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Wireless-Technologie

Tanküberwachung mithilfe Wireless-Technologie hilft, Prozesse zu verbessern

| Autor/ Redakteur: Mike Ferris / Jörg Kempf

Schnelle Installation und Inbetriebnahme trotz ungünstiger Arbeitsbedingungen, eine schnelle Anbindung ans Netzwerk und eine zuverlässige Übertragung wertvoller Daten: Erfolgreiche Anwendungen beweisen die Praxistauglichkeit der Wireless-Technologie auch in der Prozessindustrie, wie am Beispiel der Überwachung von Lagertanks gezeigt wird.

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Kabellose Temperatur-Messumformer sind in regelmäßigen Abständen etwa 30 bis 60 cm über dem Boden des Tanks angebracht. Eine Modbus-Kommunikation leitet die Temperaturdaten vom Smart Wireless Gateway zum Leitsystem der Raffinerie – einfach und zuverlässig.
Kabellose Temperatur-Messumformer sind in regelmäßigen Abständen etwa 30 bis 60 cm über dem Boden des Tanks angebracht. Eine Modbus-Kommunikation leitet die Temperaturdaten vom Smart Wireless Gateway zum Leitsystem der Raffinerie – einfach und zuverlässig.
( Bild: Emerson Process Management )

Während der vergangenen zwei, drei Jahre wurde viel über die kabellose Technologie (Wireless) in Prozessumgebungen diskutiert. Meist wurden dabei andere Einsätze empfohlen, und einige Unternehmen zögern nach wie vor, in Wireless zu investieren, ohne es vorher getestet zu haben. Dabei gibt es Beispiele, die zeigen, dass der Einsatz erhebliche Vorteile bringt.

Emerson Process Managements Smart Wireless Produkte ermöglichen sowohl ein Top-Down- als auch ein Bottom-Up-Vorgehen. Das Bottom-Up-Vorgehen beginnt im Feld und arbeitet sich auf die Anlagenebene vor, das Top-Down-Vorgehen geht von der Anlagenebene zur Feldebene. Die Smart Wireless Netze im Feld arbeiten mit sehr geringer Energie, damit die batteriebetriebenen Feldgeräte über viele Jahre ohne einen Austausch der Batterie arbeiten können. Diese Lösung ist sehr sicher und zuverlässig, Emerson nutzt hier offene Standards wie IEEE 802.15.4, IEEE 802.11 (Wi-Fi) und WirelessHart.

Auf der Anlagenebene bieten kabellose Netze eine große Bandbreite, hohe Flexibilität und Erweiterungsmöglichkeiten, die aus wirtschaftlichen und betrieblichen Gründen oft benötigt werden. Smart Wireless erlaubt es, an der Stelle zu beginnen, die den dringendsten Bedarf und die höchste Priorität besitzt. Es ist nicht notwendig, in eine komplexe und teure kabellose Infrastruktur am Standort zu investieren, um eine einfache Überwachungslösung zu testen.

In harten Tests bestanden

Emersons Gateways, Feldgeräte, Zugangspunkte und Software nutzen kabellose Kommunikations-Standards, die in harten Koexistenz-Tests ihre Verträglichkeit mit anderen funkbasierten Kommunikationstechnologien bewiesen haben. So kann jeder Anwender an einem beliebigen Punkt in der Architektur beginnen und sie problemlos erweitern, wenn es das Budget und das Vertrauen in die Technologie erlauben. Wenn also beispielsweise zusätzliche Messpunkte helfen würden, die Produktqualität zu verbessern oder den Energieverbrauch zu reduzieren, empfiehlt sich ein Sensor-Netz im Feld, das mit nur einem Gateway beginnt. Wenn ein mobiler Zugang zu Felddaten notwendig ist, empfiehlt es sich, kabellose Zugangspunkte im Feld einzurichten, so dass das Anlagenpersonal die Informationen, die es benötigt, erhält – wo immer es sich befindet. Sind beide Anwendungen gleich wichtig, können beide gleichzeitig installiert werden. Kurz gesagt: Flexibilität und Skalierbarkeit bedeuten, dass an jeder Stelle begonnen werden kann, an der es sinnvoll ist – ohne in mehr Infrastruktur investieren zu müssen als unbedingt nötig. Dies zeigt die Erfahrung folgender erfolgreicher Installationen.

Schutz von heißen Asphalttanks

Bei der Hunt Refining Company in Tuscaloosa, Alabama/USA schützt Emerson Process Managements Smart Wireless Netzwerk „heiße“ Asphalttanks. Verschiedene beheizte Tanks der Raffinerie sind mit kabellosen Temperatur-Messumformern ausgestattet. Auf diese kostengünstige Art werden die Bediener in der Messwarte über den Zustand im Tank informiert. So sind sie in der Lage, die Temperatur in den Tanks einheitlich einzustellen und die Entstehung kalter Zentren („Cold Spots“) zu vermeiden, in denen eingeschlossene Feuchtigkeit zu schweren Schäden führen kann, deren Reparatur bis zu 200 000 Dollar pro Tank kostet.

Bei Hunt Refining müssen die Bediener den Asphalt in etwa zehn Tanks bei Verarbeitungstemperaturen von >100 °C halten. Dies verhindert die Bildung von Cold Spots. Wenn heißer Asphalt mit Temperaturen von 148 bis 204 °C in einen Tank eingefüllt wird, kann diese heiße Flüssigkeit durch den Asphalt, der sich aktuell in diesem Tank befindet, „durchschmelzen“ und Cold Spots erreichen. In den Cold Spots befindliche Feuchtigkeit verdampft explosionsartig, und wenn die Bediener die kalten Zentren nicht erkennen und entsprechend eingreifen, kann dadurch das Tankdach beschädigt werden.

Bei Hunt fiel die Entscheidung, Temperatursensoren in den Tanks zu installieren und die Daten in das Prozessleitsystem einzubinden. So sollten Cold Spots vermieden werden bzw. einfach zu erkennen sein, wenn sie auftreten. Eine Analyse zeigte allerdings, dass die Installation traditionell verkabelter Messpunkte teuer sein würde. Daraufhin wurde eine Testinstallation mit Emersons Smart Wireless Technologie begonnen.

Drei kabellose Rosemount Temperatur-Messumformer wurden in regelmäßigen Abständen und etwa 30 bis 60 cm über dem Boden des Tanks angebracht. Das Smart Wireless Gateway für die Messumformer war etwa 120 m entfernt und nahe dem I/O-Gebäude installiert. Zwischen Tank und Gateway sorgt ein Repeater dafür, dass alle Signale im Netzwerk zuverlässig übertragen werden. Eine Modbus-Kommunikation leitet die Temperaturdaten vom Smart Wireless Gateway zum Leitsystem der Raffinerie. Emersons vorausschauende Instandhaltungs-Software der AMS Suite ist in das Anlagen-Informationsnetz eingebunden, so dass die kabellosen Feldgeräte gemeinsam mit den verkabelten von der Software zentral verwaltet werden können. Verkabelt oder kabellos – die Daten erscheinen auf die gleiche Art und Weise.

„Diese Geräte arbeiten einfach und zuverlässig“, sagt Automatisierungs-Ingenieur Dennis Stone von Hunt Refining. „Das kabellose Netzwerk hat sich bewährt. Die Installation war einfach, und die Messumformer haben sofort, nachdem die Batterien eingesetzt waren, mit dem Gateway kommuniziert. Genauso einfach war das Gateway über eine Zweileiter-Modbus-Leitung mit dem Leitsystem verbunden. Jetzt kann jeder Computer, der Zugang zu unserem Anlagen-Informationsnetz hat, auf diese Informationen zugreifen.“

„Die kabellose Technologie hat sich sehr zuverlässig und robust gezeigt,“ so Stone weiter. „Sie wurde bereits um Temperatur-Messpunkte an weiteren Tanks erweitert, die mit einem zweiten Smart Wireless Gateway kommunizieren. Dieses Gateway empfängt auch die Daten eines einzelnen Temperatur-Messumformers, der die Temperatur des Wassers überwacht, das in den Black Warrior River eingeleitet wird. So stellen wir sicher, dass wir die Umweltauflagen erfüllen.“

Die Lagerhaltung managen

Eine weitere erfolgreiche Installation erfolgte im Technochem Environmental Complex (TEC) in Singapur. Hier wurde das Management der Lagerhaltung mit Emersons Smart Wireless Feldnetz automatisiert. Die Geräte liefern kontinuierliche Messdaten der Füllstände von 14 Lager- und Prozesstanks. TEC führt die Behandlung, Verbrennung und Destillation von chemischen Abfällen aus pharmazeutischen und petrochemischen Unternehmen aus und benötigte ein genaues Füllstand-Messsystem für seine Tanks sowie eine Möglichkeit, die Daten automatisch in eine Datenbank zu übertragen.

Anfangs wurden verkabelte Geräte in Betracht gezogen, doch die hohen Kosten für die Verkabelung, die selbst in dieser relativ kleinen Anlage angefallen wären, waren ein großes Hindernis. Als die neue kabellose Technologie vorgestellt wurde, erkannte man sofort die problemlose Installation, die Geschwindigkeit, mit der ein Feldgerät von nahezu jedem Ort in der Anlage in Betrieb gehen und kommunizieren kann, die Zuverlässigkeit des selbst organisierenden Netzwerks sowie die damit einhergehende Flexibilität und Mobilität der kabellosen Geräte.

Fazit: Solch erfolgreiche Installationen der kabellosen Technologie ermöglichen es Anwendern, wertvolle Erfahrungen zu sammeln, um Wireless auch auf breiter Basis einzusetzen.?

ACHEMA Halle 10.2, Stand K44-N45

Der Autor ist Marketing Manager Smart Wireless Europa, Emerson Process Management.

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