Differenzialdosierwaagen gehören zu den gravimetrischen Dosiersystemen. Sie arbeiten nach dem Prinzip des gravimetrisch geregelten Materialaustrags aus einem Wägebehälter. Der maschinentechnische Teil besteht in der Regel aus einer Wägeeinrichtung mit direkt aufmontiertem Wägebehälter, aus dem mittels einer Austragsvorrichtung, z. B. einer Förderschnecke, ein Schüttgutstrom einstellbarer Größe in Masse/Zeiteinheit abgezogen wird. Der Austragsstrom wird über den Gewichtsverlust und die Zeit errechnet. Die Wägeelektronik übernimmt alle wichtigen und zeitkritischen Aufgaben wie Erfassung der Messwerte, Berechnung der Durchflussmenge, Steuerung der Nachfüllung, Durchflussregelung und Weiterleitung der gesamten Informationen an die Steuerung.

In vielen Fällen werden mehrere Komponenten in einem bestimmten Verhältnis zueinander dosiert. Eine der Komponenten ist führend (Master), die weiteren Komponenten werden bei Durchflussschwankungen des Masters von der Wägeelektronik nachgeregelt. Hier ist die absolute Genauigkeit weniger relevant, sondern das konstante Verhältnis der einzelnen Komponenten zueinander ergibt eine reproduzierbare Qualität des Endprodukts.

Bei der Herstellung von Kakaopulver, Kartoffelchips oder Nudeln, aber auch bei vielen anderen Lebensmitteln müssen verschiedene Grundstoffe rezeptgenau kontinuierlich dosiert werden. Bei löslichem Kakaopulver beispielsweise entscheidet unter anderem das richtige Verhältnis von Zucker, Milchpulver und Kakao über den typischen Geschmack. Die unterschiedlichen Geschmacksrichtungen bei Kartoffelchips erfordern genau gemischte und dosierte Gewürzkomponenten. Für die gleichmäßige Trocknung von Teigwaren ist das konstante Mischungsverhältnis von Wasser und Grießen mitverantwortlich.

Bei Anwendungen in der Pharmaindustrie ist, neben dem hygienischen Design der Waage, erforderlich, auch bei sehr kleinen Stoffströmen von z. B. 50 g/h, hohe Genauigkeiten zu erreichen. Da pharmazeutische Wirkstoffe häufig sehr wertvoll sind, werden Differenzialdosierwaagen auch zur Probenentnahme eingesetzt und dadurch teueres Material gespart. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet ist die Galenik, d. h. die Verarbeitung und Dosierung eventuell mehrerer Wirkstoffe mit Hilfs- und Füllstoffen zum fertigen Medikament in seiner jeweiligen Darreichungsform (Tablette, Kapsel, Salbe etc.).

Im System eingebunden

Trotz ihrer Komplexität stellen Differenzialdosierwaagen nur einen Teil der Prozesstechnik dar, d. h. die Wägesysteme müssen fast immer in ein Gesamtautomatisierungskonzept eingebunden werden. Bei proprietären Systemen liegt hier der Aufwand auf der Prozessleitebene. Dieser kann sehr hoch sein, daher wird oft auf eine vollständige Funktionsintegration verzichtet. Systemfunktionen wie Diagnosealarme bei Modulausfall werden dann eventuell nicht unterstützt. Die Konsequenz ist, dass das Betriebspersonal intensiv und ständig geschult werden muss, andernfalls können Fehlparametrierungen bzw. -bedienungen vorkommen oder auch kostenintensive Serviceeinsätze durch den Hersteller notwendig werden. Um eine effiziente Produktauswahl für ein Wägesystem zu treffen, ist zu prüfen, welches Automatisierungs- bzw. Prozessleitsystem innerbetrieblich als Standard verwendet wird.

Die Siwarex-Wägeelektroniken von Siemens sind ein Teil des Automatisierungssystems Simatic S7 und des Prozessleitsystems Simatic PCS7 und sind vollständig darin integriert. Die Wägeelektronik, im konkreten Fall, die Siwarex FTC, trägt so viel Intelligenz in sich, dass ein Teil der komplexen Einstellungen automatisch durchgeführt wird. Dazu gehören u. a. Reglerparameter, Filter, Stabilitätskriterien, Dosiercharakteristika usw. Eine Restoptimierung kann der Anwender jederzeit nach Bedarf durchführen.

Im Zuge der Internationalisierung und dem wachsenden technischen Fortschritt wird heute nicht ohne Grund erwartet, dass Prozessvisualisierungen und Bedienelemente in der eigenen Sprache verfügbar sind. Siwarex unterstützt nicht nur mehrere Sprachen, sondern gewährleistet auch die Umschaltbarkeit im Betrieb.

Mit Diagnosefunktionen

Mit Diagnosefunktionalitäten können Störungen entweder von vornherein vermieden oder zumindest unmittelbar kommuniziert und lokalisiert werden. Auch für die Wägetechnik gilt dieser Anspruch. Die Wägeelektronik Siwarex FTC kann hier den Vorteil der Integration in Simatic nutzen und bietet das entsprechende Alarmmanagement. Dadurch erfolgen die Warnungen bzw. Fehlermeldungen direkt in das Leitsystem oder die Messwarte. Eine weitere Eigenschaft der Siwarex FTC ist, dass Prozessdaten, wie die Durchflussstellgrößen, sowie Statusinformationen mit einem Zeitstempel aufgezeichnet werden können. Damit lassen sich Analyse und Optimierung von sporadisch auftretenden Störungen, z. B. durch Materialstromunterbrechung oder Produktverklumpungen, im Nachhinein durchführen und die Ursachen sind leichter zu identifizieren. Diese Daten können auch an Partner zur Evaluierung gesendet werden. Dies ermöglicht einen telefonischen Support, wodurch Vor-Ort-Aktivitäten vermeidbar sind.

Um die Produktqualität konstant zu halten, müssen Differenzialdosieranlagen präzise arbeiten und dürfen sich von Störgrößen nicht beeinflussen lassen. Die mechanische Realisierung kann sich dabei schwierig gestalten, da jede Schwingung das Messergebnis beeinträchtigen würde und daher vermieden werden sollte. Dies ist nicht immer möglich, daher sollte die Wägeelektronik ausgeklügelte Filtermethoden für synchrone und asynchrone Schwingungen haben. Die Filter sollten dynamisch sein und sich adaptiv an Veränderungen anpassen. Mit der Wägeelektronik für Differenzialdosierungen Siwarex FTC kann Siemens viele dieser Anforderungen adressieren.

Online-Info www.dei.de/0611443

Georg Angelov, Dr. Otto Graf, Joachim Kölsch