologie ist, dass sich in den Sensoren beispielsweise die Kalibrierdaten und die Sensorbelastung direkt im Sensorkopf speichern lassen. Dazu zählen etwa Temperaturen, Kalibrier- und Justierwerte, der Einsatzort, aber auch Angaben über die Standdauer oder ein Betrieb unter extremen Bedingungen. Damit lassen sich die Informationen der Messstelle zentral und unabhängig vom Einbauort analysieren. Der Anwender kann den Sensor also zeitsparend und genau im Labor kalibrieren und die Daten anschließend störungsfrei digital auf den Vorort-Messumformer übertragen. Dadurch lassen sich bei der Inbetriebnahme und Wartung von pH- und Sauerstoffsensoren die Kosten erheblich reduzieren.

Verbesserte Signalqualität

Obwohl die Hamilton-pH-Sensoren mit Inducon- oder Memosens-Steckkopf gerade erst in den Markt eingeführt werden, ist das Interesse der Anwender hoch: „Die neuen Stecksysteme verbessern die Leistungsfähigkeit unserer klassischen Sensoren nochmals. Für den Anwender macht sich dies z.B. in der Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit, Lagerhaltung vorkalibrierter, sofort einsetzbarer Sensoren als auch mit der Verbesserung der Signalqualität spürbar bezahlt“, zählt Tillich die weiteren Vorteile auf.

Beim optischen Sauerstoffsensor Visiferm DO wurden alle üblichen Messverstärkerfunktionen bis hin zum unempfindlichen 4 bis 20 mA-Ausgang integriert. Alternativ ist der Anschluss an herkömmliche Messverstärker oder dank integriertem Feldbus die Ankopplung direkt an das Prozessleitsystem möglich. Auch die Kalibrierung wurde erleichtert. Hier hat der Anwender gleich mehrere Optionen. Über das Visical-Modul, welches zwischen Anschlusskabel (VP) und Sensor gesteckt wird, lässt sich der Sensor ganz einfach kalibrieren. Dabei wird der allgemeine Status und der Zustand der auswechselbaren Sensorkappe angezeigt. Die Kalibrierungen in Luft und/oder Null-Lösungen können sicher ausgeführt werden. Weiter kann die Kalibrierung von einem PC oder einer Modbus-tauglichen SPS ausgelöst und überprüft werden. Für den Fall, dass der Sensor an einem klassischen Messverstärker betrieben wird, lässt sich dieser wie bei der klassischen Variante kalibrieren. Dies ist sofort nach dem Anschließen möglich, da die Polarisation entfällt.

Die Visiferm DO-Sensoren werden aus diesem Grund bereits häufig in der Biotechnologie zur Prozessregelung von Fermentern eingesetzt. So entschloss sich die österreichische Sandoz nach einem Testbetrieb in einer neuen Anlage für die Installation, weil nicht nur optisch gemessen, sondern das Signal direkt, also ohne Messumformer, ins Prozessleitsystem geleitet werden kann.

Intelligente Datenübertragung

Gleich ob Visiferm DO, Memosens oder Inducon: Die besonders in der analogen pH-Messung auftretenden Störungen durch EMV oder ESD (Elektrostatische Entladungen) werden erheblich reduziert. Auch Erdschlaufen werden verhindert und die Messsignale sind generell unempfindlicher. Da die Kalibrierdaten im Sensor gespeichert sind und sich die Systeme selbst überwachen, kann auch weniger spezialisiertes Personal den Austausch vornehmen.

Hamilton bietet als erstes Unternehmen seine Sensoren mit allen drei Konzepten von Endress + Hauser, Knick und Hamilton an. Die Memosens-Technologie erfasst neben pH-Wert und Redoxpotenzial, dank des zeitlichen Vorsprungs auch gelösten Sauerstoff und Leitfähigkeit. „Ich gehe davon aus, dass sich der Trend auch auf andere Parameter und Anbieter auswirken wird“, beschreibt Tillich die weitere Entwicklung. „Es wird vor allem eine Kostenfrage sein, wie rasch und in welchem Umfang sich intelligente Sensoren durchsetzen.“ Obwohl derzeit die intelligenten pH-Sensoren etwas teurer als konventionelle sind, bietet Hamilton den optischen Sauerstoffsensor Visiferm DO zum etwa gleichen Preis an, wie die klassischen, sterilisierbaren Sensoren des Wettbewerbs.

Die Erfolge der kontaktlosen Sensoren von Endress+Hauser und Knick lassen, nach Meinung Hamiltons das Potenzial erahnen, das die im Sensor integrierte Signalverarbeitung hat. „Uns liegen bereits konkrete Anfragen und Bestellungen vor und wir werden die ersten Kunden noch in diesem Jahr beliefern“, freut sich Tillich. Die für neue Technologien erforderlichen Fertigungseinrichtungen und Prüfmittel wurden für die Inducon-Sensoren im Hamilton-Werk Bonaduz bereits bereitgestellt, für die Memosens-Sensoren fällt der Startschuss im Januar.

Gerade bei anspruchsvollen Anwendungen werden sich intelligente Sensoren nach Meinung von Experten durchsetzen. Denn diese teilen dem Anwender frühzeitig mit, wann eine Wartung fällig ist. „Auf längere Sicht bleiben die heute üblichen Messgeräte nur bei wenigen Anwendungen noch bestehen“, ist Tillich überzeugt. So können nicht nur die Kosten für die Einrichtung einer Messstelle, sondern auch aufwändige Verkabelungen und weitere Fehlerquellen minimiert werden. Dies wird aber nicht die einzige Änderung sein. Tillich: „Ich bin mir sicher, dass es langfristig immer mehr Anlagen geben wird, die busfähige Sensoren wie Visiferm DO einsetzen, um erhebliche Mengen an Kupferleitungen, Anschlussklemmen und weitere Hardware sowie die Installationszeiten zu minimieren, und um die Diagnosemöglichkeiten der intelligenten Sensoren in moderne Wartungskonzepte einzubinden.“

Die Autorin ist redaktionelle Mitarbeiterin Bei PROCESS.

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