Messleitung frei?

Neuer Druck-Messumformer erkennt verstopfte Messleitungen

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19.07.2010 Verstopfte Messleitungen sind bei Differenzdruckmessungen in der Praxis ein häufig anzutreffendes Problem. Mit den neuen Druck-Messumformern der Serie 266 wurde das Thema nun angepackt: Eine spezielle Diagnosefunktion erkennt Verstopfungen zuverlässig. Und um die Konfiguration vor Ort auch im laufenden Betrieb unter Ex-Bedingungen zu ermöglichen, hat ABB ein weiteres Feature eingebaut: kapazitive Tasten, die sich ohne Öffnen des Gerätes durch das Display-Glas hindurch bedienen lassen.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Verstopfte Impulsleitungen sind bei der (Wirk-) Druckmessung in Chemieprozessen keine Seltenheit.
  • Mit der erweiterten Diagnosefunktion Pild des neuen Druck-Messumformers Serie 266 lassen sich verstopfte Messleitungen zuverlässig erkennen.
  • Der Sensor wird dabei im realen Prozess unter Referenzbedingungen „trainiert“ und überwacht dann im laufenden Betrieb auftretende Druckschwankungen kontinuierlich.
  • Sobald die Diagnosefunktion eine Änderung im Signalrauschen feststellt, die einen eingestellten Grenzwert überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst.
  • Eine weitere Besonderheit des Geräts sind die kapazitiven Sensortasten, die eine Bedienung im laufenden Betrieb, auch unter Ex-Bedingungen, erlauben.

Wenn eine Druckmessung konstant auf einem Wert verharrt, kann dies mehrere Ursachen haben. Selten liegt es daran, dass der Prozess „Strich“ fährt, denn auch dann kommt es in der Regel zumindest zu schwachen Schwankungen. Nicht selten liegt die Ursache darin, dass bei Differenzdruckmessungen die Druckleitungen verstopft sind. Der Grund: verschmutzte, kristallisierende oder im Winter gefrorene Medien. Die Folge: Die Messung versagt, Regelungen funktionieren nicht mehr und unter Umständen hat dies negative Auswirkungen auf die Produktqualität.

Um den Anwender in die Lage zu versetzen, solche Effekte zu vermeiden, hat ABB seiner neuen Druck-Messumformerserie 266 eine Diagnose-Software zur Erkennung von verstopften Messleitungen mitgegeben. Die erweiterte Diagnosefunktion Pild (Plugged Impulse Line Diagnostics, Erkennung verstopfter Messleitungen) überwacht Messleitungen auf Verstopfung und ermöglicht eine Fehlererkennung vor dem Ausfall der Messstelle. Der Überwachungsalgorithmus der Diagnose beruht auf der Tatsache, dass jeder dynamische Prozess ein ganz spezifisches Signalrauschen erzeugt und jede deutliche Veränderung dieses Rauschens ein Hinweis darauf sein kann, dass entweder im Prozess oder möglicherweise auch im Gerät eine Störung aufgetreten ist. Durch umfangreiche Untersuchungen konnten die Ingenieure des Herstellers eine Methode entwickeln, die äußerst zuverlässig Störungen in den Messleitungen erkennt.

Die Funktion der Pild-Diagnose lässt sich in zwei zeitlich unterschiedliche Phasen gliedern: die Trainingsphase und die Überwachungsphase. Während der Trainingsphase tastet der Drucksensor den Prozessdruck bis zu 100-mal pro Sekunde ab. Die Elektronik analysiert das Rausch-Spektrum und ermittelt so eine für die jeweilige Anwendung spezifische Charakteristik, die als Referenz für das Verhalten der Druckschwankungen bei normalem Anlagenbetrieb festgelegt wird. Wenn diese Referenz ermittelt worden ist, kann die Überwachungsphase gestartet werden.

Während der Überwachungsphase werden die auftretenden Druckschwankungen kontinuierlich kontrolliert, um Abweichungen vom einmal ermittelten Referenzrauschen zu erkennen. Selbst wenn sich der zu messende Differenzdruck und damit sich das Ausgangssignal des Messumformers während des normalen Anlagenbetriebes nicht ändert, kann sich durch eine beginnende Verstopfung der Messleitungen das Hintergrundrauschen verändern. Sobald die Diagnosefunktion eine Änderung im Rauschen feststellt, die den eingestellten Grenzwert überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst. Die Diagnose kann dabei erkennen, welche der beiden Messleitungen von der Verstopfung betroffen ist. Deshalb wird durch die Art des ausgelösten Alarms angezeigt, um welche Messleitung (Plusseite/High-Alarm oder Minusseite/Low-Alarm) es sich handelt.

Zustandsbezogene Wartung von Wirkdruckmessungen möglich

Eine typische Anwendung für den sinnvollen Einsatz dieser Funktion ist die Durchflussmessung nach dem Wirkdruckverfahren. Messleitungen können beispielsweise bei niedrigen Temperaturen verstopfen, wenn der Messstoff gefriert, des Weiteren durch Verunreinigungen im Messstoff, die die Wirkdruckleitung langsam zusetzen. Die Prozessdiagnose gibt dem Anwender jetzt die Möglichkeit zur vorbeugenden Wartung, bevor es zu ungeplanten Stillständen kommt. Eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit ist die Folge. Die Wartungskosten sind reduziert, da die Wartung nur dann durchgeführt wird, wenn es erforderlich ist und nicht zyklisch in kurzen Abständen. Zusätzlich wird die Anlage mittels zuverlässiger Wartungsergebnisse vor ungeplantem Stillstand geschützt.

Die Pild-Funktion ist eine von 34 Diagnosefunktionen des Geräts zur Verwaltung der Anlage, allein sechs davon liefern Warn- und/oder Alarmsignale zum Prozesszustand. Diese sowie Signale zu Sensoren, Elektronik, Montage und Inbetriebnahme zum Betriebszustand des Geräts sowie zu historischen Daten erlauben eine umfassende Diagnose.

Um die Wartung der Druckmessgeräte zu vereinfachen, beruht der Messumformer auf dem herstellereigenen Baukastensystem mit gleichen Komponenten für Elektronik, Elektrikgehäuse und örtlicher Anzeige. Aufgrund der modularen Konstruktion können die Geräte im Fehlerfall vor Ort repariert werden und sind innerhalb weniger Minuten wieder betriebsbereit. Elektronikeinheit und Klemmenblock sind beide steckbar ausgeführt und können somit einfach ausgetauscht werden. Von besonderem Vorteil ist dies, wenn bei Störungen schnell reagiert werden muss. Kurze Reparaturzeiten sind für verkürzte Systemausfallzeiten sehr wichtig und tragen zu längeren Produktionszeiten bei.

Die Elektronikeinheit ist selbstkonfigurierend, das heißt, die Konfigurationsdaten müssen nach Elektroniktausch nicht vom Anwender eingegeben werden, sondern sind in der Sensorelektronik gespeichert und werden automatisch geladen. Wahlweise besteht auch die Möglichkeit, die Daten der neuen Elektronik für die Gerätekonfiguration zu verwenden. Durch Austausch der Elektronik lassen sich zusätzlich die Kommunikationsprotokolle einfach und schnell ändern, ohne das Instrument neu konfigurieren zu müssen. Der Messumformer ist mit den Kommunikationsprotokollen Hart / 4…20 mA, Profibus PA und Foundation Fieldbus erhältlich.

Der große Klemmenblock erleichtert den Anschluss der Geräte im Feld. Er ist standardmäßig mit einer dritten Klemme zum Anschluss eines externen Anzeigers oder eines Strommessgerätes zur Überprüfung des Messumformers ausgestattet. Die aufgedruckte Teilenummer ermöglicht eine schnelle Identifikation.

Bedienung durchs Display unter Ex-Bedingungen

Für eine einfache Handhabung wurde das Bedienkonzept auf Basis der produktlinienübergreifenden, einheitlichen Bedienphilosophie des Herstellers realisiert. Der intuitiv bedienbare LCD-Anzeiger ermöglicht eine Vor-Ort-Bedienung im Feld. Damit ist die Konfiguration zur Anpassung an die jeweilige Messstelle über eine PC-gestützte Bediensoftware, Hand-Held-Terminal oder über lokale Bedienelemente möglich – und zwar auch in explosionsgefährdeten Umgebungen.

Dies wird durch die sogenannte TTG-Technologie (Through The Glass) mit kapazitiven Tasten möglich. Dadurch kann der Druck-Messumformer durch das Glas der Geräteabdeckung hindurch bedient werden. Dies wurde erstmals bei Geräten in Zweileitertechnik realisiert und erlaubt die Bedienung der vier Tasten am Display des Messumformers, dem Human Machine Interface (HMI), und damit die Geräte-Konfiguration, ohne den Gehäusedeckel entfernen zu müssen. Alle wichtigen Parameter können rasch eingegeben werden. Die kapazitiven Tasten sind insbesondere in der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ bei explosionsgeschützten Geräten (Ex d) von großem Vorteil, weil die zeitaufwendigen Prozeduren („Feuerschein“), die vor Öffnen des Gehäuses notwendig sind, entfallen können. Das spart Zeit- und Kosten. Von außen zugängliche Tasten für Nullpunkt, Messspanne und Schreibschutz ermöglichen eine schnelle, sichere Einstellung der wesentlichen Parameter des Druck-Messumformers, auch wenn kein Anzeiger vorhanden ist. Diese Taster sind magnetisch mit der Elektronik gekoppelt, erfordern also keine Dichtungen am Gehäuse.

Dem Anwender stehen verschiedene Gerätegenauigkeiten von 0,06 Prozent bis 0,025 Prozent der Messspanne zur Verfügung. Die Messgenauigkeit lässt sich damit an unterschiedlichste Applikations- und Kostenanforderungen anpassen. Durch die Auswahlmöglichkeit des Messbereiches zwischen 0,05 kPa und 60 MPa eignet sich die Serie 266 für den Einsatz in verschiedensten Anwendungen.

Der Messumformer hat eine Stabilität von m 0,15 Prozent der oberen Messbereichsgrenze (URL) über zehn Jahre. Daraus resultieren lange Intervalle zwischen den einzelnen Nachkalibrierungen und niedrige Wartungskosten. Der Messumformer kann einkanalig in in Umgebungen gemäß SIL2 eingesetzt werden, zweikanalig auch bis SIL3.

 

Heftausgabe: Juli 2010
Gerhard Lütkepohl, Global Product Manager Pressure Management, ABB

Über den Autor

Gerhard Lütkepohl, Global Product Manager Pressure Management, ABB

Autor: Gerhard Lütkepohl ist bei ABB für das Produktmanagement von Druckmesstechnik zuständig

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