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Intelligente Instrumente konfigurieren und kalibrieren

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03.02.2014 Smarte oder intelligente Instrumente erfreuen sich steigender Beliebtheit in der Prozess-Industrie; die meisten der heutzutage ausgelieferten Instrumente gehören zu eben dieser Kategorie.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Smarte Geräte arbeiten mit einem digitalen Signal. Hierdurch ergeben sich für den Anwender Herausforderungen beim Konfigurieren und Kalibrieren.
  • Wichtig ist es, dass der Kommunikator alle gängigen Protokolle unterstützt. Sonst müssen mehrere Geräte angeschafft werden.
  • Anwender sollten auch moderne Transmitter regelmäßig rekalibrieren. Nur so sind Betriebssicherheit und wirtschaftliche Prozesse dauerhaft zu realisieren.

Doch was hat es mit diesen sogenannten „intelligenten Geräten“ auf sich, und wie konfiguriert und kalibriert sie der Anwender am besten? Es gibt diverse digitale Protokolle für die als intelligent geltenden Transmitter. Einige davon sind Eigenentwicklungen bestimmter Hersteller. Diese verlieren jedoch kontinuierlich an Bedeutung zugunsten von Open-Standard-Protokollen, die eine Kompatibilität der Geräte vieler Hersteller ermöglichen. Die meisten Protokolle beruhen heute auf solchen offenen Standards. Das zurzeit meist genutzte Transmitter-Protokoll lautet Hart (Highway Addressable Remote Transducer). Ein Hart-Transmitter erzeugt sowohl ein konventionelles analoges mA-Signal als auch ein überlagertes Digitalsignal. Durch das hier ebenfalls noch zu findende Analogsignal sind diese Transmitter auch weiterhin mit herkömmlichen Anlagen und Geräten kompatibel. In letzter Zeit ist das Hart-Protokoll durch seine Funk-Weiterentwicklung, das Wireless-Hart-Protokoll noch beliebter geworden. Feldbusse wie der Foundation-Feldbus und der Profibus arbeiten nur noch mit Digitalsignalen und breiten sich seit ihrer Einführung immer intensiver auf dem Markt der Prozess-Transmitter aus.

Konfiguration via Kommunikator
Eine wichtige Eigenschaft eines intelligenten Transmitters ist, dass der Anwender die Applikation über das digitale Protokoll konfigurieren kann. Dabei bedeutet Konfigurieren das interne Einstellen der Transmitterparameter. Diese Parameter beziehen sich in erster Linie auf die Messgröße, den Sensortyp etc., deren Einstellung über das Kommunikationsprotokoll geschieht. Daher ist hier meist ein bestimmtes Konfigurationsgerät nötig, das auch als Kommunikator bezeichnet wird und das jeweilig notwendige Protokoll beherrscht. Dabei ist unbedingt zu beachten, dass ein Kommunikator nur zum Einstellen der Geräte dient, jedoch keine Referenzstandards liefert und daher beispielsweise keine metrologischen Kalibrationen ermöglicht. Das Einstellen der Parameter eines intelligenten Transmitters mit einem Kommunikator stellt daher keine metrologische Kalibrierung dar und ermöglicht somit auch nicht dessen Genauigkeit. Für solche Kalibrationen ist per Definition immer der Einsatz eines nachverfolgbaren Referenzstandards (Kalibrator) notwendig.

Kalibrieren des Transmitters
Gemäß den internationalen Standards ist das Kalibrieren ein Vergleich des geprüften Geräts mit einem rückverfolgbaren Referenzgerät (Kalibrator), einschließlich des Dokumentierens des Vergleichs. Obwohl das Kalibrieren selbst formell nichts mit Einstellung zu tun hat, nehmen Techniker beim Kalibrieren gleichzeitig meist auch die eventuell notwendigen Justierungen vor. Für das Kalibrieren eines herkömmlichen Analog-Transmitters reicht das Generieren oder Messen des Transmittereingangs bei gleichzeitiger Messung seines Ausgangssignals. Ein solches Kalibrieren ist einfach und direkt: Es braucht einen Zweifunktions-Kalibrator, der gleichzeitig den Ein- und den Ausgang des Transmitters erzeugt beziehungsweise misst. Oder aber zwei getrennte Einzelfunktions-Kalibratoren. Doch wie wird ein intelligenter Transmitter kalibriert, der nur ein Digitalprotokoll-Signal ausgibt? Klar ist, dass hier wie bei einem konventionellen Transmitter weiterhin der Eingang erzeugt oder gemessen werden muss, beispielsweise mit einem Kalibrator. Um jedoch den Transmitterausgang verstehen zu können, ist ein Gerät oder eine Software nötig, die das digitale Protokoll lesen und interpretieren kann. Der Vorgang wird damit zu einer Herausforderung, denn nun sind mehrere Geräte und mehrere Personen für diese Arbeit notwendig. Manchmal wird es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, ein geeignetes Gerät zu finden, das vor allem im mobilen Einsatz den digitalen Ausgang lesen kann. Das kabelgeführte Hart (im Gegensatz zum Wireless-Hart) ist ein Hybrid-Protokoll, das die digitale Kommunikation dem herkömmlichen analogen 4- bis 20-mA-Ausgangssignal überlagert. Das 4- bis 20-mA-Ausgangssignal eines Kabel-Hart-Transmitters ist dann wie ein gewöhnlicher nicht digitaler Transmitter zu kalibrieren. Zum Einstellen, Anpassen oder Auslesen des digitalen Ausgangs (falls verwendet) ist jedoch ein Hart-Kommunikator notwendig.

Protokollunterstützung wichtig
Der Beamex MC6 ist ein Gerät, das einen kompletten Feld-Kommunikator mit einem Multifunktions-Prozesskalibrator vereint. Mit ihm kann der Eingang eines intelligenten Transmitters erzeugt beziehungsweise gemessen werden, während er gleichzeitig dessen digitales Ausgangssignal ausliest. Die Ergebnisse werden automatisch im Speicher des Geräts abgelegt und/oder an eine Kalibriersoftware weitergegeben. Zum Konfigurieren des Transmitters verfügt die Anwendung über einen Feld-Kommunikator für die Protokolle Hart, Wireless-Hart, Foundation-Feldbus H1 und Profibus PA. Die gesamte notwendige Elektronik ist eingebaut, einschließlich der Stromversorgung und notwendigen Widerstände für die Protokolle. Das System kann sowohl als Kommunikator für die Konfiguration als auch zum Kalibrieren intelligenter Instrumente mithilfe der unterstützten Protokolle eingesetzt werden. Das Gerät unterstützt alle Protokollbefehle, die gemäß der Gerätebeschreibungsdatei des Transmitters notwendig sind. Dadurch ist ein zusätzlicher Kommunikator überflüssig. Zwar befinden sich einige andere smarte Prozesskalibratoren auf dem Markt. Oft beherrschen sie jedoch nur ein einziges Protokoll (meist Hart) und bieten daher nur begrenzte Dienste. In der Praxis ist dann auf jeden Fall weiterhin ein zweiter Kommunikator nötig.

Fünf auf einen Schlag
Mit dem Kalibrator und Kommunikator für den Feldeinsatz können Anwender Druck-, Temperatur- und diverse elektrische Signale kalibrieren. Er verfügt außerdem über einen kompletten Kommunikator für Hart-, Foundation-Feldbus- sowie Profibus-PA-Instrumente und ist mit einem 5,7-Zoll-Farb-Touchscreen und Bedienerführung in vielen Sprachen ausgestattet. Durch das nach IP65 klassifizierte Gehäuse, das ergonomische Design und das geringe Gewicht eignet sich das Gerät für den Feldeinsatz in vielen Branchen, beispielsweise der Pharma-, Energie-, Öl- und Gas-, Nahrungsmittel- sowie der petrochemischen und chemischen Industrie. Anwender profitieren davon, dass das Gerät fünf verschiedene Funktionsmodi besitzt und trotzdem einfach und schnell zu bedienen ist.

Wieso überhaupt noch kalibrieren?
Anbieter preisen moderne Transmitter oft als so intelligent und präzise an, dass das Vertriebspersonal leicht in die Versuchung kommt, zu behaupten, die Anwender brauchten überhaupt nicht mehr zu kalibrieren. Doch das Einführen eines digitalen Ausgangsprotokolls hat nichts mit der grundlegenden Notwendigkeit des Kalibrierens zu tun. Es gibt zahlreiche Gründe für ein anfängliches Kalibrieren und späteres Rekalibrieren. Die wichtigsten sind:

  • Selbst die besten Geräte und Sensoren driften mit der Zeit, besonders unter harten Einsatzbedingungen
  • Die Prozessnormen insbesondere von Qualitätssicherungs-, Sicherheits-, Umweltschutz- und Normerfüllungssystemen erfordern periodisches Kalibrieren
  • Wirtschaftliche Erwägungen – Präzise Messungen bringen direkte finanzielle Vorteile
  • Sicherheitserwägungen – Die Sicherheit von Personal, Kunden oder Patienten hängt auch von der Gerätegenauigkeit ab
  • Kalibrierte Geräte tragen zu ununterbrochen hoher Produktqualität und optimaler Prozessgestaltung bei
  • Schutz der Umwelt.

ZUR TECHNIK
Was ist ein „intelligenter“ Transmitter?
Ein Prozesstransmitter ist ein Gerät, das einen physikalischen Parameter (Druck, Temperatur etc.) überwacht und ein zu diesem Parameter proportionales Ausgangssignal an den Messeingang in der Anlage überträgt. Die Bezeichnung „smart“ ist dabei mehr ein Vermarktungsbegriff, als eine technische Funktion. Es gibt keine technische Standarddefinition dafür, was „intelligent“ in der Praxis nun wirklich bedeutet. Meist weist die Bezeichnung „smart“ auf den Einsatz eines Mikroprozessors sowie eines digitalen Kommunikationsprotokolls hin, das zum Auslesen der Messwerte des Transmitters und zum Konfigurieren der diversen Einstellungen im Transmitter zum Einsatz kommt. Ein mikroprozessorbasierter intelligenter Transmitter besitzt einen Speicher, der für Berechnungen, Diagnosen und Ähnliches genutzt wird. Außerdem übertrifft ein moderner intelligenter Transmitter normalerweise die herkömmlichen Geräte in Sachen Genauigkeit und Stabilität. Für die Techniker, die den Transmitter konfigurieren und kalibrieren müssen, macht jedoch das digitale Kommunikationsprotokoll den Hauptunterschied zu einem herkömmlichen Gerät aus.

 

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Zur Homepage des Herstellers gelangen Sie hier.

 

 

Heftausgabe: Februar 2014
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Über den Autor

Heikki, Laurila, Product Manager Beamex
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