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Messumformer

Neuer Hart Loop-Converter erweitert die Kommunikation von 4…20 mA-Feldgeräten

| Redakteur: Dr. Jörg Kempf

Ein neuer Messumformer wandelt bis zu drei digitale Hart-Variable in zusätzliche analoge 4...20 mA-Stromsignale um und stellt sie dem Host-System zur Verfügung. Mit dieser Lösung können neben dem eigentlichen Messergebnis jetzt auch Prozessparameter wie Druck und Temperatur ermittelt und gezielt zur Steuerung des Prozesses eingesetzt werden – ohne Mehrkosten auf der gleichen Leitung.

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Mehr Informationen mit dem neuen Hart Loop-Converter... (Bild: Bilder: Pepperl+Fuchs)
Mehr Informationen mit dem neuen Hart Loop-Converter... (Bild: Bilder: Pepperl+Fuchs)

Die bidirektionale Kommunikation zwischen Feldgeräten und Host-Systemen über das Hart-Protokoll ist heute in der Prozessindustrie Standard. Das Potenzial der immer intelligenteren Feldgeräte wird optimal genutzt und eine digitale, durchgängige Feldbus-Infrastruktur zum Auslesen von Prozessdaten ist nicht zwingend erforderlich. Außerdem sind die meisten Aktoren und Sensoren Hart-fähig, die Prozessvariablen wie Durchfluss, Füllstand, Temperatur, Druck oder pH-Wertmittlerweile messen. Die Vorteile dieses Protokolls reichen von einem sicheren Anlagenbetrieb über die Möglichkeit der Diagnose bis hin zu hoher Flexibilität. Zudem kann die klassische, analoge 4…20 mA-Schnittstelle in Zwei-Leiter-Technik weiterhin genutzt werden, was Mehrkosten vermeidet.

Hart ist ein Protokoll für eine Master/Slave-Kommunikation und erlaubt bis zu zwei Master-Geräte – primäre und sekundäre. Die Primären sind Host-Geräte, wie eine SPS, die Sekundären beispielsweise ein Handheld-Kommunikationsgerät. Dieses kann bei Bedarf zusätzlich eingesetzt werden, ohne dass die Kommunikation zwischen Feldgerät und Host beeinträchtigt wird. Für die bidirektionale Kommunikation gibt es zwei Modi. Meist wird der Command-and-Answer-Modus eingesetzt, bei dem die dynamischen Messwerte oder Gerätedaten vom Feldgerät abgefragt werden. Im Burst-Modus liefert das Feldgerät ohne Anfrage drei- bis viermal pro Sekunde ein aktualisiertes Messwertpaket, was die Samplingrate erhöht, jedoch nur für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen sinnvoll ist. Zum Messkreis gehört hier ein Hart-fähiges Feldgerät, das mit einer Steuerung über die analoge 4…20 mA-Schnittstelle in klassischer Zwei-Leiter-Technik verbunden ist. Über diese Leitungsverbindung erfolgt auch die Hart-Kommunikation zum Master.

Prozesssicherheit erhöhen

Für effiziente Hart-Infrastrukturen liefert Pepperl+Fuchs verschiedene Komponenten, zusammengefasst in einer so genannten Hart Interface Solution: z.B. Geräte für Einzelkreise und Multiplexer für bis zu 7936 Feldgeräte.

Neu für einzelne Feldkreise ist der Hart Loop-Converter (KFD2-HLC-Ex1.D). Er wandelt die digitalen Hart-Signale in analoge 4...20 mA-Stromsignale um. Dabei werden bis zu drei digitale Hart-Variable erfasst und als Analogsignale dem Host-System zur Verfügung gestellt, also einer SPS. Mit diesen Hart-Variablen lassen sich neben dem eigentlichen Messergebnis auch Prozessparameter wie Druck und Temperatur ermitteln und gezielt zur Steuerung des Prozessablaufes einsetzen.

Diese Funktionalität des installierten Hart-Feldgerätes für die Steuerung und Überwachung des Produktionsprozesses ist ohne eine zusätzliche Verkabelung oder Änderung der Infrastruktur möglich. Bei Bedarf kann der Hart Loop-Converter so programmiert werden, dass ein einziger digitaler Wert über ein Signalsplitting in drei analoge Kanäle ausgegeben und damit unterschiedlichen Systemen zur Verfügung gestellt werden kann. Darüber hinaus ist es möglich Grenzwertschaltungen über optionale Relais zu realisieren. Der HLC kann sowohl als Transmitterspeisegerät als auch im passiven Mode an einen bereits bestehenden Feldkreis eingesetzt werden.

Der HLC wertet nur das Hart-Signal aus, verarbeitet aber keine analogen Stromsigna-le. Sobald der HLC ein angeschlossenes Hart-Feldgerät erkennt, setzt er mittels Hart-Befehl das Feldgerät in den Burst-Modus, bei dem automatisch drei- bis viermal in der Sekunde ein aktualisiertes Messwertpaket übertragen wird, welches vom Converter unmittelbar in Analog- oder Schaltsignale gewandelt wird. Aufgrund des eigensicheren Eingangs sind zusätzliche Trennbarrieren für den Explosionsschutz nicht erforderlich.

Korrosionsüberwachung in Echtzeit

Welche neuen Möglichkeiten der Betreiber hat, zeigt die Kombination des Hart Loop-Converters mit einem Online-Korrosionstransmitter. CorrTran MV von Pepperl+Fuchs ist der erste Zwei-Draht-/4...20 mA-Transmitter mit integriertem Hart-Protokoll, der gleichzeitig die allgemeine und die örtliche Korrosion (Lochkorrosion) auswertet. Warum ist dies so wichtig? Korrosion führt in der Industrie zu enormen Schäden. Beispiel Dampferzeuger: Das hier benötigte Reinwasser wirkt nicht nur korrodierend auf Dampferzeuger und Kondensatsysteme; es kann auch zu Lecks führen, sodass unerwünschte Chemikalien in den Prozess eindringen und das Korrosionspotenzial erhöhen. Mit CorrTran MV ist es möglich, das Korrosionsverhalten in Echtzeit zu überwachen und darauf zu reagieren, bevor in Kraftwerken oder Kühlkreisläufen ein größerer Schaden entsteht. Die Korrosionsanalyse wird also aus dem Labor in die tägliche Prozesssteuerung verlagert – ein neuer Ansatz zur Korrosionsüberwachung in Echtzeit. Der Betreiber behält damit seinen Prozess im Rahmen einer vorausschauenden Instandhaltung besser im Auge.

Das Herzstück von CorrTran MV sind moderne, patentierte Algorithmen und Datenanalysen, die die allgemeine Korrosionsrate und die örtliche Korrosion messen. Die allgemeine Korrosionsrate wird anhand des linearen Polarisationswiderstands bestimmt. Darüber hinaus führt der Korrosionssensor während eines Messzyklusses eine elektrochemische Rauschmessung durch, die eine Messung der Lochkorrosion erlaubt. Am Ende von jedem Zyklus werden dann Korrosionsrate und Lochkorrosionswert berechnet und dem Anlagenpersonal in Form eines 4...20 mA-Signals und über Hart zur Verfügung gestellt. Der Hart Loop-Converter erweitert die analoge Pro-zessinformation um die in den Hart-Variablen zur Verfügung stehenden Zusatzdaten.

Fazit: Mit dem neuen Hart Loop Converter kann der Betreiber die Potenziale neuer und bereits installierter Hart-Geräte voll ausschöpfen. Das gilt sowohl für Messgrößen wie Massendurchsatz, Temperatur und Druck als auch für Positioner oder CorrTran MV. Damit stehen ohne Mehraufwand umfangreichere Mess- oder Diagnoseinformationen als bislang zur Verfügung – und das alles über eine Zwei-Draht-Leitung ohne Bustechnik.

* Der Autor ist Produkt Marketing Manager Interfacetechnik, Geschäftsbereich Prozessautomation, Pepperl+Fuchs GmbH, Mannheim.

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