Steuerungstechnik inklusive

Kolbenmembran-Dosierpumpen steuern und überwachen sich selbst

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

12.06.2019 Der Pumpenhersteller Alltech Dosieranlagen hat für seine Kolbenmembran-Dosierpumpen eine eigene Steuerung entwickelt, mit der sich die Pumpe selbst steuern und überwachen kann. Dadurch wird die zentrale Anlagensteuerung von diesen Aufgaben entlastet – die Pumpe meldet nur noch die Betriebsdaten und den Zustand an das Leitsystem.

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Eine Dosierpumpe mit eigener Steuerung/Überwachung lässt sich einfacher in die Leittechnik einer Anlage integrieren als eine Pumpe, die von der Leittechnik gesteuert und überwacht werden muss.
  • Kolbenmembran-Dosierpumpen sind hermetisch sicher und äußerst genau dosierend.
  • Für autarke Dosierstationen einschließlich der Chemikalienlagerung ist eine Zulassung als Ganzes (CE-Konformitätserklärung) nach dem Wasserhaushaltsgesetz möglich, wenn eine Kolbenmembran-Dosierpumpe mit eigener Steuerung und Überwachung eingesetzt wird.

Alltech_Bild 1_Kolbenmembranpumpe.

1: Kolbenmembran-Dosierpumpe mit eigener Steuerung: Sie regelt selbstständig die vorgegebene Dosiermenge und überwacht den Systemdruck. Bilder: Alltech

Dies hat mehrere Vorteile, beispielsweise vereinfacht sich die Integration der Pumpe in das Leitsystem. Und weil solche Dosiersysteme auch unabhängig von einem Leitsystem arbeiten können, lassen sich dadurch autarke Dosierstationen einfacher realisieren.

Zur Überwachung und Steuerung von Kolbenmembran-Dosierpumpen wurden bislang üblicherweise verschiedene Sensoren an der Pumpe angebracht. Sie lieferten ihre Messdaten an ein Leitsystem, das die Messdaten prüfte und bewertete. Diese Überwachung und Steuerung der Pumpe war somit die Aufgabe des übergeordneten Leitsystems, für das die Pumpe nur eines von vielen Aggregaten der Gesamtanlage war. Alltech hat nun an der Pumpe selbst eine Steuerung mit Bedienterminal angebracht. Sie bewertet und zeigt alle Sensordaten der Pumpe an Ort und Stelle an; nur das Ergebnis der internen Messdatenauswertung wird an das externe Leitsystem übermittelt.

Schnelle Integration und einfache Schnittstellen

Diese weitgehend autarke Pumpensteuerung hat zwei wesentliche Vorteile: Zum einen lässt sich ein solches System recht schnell und unkompliziert in die Automatisierungstechnik einer bestehenden Anlage integrieren. Die Pumpe meldet nämlich nur noch die Betriebsdaten und den Zustand an das Leitsystem. Im übergeordneten Leitsystem muss also nicht viel programmiert werden, um die neue Pumpe einzubinden. Der zweite Vorteil ist die Vereinfachung der Schnittstelle zum Leitsystem. Die Datenkommunikation zum Leitsystem wird durch die pumpeninterne Steuerung stark vermindert, weil sich die Pumpe jetzt selbst überwacht. Der Anlagenbetreiber erhält damit auch eine funktionierende Einheit, deren technisches Zusammenspiel geprüft und erprobt ist. Zudem kennt wohl kein anderer die Geräte besser als der Pumpenhersteller selbst und weiß, wie man sie am besten überwacht. Die übergeordneten Leitsysteme dagegen werden von anderen Firmen entwickelt; sie haben ihr Know-how im Programmieren, in der IT oder in der Anlagensteuerung – aber sie sind keine Experten für unterschiedliche Pumpentypen und unterschiedliche Sensoren.

Dosiermengen über zwei Stellgrößen steuern

Alltech_Bild 2_Kolbenmembranpumpe.

2: Die Menü-Bedienung und die Einstellung der Dosiermengen erfolgen bei der Pumpensteuerung über das Bedienfeld. Darin ist das Einstellmenü in einzelne Untermenüs aufgeteilt.

Die Dosierleistung von Kolbenmembran-Dosierpumpen mit eigener Steuerung lässt sich über zwei Stellgrößen variieren. Mit der Hublängenverstellung kann das pro Hub verdrängte Volumen der Hydraulikflüssigkeit im Dosierkolben verstellt werden. Die Einstellung des Hubvolumens erfolgt linear von 0 bis 100 % bei Stillstand oder Betrieb. Die zweite Regelgröße ist die Hubfrequenz des Kolbens, die sich mit der Motordrehzahl einstellen lässt.

Der in der Steuerungs-Software abgebildete Regler steuert die Frequenz des Motors durch einen Vergleich der Soll-Förderleistung mit dem Ist-Durchfluss. Wird die Hublänge verstellt, führt der Regler die Frequenz nach, damit sich der Durchfluss nicht ändert. Wird die Frequenz des Motors zu groß oder zu klein, wird über die Hublängenverstellung gegengesteuert. In der Praxis wird für die Frequenz ein optimaler Bereich definiert. Kurz bevor dieser Bereich verlassen wird, regelt die Steuerung entgegen, indem sie die Hublänge so verstellt, dass die Frequenz wieder in die Mitte des optimalen Bereichs gelangt. Die Hublänge wird von der Steuerung elektrisch über einen Stellmotor verändert. Die aktuelle Position wird über einen Geber erfasst. Dadurch kann eine genaue Einstellung per Software vorweggenommen werden.

Der Stellmotor kann sehr feine Schritte ausführen. Dadurch werden ein hoher Einstellbereich und eine genaue Einstellung gewährleistet. In der neuen Steuerung wird auch die Über-/Unterdrucküberwachung realisiert. Außerdem können zahlreiche Leistungsparameter überwacht werden.

Die Kolbenmembran-Dosierpumpe regelt selbstständig die vorgegebene Dosiermenge und überwacht den Systemdruck. Alle Betriebs- und Störmeldungen werden angezeigt, gespeichert und digital gemeldet. Weil die neue Steuerung über zwei analoge Eingänge verfügt, kann die Regelung der Dosierleistung, beispielsweise zur Phosphatfällung in einer Kläranlage, über die Abwassermenge wie auch über die Phosphatfracht erfolgen. Über das Display der Dosierpumpe kann zusätzlich ein ß-Wert eingestellt werden, der das Verhältnis noch bewertet.
Alternativ kann auch nur ein Analogeingang den Soll-Wert vorgeben. Der Durchfluss wird entweder intern berechnet oder kann von einem externen magnetisch-induktiven Durchflussmesser (MID) zurückgeführt werden. Der Druck im Kolben wird über einen Drucksensor gemessen. Die Hubzahl, die aktuelle Hublänge und die in der Steuerung gespeicherten Pumpendaten werden überwacht und der aktuelle Durchfluss angezeigt. Dieser dient als Ist-Wert für die Regelung.

Die Dosierpumpe lässt sich auch für einen Chargenbetrieb einstellen, bei dem die Fördermenge und Chargendauer individuell wählbar sind. Im Chargenbetrieb wird nach dem Startbefehl der Ist-Wert des Durchflusses integriert, bis die eingestellte Menge (Förderleistung und Fördermenge) erreicht ist. Ist das geschehen, wird die Dosierpumpe abgeschaltet. Sie wartet dann auf den Start der nächsten Charge. Die Dosiergenauigkeit der Kolbenmembran-Dosierpumpe ist besser als ± 1 % und reproduzierbar. Der Kolbenhub lässt sich bei Betrieb und Stillstand stufenlos linear im Bereich von 0 bis 100 % verstellen.

Hand- oder Automatikbetrieb

Die Menü-Bedienung und die Einstellung der Dosiermengen erfolgen bei der Pumpensteuerung über ein Bedienfeld. Darin ist das Einstellmenü in einzelne Untermenüs aufgeteilt, um eine einfache und übersichtliche Einstellung der Parameter zu ermöglichen. Die Steuerung kann sowohl im Hand- als auch im Automatikbetrieb arbeiten. Im Handbetrieb lässt sich beispielsweise nach dem Drücken der Enter-Taste die gewünschte Durchflussmenge mit den Hoch- und Runter-Tasten einstellen. Im Automatikbetrieb können die beiden Betriebsmodi „Durchfluss“ und „Charge“ gewählt werden.

Im Modus „Durchfluss“ wird der Soll-Wert für die Förderleistung entweder von Hand eingegeben, von extern über bis zu zwei Analogeingänge vorgegeben oder optional über Feldbus kommuniziert. Wenn beide Analogeingänge ausgewählt sind, wird die resultierende Förderleistung in der Software berechnet. Die Freigabe erfolgt über die digitalen Eingänge oder über den optionalen Feldbus. Im Modus „Charge“ kann der Anwender von Hand eine Förderleistung und eine Fördermenge pro Charge eingeben.

Ventil verhindert Überlastung der Pumpe

Kolbenmembran-Dosierpumpen müssen in der chemischen Industrie häufig korrosiven und abrasiven Dosiermedien standhalten. Auch die Temperatur des Dosiermediums oder die Umgebungstemperatur der Dosierpumpen sind bei der Auslegung zu beachten. Unter diesen solchen Bedingungen sind die Anforderungen an die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit hoch. Kolbenmembran-Dosierpumpen vereinen die Vorteile der Membranpumpe und der Kolbenpumpe und werden so den Anforderungen gerecht.

Ein weiteres Sicherheitselement ist ein Überdruckventil nach DIN EN 809, das in die Hydraulikeinheit der Dosierpumpe integriert ist. Dieses Überdruckventil kommt nur mit der Hydraulikflüssigkeit in Kontakt; so wird eine zuverlässige Funktionsweise gesichert. Eine Verstopfung oder Verunreinigung des Ventils durch das Dosiermedium ist somit ausgeschlossen. Wird bei einer Störung die Saug- oder Druckseite der Pumpe blockiert, öffnet das Überdruckventil, sodass eine Überlastung von Pumpe und Leitungssystem sicher verhindert wird. Neben der Sicherung der Funktionalität trägt diese spezielle Konstruktion auch zur Sicherheit des Betriebspersonals und der Anlage bei. Sobald das Überdruckventil anspricht, erhält der Betreiber eine akustische Meldung oder zusätzlich auch einen elektrischen Alarm. Überdies hat dieses spezielle Überdruckventil den Vorteil, dass auch Fehler/Störungen auf der Saugseite angezeigt werden.

Das Doppelmembransystem ist eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung. Beim Bruch einer Membran schützt die zweite die Dosierflüssigkeit vor einer Verunreinigung mit der Hydraulikflüssigkeit und die Pumpe selbst. Und natürlich kann die Pumpe bei einem Membranbruch gestoppt werden. Zudem wird eine Störmeldung – optisch und elektrisch – erzeugt.

Dosierstationen werden zu mobilen Container-Lösungen weiterentwickelt

140895_3_container-lösung_petrochemie

3: Dosierstation für eine Abwasserbehandlung mit Polyaluminiumchlorid. In dem Container ist die gesamte Dosiertechnik mit Kolbenmembran-Dosierpumpe eingebaut einschließlich Vorratsbehälter und Auffangwanne.

Die Unabhängigkeit von Kolbenmembran-Dosierpumpe von übergeordneten Leitsystemen durch die eigene Steuerung ermöglicht auch eine Weiterentwicklung von Dosierstationen hin zu mobilen Container-Lösungen. Dabei wird die Dosierpumpe mit allen Peripheriegeräten in einen Container eingebaut und an einem geeigneten Platz aufgestellt. Die Dosierstation wird also einschließlich Vorratsbehälter komplett vorfabriziert angeliefert. Vor Ort lassen sich so aufwendige Änderungen oder Anpassungen der Anlage vermeiden.

Ein Beispiel: Ein petrochemisches Unternehmen benötigte für die werkseigene Abwasserbehandlung eine maßgeschneiderte Lösung zur Dosierung von Polyaluminiumchlorid, das als wassergefährdende Chemikalie eingestuft ist. Dazu wurde die komplette Dosiertechnik einschließlich Vorratsbehälter und Auffangwanne in einem 20 Fuß langen Container (6,10 m) eingebaut. Zum Schutz des Betriebspersonals vor der Chemikalie wurde die Dosierstation zusätzlich mit einem abnehmbaren Spritzschutz ausgestattet.

Eine weitere Kundenvorgabe war die Bedienerfreundlichkeit der Dosierstation; daher verfügt sie über Spülanschlüsse, Kalibriergefäße und Durchflussmesser (MIDs). Der Vorratsbehälter dient außerdem dem sicheren Aufstellen und Entleeren der Transportbehälter (IBCs) mit der Chemikalie. Mit Hilfe eines Staplers lassen sich die IBCs direkt auf den Behälter positionieren und dann in den Vorratsbehälter entleeren. Geliefert wurde also ein Komplettpaket von der Planung bis zum Einbau, mit Inbetriebnahme und Personalschulung. Umrüstungen der Infrastruktur auf dem Werksgelände der Raffinerie waren nicht erforderlich.

Die Möglichkeit der Selbstkontrolle der Kolbenmembran-Dosierpumpe birgt noch einen weiteren Vorteil: Für die autarke Dosierstation einschließlich der Chemikalienlagerung kann man als Ganzes eine Konformitätserklärung gemäß CE ausfertigen.

alltech-dosieranlagen.de

Heftausgabe: Juni/2019

Über den Autor

Ladislaus Bach ist Leiter Marketing und Vertrieb bei Alltech Dosieranlagen
Loader-Icon