Einblick in den Prozess

Ex-Kamerasysteme eröffnen neue Möglichkeiten für Safety und Automatisierung

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20.03.2014 One man and a dog - auf diesen kurzen Nenner brachten Prozessautomatisierer schon vor fast zwei Jahrzehnten ihre Vision, wie viel Betriebspersonal künftig notwendig sein würde, um eine Chemieanlage zu fahren.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Kamerasysteme werden auch in explosionsgefährdeten Bereichen immer häufiger eingesetzt. Sie erlauben den Einblick in Produktionsumgebungen und -prozesse, ohne Mitarbeiter vor Ort zu gefährden.
  • Da sich digitale Bilddaten in Unternehmensnetze und auch das Internet einspeisen lassen, sind Kamerasysteme für Aufgaben zur Fernüberwachung prädestiniert.
  • Eine neue Baureihe an Ex-Kameras ermöglicht es, sogar bei einer Lichtstärke von 0,0004 Lux – für das menschliche Auge bedeutet dies vollständige Dunkelheit – noch Bilder aufzunehmen.

Heute ist diese Vision längst Realität geworden: In großen Chemieunternehmen werden bereits mehrere Anlagen von einer einzigen Leitwarte aus gefahren – und immer häufiger auch standortübergreifend. Aber nicht nur in der Chemie. „Biogas- oder Kläranlagen werden längst ohne Personal vor Ort betrieben“, verdeutlicht Dr. Hans Georg Müller, Geschäftsführer der Allschwiler Max Müller AG. Und weil trotzdem häufig ein Blick in die Anlage und auch in die Reaktoren notwendig ist, hat der für Schaugläser und Schauglasleuchten bekannte Schweizer Anbieter sein Programm vor einigen Jahren um Kamerasysteme erweitert.

„Wir sehen eine steigende Zahl an Anwendungen für Kamerasysteme. Das sind einerseits Prozesse, in denen Mitarbeiter vor toxischen Stoffen geschützt werden müssen, andererseits geht es beispielsweise in Steril- und Reinraumanwendungen darum, den Aufwand für das Umkleiden von Mitarbeitern zu reduzieren“, erläutert Müller. Aber auch in klassischen Anlagen werden Kameras immer häufiger eingesetzt. So berichtet der Hersteller von einem Rohrleitungssystem, das segmentweise per Schieber abgetrennt werden kann. In der Vergangenheit kam es an diesen Schiebern immer wieder zu Leckagen, durch die die Produktionsumgebung kontaminiert wurde. Mit der Konsequenz, dass große Stillstandszeiten für die Reinigung bzw. Dekontamination in Kauf genommen werden mussten. Da die Leckagen in Form eines weißen Nebels sichtbar werden, entstand die Idee, die Schieber per Kamera zu überwachen. Die an die Kameras angeschlossene Bildverarbeitung wurde dazu so programmiert, dass das System Alarm auslöst und die Förderpumpen stoppt, sobald der Videostrom ein vom Normalfall abweichendes Bewegungsprofil aufweist (Motion Detection). Dadurch reduzieren sich die Stillstands- und Dekontaminationszeiten erheblich.
Aber auch Inbetriebnahmeprozesse lassen sich durch den Einsatz von Kameras deutlich einfacher und effizienter durchführen. So gelang es beispielsweise einem Hersteller von Trocknern und Mischern die Inbetriebnahme seiner Maschinen in einer Anlage in China vom heimischen europäischen Standort aus online zu begleiten.

Technikumsversuche bequem vom
Besprechungszimmer aus beobachten

„Rüstet man ein Technikum – beispielsweise zur Durchführung von Schüttgutversuchen – mit Kameras aus, dann lassen sich Versuche für Kunden auch von einem Besprechungszimmer aus beobachten. Die gespeicherten Aufnahmen kann der Kunde dann auch in seiner Firma in Ruhe analysieren und bewerten. Dadurch können Technikumsbetreiber und deren Kunden Zeit sparen“, berichtet Müller von einem weiteren Anwendungsfall.

Da sich digitale Bilddaten in Unternehmensnetze und auch das Internet einspeisen lassen, sind Kamerasysteme für Aufgaben zur Fernüberwachung prädestiniert. Bei Max Müller beschränkt man sich allerdings auf den Spezialfall der explosionsgefährdeten Umgebungen: Alle Kamerasysteme sind durch ihre Konstruktion für den Einsatz im Ex-Bereich konzipiert. Die Klassifizierung reicht dabei bis hin zur Ausführung in Ex d IIC T6 – der höchsten Ex-Klassifizierung überhaupt: die Kameras sind für Anwendungen für Gas-Ex- wie auch für Staub-Ex-Zonen zugelassen.

Ein weiterer Aspekt beim Einsatz von Prozesskameras ist die Dokumentation des Bildmaterials. Dies kann einerseits aus Gründen der Sicherheit und Rückverfolgbarkeit geschehen, andererseits können damit Ursachen für Chargenschwankungen analysiert werden. „Auch die Einbindung von Kamerasystemen in die Prozesssteuerung ist realisierbar“, ist sich Müller sicher. Der technischen Entwicklung kommt dabei zugute, dass die Empfindlichkeit der Kamerasensoren stetig steigt und die Systeme deshalb immer kleiner werden. Dadurch kann der Inhalt von Apparaten auch durch immer kleinere Schaugläser überwacht werden. Damit einher geht die Entwicklung der Beleuchtungstechnik – auch diese wird durch den Einsatz moderner LED-Technik und durch die Verwendung von Glasfaser-Lichtleitern immer kompakter.

Nachtaufnahmen mit kompakter Ex-Kamera
Die Videolux Nitezoom genannte Baureihe von Ex-Kameras ermöglicht es, sogar bei einer Objektausleuchtungsstärke von nur 0,0004 Lux – für das menschliche Auge bedeutet dies vollständige Dunkelheit – noch Bilder aufzunehmen. Das kompakte Gerät verfügt über ein 10-fach Motorzoomobjektiv und kann damit auch aus der Ferne die zu beobachtende Situation angepasst werden. Das IP 67 geschützte Gehäuse in Ex-Ausführung (Ex d IIB oder IIC T6) gibt es auch mit Heizung, wodurch sich das Beschlagen des Kamerafensters verhindern lässt. Damit kann die Kamera im Temperaturbereich von -20 bis 50 °C betrieben werden. Das Edelstahlgehäuse der Geräteserie hat einen Außendurchmesser von lediglich 79 mm.

Für die Verbindung mit der Außenwelt sowie zur Steuerung greift der Hersteller auf Standards zurück. Die Steuerung erfolgt über das Visca-Protokoll, das sowohl für CCTV-Appplikationen als auch zur industriellen Bildverarbeitung verwendet wird. Als Digitalisierungseinheit kommt das Connection Rail-System zum Einsatz. Dieses besteht aus einem Videoserver, der zur Bilddarstellung und Steuerung der Kamera über einen konventionellen PC dient. Die Kamera gibt dabei gleichzeitig H.264- und Motion JPEG-Videoströme aus, wodurch die Bildqualität optimiert wird und sich die Bandbreite von Ethernet-Netzwerken nutzen lässt.
Eine interessante Funktion ist die „Advanced Spherical Privacy Zone“. Diese erlaubt einerseits Farbmaskierungen, andererseits können unerwünschte oder verbotene Bereiche innerhalb eines Bildes mit einem Mosaik-Effekt maskiert werden.

Die Baureihe Minizoom, die ebenfalls mit einem 10-fach Motorzoomobjektiv ausgerüstet ist, unterscheidet sich von der Nitezoom durch eine höhere Anforderung an die minimale Ausleuchtung des zu beobachtenden Prozesses (mindestens 1,5 Lux). Die weiteren technischen Daten sind mit der Nitezoom identisch. Als „low cost“-Variante steht eine Varifokalkamera für weniger anspruchsvolle Anwendungen zur Verfügung.

Für den konkreten Anwendungsfall plant und baut der Hersteller Speziallösungen, für die beispielsweise auch motorbetriebene Scheibenwischer zum Einsatz kommen. Eine häufige Applikation ist die Überwachung von Biogasanlagen. Dafür wurde eine Komplettlösung entwickelt, die aus einer Videolux-Ex-Kamera, der Verkabelung, dem Steuergerät und einem Monitor mit Analogeingang besteht. Eine große Systemlösung für die Überwachung mehrerer Fermenter von einem Arbeitsplatz aus arbeitet mit einem „Connection Rail“-Videoserver. Die Entfernung zwischen Arbeitsplatz und Kamera kann dabei über die standardmäßigen 200 m hinaus auf bis zu 2.500 m vergrößert werden. Am Fermenter kommen Schauglasarmaturen mit Scheibenwischern und Sprühvorrichtungen sowie, neben der Kamera, Ex-Leuchten zum Einsatz.
„Die bisherigen Einsatzfälle haben gezeigt, dass sich durch den Einsatz von Ex-Kameras beim Betrieb von Prozessanlagen Personalkosten einsparen lassen“, resümiert Hans Georg Müller: „Ich bin überzeugt, dass in der Zukunft noch ganz andere Applikationen zur Überwachung und Steuerung von Produktionsprozessen hinzukommen werden.“

Das Datenblatt des Herstellers zur Ex-Kamera Minizoom finden Sie hier.

 

Heftausgabe: März 2014
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der Pharma+Food

Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der Pharma+Food
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