A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Diagnosetools für die Feldinstrumentierung

Bild 1. Die magnetisch-induktiven Durchfluss-Messgeräte der Familien Hygienicmaster (links) und Processmaster verfügen über die Diagnosefunktionalität gemäß Namur-Empfehlung NE 107

Bild 2. Die Meldungen des Hart Device Type Managers erleichtern die Diagnose

Bild 3. Alle neuen Produktlinien haben ein einheitliches Bedienkonzept

Bei der Betrachtung möglicher Fehler in der Mess- und Automatisierungstechnik kann zwischen Störungen, die zuerst minimal sind, sich aber über einen längeren Zeitraum zu einer gravierenden Störung entwickeln, und plötzlich auftretenden Störungen unterschieden werden. Dabei können beide Fehlerarten den Prozess erheblich stören. Tools und Funktionen zur Fehlerdiagnose helfen dabei die Verfügbarkeit von Messtechnik zu erhöhen und unterstützen die Qualitätssicherung.

Da eine plötzlich auftretende Störung in vielen Fällen sofort erkannt wird, kommt es bei den hergestellten Produkten nicht zu einer Qualitätsminderung. Gefährlicher für die Qualität des Endprodukts sind Störungen, die mit der Betriebsdauer langsam zunehmen, und damit meist unbemerkt bleiben. Diese Art von Fehler kann unter anderem im Bereich der mechanischen Feldinstrumentierung auftreten. Beispiele dafür sind Lagerverschleiß und Dichtungsprobleme (Schlupf) bei mechanischen Durchflussmessgeräten wie Turbinen- oder Ovalradzählern. So können mechanische Belastungen von Lagerungen bei Regelventilen die Reibungsverhältnisse verändern. Andere Fehlerursachen können Fühlerbruch oder Drift durch Erschütterung bei Temperatur-Messtechnik, leere Rohrleitungen oder Elektronikfehler sein.
Schleichende Fehler entdecken
Wenn ein Temperaturfühler die Temperatur nicht mehr korrekt misst, besteht die Möglichkeit, dass ein Produkt in der Nahrungsmittelproduktion beispielsweise nicht ausreichend pasteurisiert ist. Treten Fehler bei der Durchflussmessung auf, können zum Beispiel Mischungsspezifikationen verfälscht werden. Dann lassen sich Produkte kaum noch mit einheitlichem Geschmack produzieren. Die Herstellung von Fruchtjoghurt verursacht für den Hersteller unnötige Kosten, wenn die Automation mehr Frucht als vorgesehen beimischt.
Während sich Druck- und Temperatursensoren vergleichsweise leicht und schnell vor Ort überprüfen lassen, muss man einen Durchflussmesser zur Überprüfung meist ausbauen und eventuell auf einem Prüfstand neu kalibrieren. Treten innerhalb der Wartungsperiode Fehler auf, werden diese nur im Labor, oder über einen zu großen, beziehungsweise zu geringen Verbrauch eines Produkts festgestellt. Hier können integrierte Selbstüberprüfungstools und Diagnosesoftware nicht nur das Wartungspersonal unterstützen und die Anlagenverfügbarkeit erhöhen, sondern auch wesentlich zur Qualitätssicherung beitragen.
Integrierte Diagnosefunktionalität
Aus diesen Gründen hat ABB bei der Neuentwicklung der magnetisch-induktiven Durchflussmesser Processmaster und Hygienicmaster (Bild 1) umfassende Diagnosefunktionalität in die Messumformer der Geräte implementiert. Sie überwacht das Gerät und den Prozess. Die zugehörigen Fehlermeldungen sind nach der Namur-Empfehlung NE 107 klassifiziert und mit den entsprechenden Symbolen für „Ausfall“, „Funktionskontrolle“, „Wartungsbedarf“ und „Außerhalb der Spezifikation“ ver¬sehen. Klartextanzeigen über mögliche Ursachen und Handlungsanweisungen unterstützen den Anwender bei einer Entscheidung zur weiteren Problembehandlung. So werden Fehler wie leere Rohrleitungen, aber auch Elektronikfehler erkannt.
Kommunikation bei der Fehlererkennung
Alle Alarme lassen sich über Hart- beziehungsweise Feldbus-Kommunikation auslesen und auf einem Leitsystem oder einem PC darstellen. In großen Anlagen, die über einen langen Zeitraum betrieben werden, fließen diese Informationen in Maintenance- oder Assetmanagement-Systeme ein. Anders sieht es bei Produktionsanlagen, beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie, aus. Sie sind oft für schnelllebige Produkte ausgelegt und modular aufgebaut. Die Anlagentechnik muss dementsprechend flexibel und bei einem neuen Produkt schnell umstellbar sein. Deswegen ist hier auch die Automatisierungstechnik modular und aufwendige Assetmanagement-Software kommt selten zum Einsatz. Auf die wichtigen Diagnose- und Qualitätssicherungsmeldungen sollte dennoch nicht verzichtet werden. Die magnetisch-induktiven Durchflussmesser signalisieren dem Leitsystem Fehlermeldungen über einen Kontaktausgang. Über den Hart-DTM (Device Type Manager) kann der Bediener einfach von der Leitwarte aus auf das Gerät zugreifen und erhält weitere Details und Handlungsanweisungen zur Fehlermeldung.
Diagnosemöglichkeiten bei der Durchflussmessung
Der magnetisch-induktive Durchflussmesser FSM4000, ein Gerät mit Wechselfelderregung für schwierige Prozessanforderungen, wie hohe Feststoffanteile im Medium, oszillierender Förderbetrieb oder niedrige Leitfähigkeit, bietet ein hohes Maß an Diagnosefähigkeit. Änderungen im Treiber- beziehungsweise Spulenkreis werden durch die Überwachung des Spulenstroms erkannt, eventuelle Windungsschlüsse durch den Spulenwiderstand. Eine Veränderung des Spulenisolationswiderstands zeigt zum Beispiel das Eindringen von Feuchtigkeit in den Aufnehmer oder den Anschlusskasten an. Eine Erhöhung der Spulentemperatur lässt auf eine Überbelastung des Geräts durch zu hohe Messstofftemperatur schließen. Auch der Einfluss von magnetischen Fremdfeldern, die die Messgenauigkeit beeinflussen, ist diagnostizierbar. Mediumveränderungen, wie erhöhter Feststoffanteil, lassen sich über das Signal/Rauschverhältnis erkennen. Ein verändertes Strömungsprofil identifiziert der Durchflussmesser durch die Auswertung der Elektrodenbalance. Von allen elektroden- und spulenrelevanten Daten können verschiedene Momentaufnahmen (Fingerprints) angelegt werden, zum Beispiel bei der Werkseinstellung oder der Inbetriebnahme. Stellt ein Servicemitarbeiter bei einer Wartung fest, dass der Fingerprint mit den aktuellen Daten übereinstimmt, kann er darauf schließen, dass das Gerät in Ordnung ist und der Ausbau sowie die Überprüfung auf einem Prüfstand überflüssig sind.
Doppelte Kontrolle bei der Temperaturmessung
Temperatursensoren werden häufig nur auf Drahtbruch überwacht. Auch die Drift der Sensoren lässt sich kontrollieren, wenn man einen Doppel-Pt 100 oder zwei Sensoren für die gleiche Messstelle verwendet. Für solche Anwendungen bietet sich der Hart-, Profibus PA- und Foundation Fieldbus-fähige Temperatur-Messumformer TTH300 von ABB an, an den sich zwei Sensoren anschließen lassen. Er schaltet bei Ausfall eines Sensors auf den verbleibenden Sensor um, sodass laufende Prozesse auch im Fehlerfall noch zu Ende gefahren werden können. Der Messumformer überwacht die angeschlossenen Sensoren auch auf Drift. Entfernen sich beide Messwerte voneinander, meldet er dies dem Bediener über den Hart Device Type Manager (Bild 2). Da bei einem 2-Leiter-Transmitter ein zusätzlicher Kontakt die 2-Draht-Philosophie stören würde, geht ABB hier für die einfache Meldung einen anderen Weg. Auf das (4…20)mA–Signal wird ein periodischer Impuls modelliert, der in seiner Länge und Periode konfigurierbar ist. Über diesen Impuls ist in der Regeleinrichtung ein Alarm generierbar. Der Impuls selbst lässt sich für die Regelung über einen Nadelimpulsfilter ausblenden.
Einheitliches Bedienkonzept
Um die Informationen in den Geräten leicht zugänglich zu machen, stattet ABB alle neu entwickelten Geräte mit einer intuitiv zu bedienenden Oberfläche aus. Die Benutzerführung ist ähnlich der eines mobilen Telefons und somit leicht verständlich. Das produktlinienübergreifende, einheitliche Bedienkonzept wurde bereits bei der FlowMaster-Produktfamilie, bei Temperatur- und Druck-Messumformern, bei Bildschirmschreibern sowie bei Analysengeräten eingeführt (Bild 3).

Der Beitrag als pdf