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Optimale Prozesssteuerung in der Zuckerproduktion

Sichere Signale für Süßes

von Dipl.–Ing. Andreas Grimsehl

Das Unternehmen Suiker Unie in den Niederlanden zählt mit 1Mio. Tonnen produziertem Zucker zu den größten Herstellern Europas. Allein im Werk in Groningen werden pro Jahr 450.000 Tonnen Zucker in unterschiedlichen Qualitäten hergestellt. Während einer Zuckerkampagne zwischen September und Januar wird Tag und Nacht im Schnitt alle zwei Minuten ein LKW mit Zuckerrüben entladen. Ins­gesamt müssen 3Mio. Tonnen Rüben gewaschen, geschnitten, ­gekocht und kristallisiert werden.

Maßgeblich für die Anlagenverfügbarkeit und einen reibungslosen Prozessablauf ist eine zuverlässige Signalübertragung zwischen Feldgerät und Prozessleitsystem. Die von Suiker Unie eingesetzten Signaltrenner von Pepperl+Fuchs stellen eine zuverlässige Signalübertragung sowie eine fehlerfreie Mess­datenerfassung und -auswertung ­zwischen den Sensoren in der Anlage und der Steuer­ungsebene sicher. Eine der häufigsten Störungen hierbei sind Erdschleifen. Diese erzeugen im Signalleiter einen Ausgleichs­strom, der zu Messabweichungen führt und die Kommunikation so stark beeinträchtigen­ kann, dass eine zuverlässige Prozessüberwachung und -steuerung nicht mehr möglich ist.

Zentrale Funktionen: galvanische Trennung und Signalwandlung

Durch eine galvanische Trennung von Feld- und Steuerungsseite wird die Über­lagerung des Nutz­signals durch Störspannungen und -ströme verhindert. Gerade bei einem weit verzweigten Anlagenaufbau wie bei Suiker Unie stellt dies die ideale Lösung dar, um auch Brummschleifen bei der Übertragung von analogen und digitalen Signalen zu verhindern. Die galvanische Trennung wird mithilfe eines Signaltrenners ermöglicht, in den entweder ein Transformator (induktive galvanische Trennung) oder ein Optokoppler integriert ist. Dieser Interface-Baustein unterbricht die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen beiden Stromkreisen, sodass die Ladungsträger nicht mehr von einem zum anderen fließen können. Die Übertragung der Prozesssignale erfolgt stattdessen über das Magnetfeld beziehungsweise ein optisches Sender-Empfängersystem.

Zu den zentralen Funktionen eines Signaltrenners gehört auch die Umformung von Feld in Normsignale. Dies ist nötig, um beispielsweise unterschiedliche Messgrößen aus dem Feld in Steuerungs- oder Leitsystemen überhaupt verarbeiten zu können. Der Signaltrenner erfasst die Signale von Sensoren wie Thermoelementen, Widerstandstemperaturmessfühlern (RTD) oder anderen Gebern und wandelt sie in die ­typischen Normsignale 0/2…10V oder 0/4…20mA um. Die Wandlung in 0/4…20mA ist auch für binäre Frequenzsignale von NAMUR-Sensoren oder mechanischen Kon­takten möglich. Programmiert werden alle genannten Funktionen einfach und schnell über Dip-Schalter an der Frontseite des Gerätes oder mittels PC.

Überwachung der Förderwege

Signaltrenner werden in der Prozesstechnik nicht nur wegen der galvanischen Trennung­ eingesetzt. Darüber hinaus bieten sie dem Betreiber unterschiedliche Funktionen zur Erfassung, Verstärkung und Wandlung von Temperaturen, Frequenzen sowie anderer analoger und digitaler Signale. Zu den in der Produktion von Suiker Unie eingesetzten Signaltrennern gehören daher auch die Drehzahlwächter KFD2-DWB-1.D von Pepperl+Fuchs. Die Notwendigkeit dieser Funktionen im Prozess erläutert Dick Schippers von ­Suiker Unie: „Eine unserer zentralen Anforderungen ist eine möglichst hohe Verfügbarkeit der zahlreichen Antriebsmotoren von Förderbändern, Trockentrommeln und Zentrifugen in den einzelnen Prozessschritten der Zuckerproduktion.“

Die Überwachung der Drehzahlüberschreitung oder -unterschreitung erfolgt durch Abgleich der tatsächlichen Drehzahl mit einem voreinstellbaren Grenzwert. Der Drehzahlwert wird in Form eines binären Signals von einem NAMUR-Sensor oder einem ­mechanischen Kontakt bereitgestellt. Im Drehzahlwächter wird die momentane Drehzahl mit einem Grenzwert verglichen, der zwischen 1mHz und 12kHz liegen kann. Liegt die Drehzahl außerhalb des zulässigen Drehzahlbereiches, wird ein Alarm ausgelöst.

Integraler Bestandteil des bewährten K-Systems

Zur Verringerung der Verdrahtungs- und Installationskosten von Interface-Bausteinen bietet Pepperl+Fuchs die Spannungsversor­gung über Power Rail an. Das Einlegeteil für die Normschiene mit integrierten Leitern­ versorgt den Signaltrenner rückseitig­ mit 24 VDC und ermöglicht darüber hinaus die Sammelmeldung von Leitungsfehlern des Feldkreises. Damit werden Signalleitungen in der rauen Prozessumgebung permanent auf Unterbrechung oder Kurzschluss überwacht und der Anwender kann Störungen rechtzeitig erkennen.

Der Signaltrenner KFD2-DWB-1.D mit Dreh­zahlüberwachung gehört zum K-System von Pepperl+Fuchs. Es bietet neben einem großen Portfolio an Signaltrennern auch ­eigensichere Trennbarrieren für Anwendungen im Ex-Bereich in großer Vielfalt an. Das umfangreiche Programm umfasst circa 200 verschiedene Interface-Bausteine für die Montage auf einer 35mm-Normschiene.­

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