LFP Cubic und LFP Inox Effiziente Prozesssteuerung von Beginn an – KEM
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Effiziente Prozesssteuerung von Beginn an

LFP Cubic und LFP Inox
Effiziente Prozesssteuerung von Beginn an

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Die Messung des Füllstands ist eine wichtige Aufgabe innerhalb der Prozesssteuerung und findet Einsatz in vielen unterschiedlichen Bereichen. Dabei sind das zu messende Medium und die Messumgebung zu berücksichtigen. Auch Faktoren wie Einbausituation oder Behältergröße spielen eine Rolle. Gut, wer da auf die passende Technologie und entsprechende Expertise bei der Integration der Sensorik in die Gesamtanlage bauen kann. Mit den TDR-Füllstandsensoren LFP Cubic und LFP Inox bietet Sick passende Lösungen – für jede Anwendung, in jeder Umgebung.

Der Autor: Vojtech Marek, Produktmanager Marketing & Sales, Industrial Instrumentation, Sick, Waldkirch

Präzise, zuverlässig und möglichst effizient: Bei der Füllstandmessung gilt das Gleiche wie für andere Teilprozesse im Produktionsablauf. Die Auswahl der passenden Technologie zum frühestmöglichen Zeitpunkt hilft dabei, ineffiziente Abläufe oder Ressourcenverschwendung zu minimieren.
Vorteile der TDR-Technologie
Bei der Messung von Flüssigkeiten beeinflussen die unterschiedliche Leitfähigkeit, Dichte und Viskosität des Mediums das Ergebnis. Zudem müssen Ablagerungen, die chemische Beständigkeit sowie eventuell störende bewegliche Teile in Tanks, wie Mischer oder Rührwerk, beachtet werden. Die Füllstandsensoren LFP Cubic und LFP Inox von Sick arbeiten nach dem Messprinzip der „geführten Mikrowelle“ (Time Domain Reflectometry, TDR): Die Elektronik des Sensors erzeugt einen elektromagnetischen Impuls (Referenzpuls). Dieser Impuls wird über den Tankeingang (Sendesignal) entlang der Sonde – in der Regel ein Metallstab oder ein Stahlseil – zur Oberfläche des Mediums geführt. Dort wird ein Teil des Impulses reflektiert und läuft an der Sonde entlang wieder zur Elektronik zurück.
Aus der Zeitdifferenz zwischen ausgesandtem und empfangenem Signal wird der Füllstand errechnet – unter Berücksichtigung der individuellen Dielektrizitätskonstante des Mediums. Dabei kann der Sensor je nach Anforderung den errechneten Füllstand als Analogwert („kontinuierliche Messung“) oder mit mehreren Schaltsignalen („Grenzstandmessung“) ausgeben. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie: Faktoren wie Druck, Staub und vor allem Schaum haben keinen nennenswerten Einfluss auf das Messergebnis.
Eine flexible, kostensparende Lösung
Früher oft als eher aufwendiges Verfahren angesehen, kann sich die TDR-Technologie mittlerweile auch für weniger komplexe Anwendungen als preislich attraktiv positionieren. Mit dem LFP Cubic bietet Sick eine flexible, kostensparende Lösung, geeignet für den Einsatz in Metallbehältern und Tanks in der Wasserindustrie, im Maschinenbau, an Werkzeugmaschinen, im Anlagenbau und in der Gebäudetechnik. Flexibilität bietet der LFP Cubic unter anderem durch sein modulares Sondenkonzept als Variante mit Stabsonde (auswechselbar und kürzbar), Koaxialrohr (bis 2 m Länge), Seilsonde (bis 4 m Länge) oder als Kompaktversion ohne Sonde für die kundenindividuelle Sondenlösung mit bis zu 6 m Messreichweite.
Vorteile der abgesetzten Elektronik
Die abgesetzte Elektronik bei LFP Inox und LFP Cubic bietet zusätzliche Vorteile, vor allem unter schwierigen Einbausituationen, und spart Platz bei der Installation. Gerade für den Einsatz in hohen Tanks hat dies enorme Vorteile: Da die Elektronik getrennt von der Sonde – z. B. auf Augenhöhe – angebracht werden kann, sind Status und Messergebnis immer gut lesbar. Auch Änderungen an Einstellung und Parametern der Füllstandsensoren sind problemlos möglich. Zudem ist die Elektronik besser vor Prozesswärme geschützt, so kann die Sonde auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden.
Eine saubere Lösung
Wie der LFP Cubic liefert auch der LFP Inox je nach Anforderung eine kontinuierliche Messung oder die Grenzstandmessung in einem System – auch dies senkt deutlich Kosten. Für den Einsatz in hygienischen Prozessen ist der LFP Inox zudem gerüstet: Der Sensor ist nach EHEDG und 3-A zertifiziert, die verwendeten Materialien FDA-konform. Auch der Einsatz in CIP- und SIP-Prozessen – beispielsweise in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie – ist durch die Temperaturbeständigkeit und Druckfestigkeit uneingeschränkt möglich.
Gehäuse und Design sind durchdacht: Dank Schutzart IP 67 und IP 69K übersteht die Füllstandsensoren selbst eine Intensivreinigung mit Hochdruckreinigern. Auf Wunsch können LFP Cubic und LFP Inox, von Lackbenetzung störenden Substanzen gereinigt und entsprechend sicher verpackt, ausgeliefert werden. Hierzu durchlaufen sie einen speziellen Plasmareinigungsprozess. Durch die abgesetzte Elektronik kann die Sonde zudem einfach in einem Autoklaven sterilisiert werden – eine typische Anforderung in der pharmazeutischen Industrie.
Exakte Messung bei stark schäumenden Medien
Gehört der feste Milchschaum für viele zum perfekten Cappuccino, stellt das gleiche Phänomen für viele Lebensmittelproduzenten eine große Herausforderung dar. Denn sie müssen trotz Schaumbildung präzise ermitteln, wie viel Flüssigkeit noch im Tank ist. Der LFP Cubic ist in nahezu allen Flüssigkeiten einsetzbar. Durch sein modulares Sondenkonzept ist es möglich, den Sensor schnell in jede Applikation zu integrieren. Der Sensor lässt sich auch bei Belag bildenden und schäumenden Flüssigkeiten einsetzen.
Speziell in Molkereien und Brauereien ist beim Fördern, Mischen und Abfüllen von Milch oder Bier mit einer starken Schaumbildung bis hin zum Entstehen nasser, kompakter Schäume zu rechnen. Viele Füllstandmesssysteme stoßen da an ihre Grenzen: Kapazitive Systeme und Leitfähigkeitssonden liefern durch die Produktanhaftungen keine zuverlässigen Messwerte; Schwimmschalter genügen in der Regel nicht den hygienischen Anforderungen an die Reinigungsfähigkeit und Sterilisation und sind nicht medienneutral. Der LFP Inox ist für solche Applikationen die ideale Lösung.
Ist bei der Messung Schaum vorhanden, treten sowohl an der Schaumoberfläche als auch an der Oberfläche des Mediums Reflexionen auf. Zudem verlangsamt sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Schaum, sodass eine konventionelle Pulsauswertung zu teilweise stark verfälschten Messwerten führt. Um dieses Problem zu lösen, haben die Entwickler bei Sick einen Algorithmus entwickelt, der verlässliche Messergebnisse in Schaum ermöglicht.
Praxiserprobt und zum Patent angemeldet
Aufgrund unterschiedlicher Anforderungen und Schaumeigenschaften nutzte das Entwicklungsteam nicht nur interne Testinstallationen, sondern überprüfte die Labormuster auch in ausgewählten Kundenanlagen wie Bierabfüllung, Milchverarbeitung oder Reinigungs- und Entgratungsanlagen bei der Metallbearbeitung in der Automobilindustrie. So gelang es, den Füllstand in all diesen Szenarien zuverlässig und präzise zu ermitteln. Ein weiterer Vorteil dieses Algorithmus ist, dass er weniger Ressourcen beansprucht, sich also auf einem kostengünstigen Mikrocontroller implementieren lässt.
Mit dem inzwischen zum Patent angemeldeten Messverfahren lassen sich auch andere Applikation realisieren: beispielsweise die Dicke unterschiedlicher Medien detektieren, etwa eine Ölschicht auf Wasser, oder bestimmte physikalische Eigenschaften des Mediums ermitteln.
Ebenso kann bei stark anhaftenden Medien wie Ketchup oder Senf der Algorithmus die Messung deutlich verbessern. Aus Gesprächen mit Kunden wurde klar, dass es bei Verarbeitungsprozessen durchaus interessant ist, ob Schaum vorliegt und wie dick dieser ist. Durch diese Informationen können so mehr Informationen über den Prozess bereitgestellt werden – eine wichtige Fähigkeit auf dem Weg zur intelligenten Fabrik im Sinne des Konzepts Industrie 4.0.
Von EHEDG bis WHG
Die einfache Inbetriebnahme, die Wartungsfreiheit und die weitgehende Unabhängigkeit von der Eigenschaft des zu messenden Mediums, wodurch die Füllstandsensoren der LFP-Familie keine Ersteinrichtung benötigen, bedeuten eine deutliche Ersparnis bei Zeit und Kosten. Auch dies trägt zu dem einen Ziel bei: mehr Effizienz im Prozess. Entscheidend sind dabei die Zuverlässigkeit und Robustheit des Messergebnisses unter Berücksichtigung der branchenspezifischen Anforderungen.
So sind in der Nahrungsmittelindustrie häufig konstruktive Vorschriften bezüglich der Reinigung und der Sterilisierbarkeit der eingesetzten Komponenten zu beachten. Diese Vorschriften werden zum Beispiel von der European Hygienic Engineering Design Group (EHEDG) oder der amerikanischen 3-A Sanitary Standards aufgestellt. Ebenso gelten für bestimmte Einsatzgebiete gesetzliche Zulassungen, die nur bei entsprechender Prüfung und Zertifizierung der Füllstandsensoren erteilt werden können.
Gesetzliche Verordnungen wie das deutsche Wasserhaushaltsgesetz (WHG) oder entsprechende EU-Richtlinien regeln den Umgang mit wassergefährdenden Stoffen. Betreiber, die solche Stoffe lagern, befüllen oder entleeren, müssen eine entsprechende Überfüllsicherung nachweisen.
Bei der Füllstandmessung für Flüssigkeiten und Schüttgüter konzentriert sich Sick auf Anwendungen in der Fabrikautomation. Das Produktangebot umfasst bisher die Füllstandsensoren LFP Cubic und Inox auf Basis geführter Mikrowelle mit TDR Technologie sowie Schwinggabeln für Grenzstandanwendungen. Außerdem zum Portfolio gehören Füllstandsensoren zur berührungslosen Füllstandmessung mittels Ultraschalltechnologie und optische Füllstandgrenzschalter, basierend auf der Technik der energetischen Reflexions-Lichttaster. I
Halle 7A, Stand 340

Info & Kontakt

3855552

Sick AG, Waldkirch Tel.: +49 7681 202-0 info@sick.de www.sick.de
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