Die Anforderungen an die heutigen Füllstand- und Druckmessgeräte können ohne die moderne Mikroelektronik nicht mehr erfüllt werden. Die Rechenleistung Mikroprozessor gesteuerter Radarfüllstandsensoren hat z. B. in den 1960er-Jahren ausgereicht, um bemannte Raketen zum Mond zu schicken und sicher zurückkommen zu lassen. Mit der serienmäßigen Fertigung des Transistors hat der Siegeszug der Elektronik begonnen. Die Realisierung von Schaltfunktionen oder die Modulation von elektrischen Signalen ohne energiefressende und großvolumige Relais bzw. Röhren ergaben völlig neue Möglichkeiten für die Ermittlung physikalischer Messgrößen. Durch die Verbindung von elektronischer Messtechnik und der später hinzugekommenen elektronischen Steuer- und Regelungstechnik wurde die moderne Prozessautomatisierung geboren.

Die heutige Füllstand- und Druckmesstechnik für die Prozessautomation ist einerseits gekennzeichnet durch ihre hochkomplexe und robuste, mit vielen Zulassungen dokumentierte industrietaugliche Mikroelektronik und anderseits durch ihre intelligente und bediener-freundliche Signalauswertung.

Die Geschichte von Vega Grieshaber ist eng mit dieser Entwicklung verbunden. Schon 1959 hat Firmengründer Bruno Grieshaber das Potenzial der Elektronik für die Messtechnik erkannt und voll auf die neue Technologie gesetzt. Seit vielen Jahren werden nur rein elektronische Messprinzipien für die Lösung von vielfältigen Anwendungen im Bereich industrieller Füllstand- und Druckmessung angeboten. Der nahezu wartungsfreie Betrieb dieser Geräte sowie die komfortablen Möglichkeiten zur Inbetriebnahme und Anbindung an moderne Prozessleitsysteme sind die wesentlichen Vorteile elektronischer Messprinzipien.

Aufgaben wachsen mit dem Fortschritt

Parallel zur technischen Entwicklung der Geräte sind aber auch die Anforderungen an die Messtechnik gewachsen. Immer komplexer werdende Prozesse, ihre wirtschaftliche Relevanz für die produzierende Industrie und ein erhöhtes Sicherheits- und Umweltbewusstsein resultieren in vielfältige technische Anforderungen und notwendige Zertifikate.

Das olympische Motto „Schneller, höher, weiter", kombiniert mit umfangreichen Dokumentationen, ergänzt durch Marketingslogans wie „Geiz ist geil" hätte zum Leitgedanken der Anforderungen an die industrielle Messtechnik bis zum Anfang dieses Jahrhunderts werden können. Wenn nicht ein Umdenken in diesem Bereich stattgefunden hätte. Das „gesunde" Verhältnis von technisch Machbarem und wirtschaftlich Notwendigem bestimmt heute die Wahl des richtigen Messgerätes.

Natürlich sind immer noch zuallererst die Genauigkeit sowie der Messbereich eines Messgerätes ausschlaggebend. Die Wirtschaftlichkeit einer Anlage wie die Prozesseffektivität und die Produktqualität hängen maßgeblich davon ab. Aber auch die Messrate bzw. die Reaktionsgeschwindigkeit eines Sensors können diese Faktoren beeinflussen. Gerade in diesem Bereich hat die Füllstand- und Druckmesstechnik bedingt durch die allgemeine technologische Entwicklung in der Elektronik große Fortschritte gemacht. Die zur Verfügung stehenden elektronischen Bauteile arbeiten immer präziser und werden, getrieben durch die Konsumgüterindustrie, auch immer kostengünstiger. Kostentreibenden Einfluss hat hingegen die Entwicklung auf den Rohstoffmärkten. Moderne Werkstoffe, speziell optimiert für die unterschiedlichen Anwendungen, werden aus Rohstoffen gefertigt, deren Vorkommen weltweit immer knapper werden. Hinzukommen der explosionsmäßige Anstieg des Verbrauches bestimmter Rohstoffe in den Wachstumsregionen Asien und Südamerika. Moderne Messgeräte sind aber nicht mehr denkbar ohne Prozessanschlüsse und Gehäuse aus langzeitbeständigen Materialien.

Die Wirtschaftlichkeit einer Produktionsanlage wird durch die ununterbrochene Betriebsdauer bestimmt. Jeder Stillstand einer Anlage verursacht Umsatzausfall. Wurde früher versucht, solche Stillstände hauptsächlich durch zyklische Revisionen der Anlage zu verhindern, wird heute von den Messgeräten ein wartungsfreier, ununterbrochener Betrieb von zehn Jahren und mehr erwartet. Zusätzlich werden von den Geräten Funktionen gefordert, die eine vorbeugende Wartung ermöglichen. Die von der Namur erarbeitete Spezifikation NE 107 bzw. VDI/VDE 2650 sind Ausdruck dieser aktuellen Forderung und ermöglichen erstmals eine einheitliche Vorgehensweise von Geräte- und Leitsystemherstellern in diesem Bereich zugunsten der Anlagenbetreiber.

Beim Thema Sicherheit hat sich in den letzten Jahrzehnten sehr viel getan, um Prozesse und Anlagen für Mensch und Umwelt noch sicherer zu gestalten. Der Explosionsschutz von Geräten und Anlagen steht dabei an Platz eins. Das Vorhandensein von Zulassungen, den regionalen Standards in den unterschiedlichen Märkten entsprechend, wird vorausgesetzt. Atex, FM und Co. sind heute Pflicht für Gerätehersteller, um erfolgreich zu sein. Wurde die Sicherheit in explosionsgefährdeten Bereichen anfänglich nur durch mechanische Maßnahmen an den Messgeräten (explosionsfeste Gehäuse, Sandfüllungen oder andere Kapselungen) gewährleistet, so kann dies heute rein elektronisch erfolgen. Die eigensichere Versorgung der Geräte durch entsprechende Energieversorgungen hat sich dabei speziell im europäischen Gebiet durchgesetzt. Eine aktuelle Entwicklung in diesem Bereich ist Dart (Dynamic Arc Recognition and Termination). Die heute zur Verfügung stehende Technik ermöglicht bei Dart einen plötzlichen und ungewollten Anstieg des Energieverbrauches eines Feldgerätes, der einer Zündung von explosiven Materialien vorausgeht, zu detektieren und frühzeitig zu unterbrechen.

Zuverlässigkeit spielt große Rolle

Neben dem Explosionsschutz gehört heute aber auch immer mehr die Zuverlässigkeit von Geräten zum Thema Sicherheit. Sie bezieht sich auf die Messergebnisse sowie auf die Funktion der Geräte. Die früher bekannten Anforderungsklassen wurden durch SIL (Safety Integrity Level – Funktionale Sicherheit) abgelöst. Speziell die mit SIL weiterentwickelte Risikoanalyse und -bewertung von Prozessen und Geräten hat Produktionsanlagen noch sicherer gemacht. Der sehr große wirtschaftliche Aufwand aufseiten der Hersteller und Anlagenbetreiber für SIL-konforme Messgeräte und Prozesse verhindert jedoch momentan noch die flächendeckende Verbreitung von SIL in der Prozessautomation. Auch hier ist generell wieder das „gesunde" Verhältnis von sicherheitstechnisch Machbarem und wirtschaftlich Notwendigem gefragt, wobei klar eine höhere Gewichtung auf dem Thema Sicherheit liegt.

Des Weiteren haben sich die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Messtechnik erhöht. Starke elektromagnetische Felder in Industrieumgebungen können Störungen verursachen. Die erhöhten EMV-Anforderungen sollen einerseits den sich verändernden Bedingungen Rechnung tragen und andererseits den Anstieg dieser „Umweltverschmutzungen" eingrenzen.

Die Vielfalt der industriellen Umgebungen stellt unterschiedlichste Anforderungen an die Füllstand- und Druckmessgeräte. Ist der sichere Betrieb der Messtechnik z. B. in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie hauptsächlich durch die Hygieneanforderungen geprägt, so ist er z. B. im Schiffbau durch Anforderungen an die Robustheit der Gehäuse und Messsonden gekennzeichnet. In der chemischen Industrie hingegen bedeutet Betriebssicherheit in aller Regel die chemische Beständigkeit der Messsonden und Prozessanschlüsse. Verschiedene Materialien, unterschiedliche Schutzklassen und standardisierte Anschlüsse für Gehäuse und Prozessanschlüsse bieten ausreichende Modularität, diesen Anforderungen Rechnung zu tragen. Wenn dies auch noch von einem einheitlichen Gerätekonzept wie Plics unterstützt wird, bleiben für den Anwender keine Wünsche mehr offen.

Einfach ist wirtschaftlicher

Eine zeitsparende Inbetriebnahme der Geräte und der einfache Betrieb haben ebenfalls großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit einer Anlage und gewinnen immer mehr an Bedeutung. Hatte die elektronische Messtechnik früher den Ruf, nur etwas für ausgebildete Spezialisten zu sein, so muss sie heute ohne großes Know-how in Betrieb genommen werden können. Je einfacher das Gerät in seiner Bedienung ist, desto schneller können die damit verbundenen Aufgaben gelöst werden. Klarheit und leichte Verständlichkeit der Gerätebeschreibungen vermeiden zudem Fehler bei Montage und Parametrierung. Dies gilt für Vor-Ort-Bedienungen wie auch für PC-basierte Werkzeuge. Optimal sind universell einsetzbare Hilfsmittel, die die Bedienung vereinheitlichen und damit enorm Zeit und Kosten einsparen.

Standards wie die FDT/DTM- oder die DD-Technologie für computerbasierende Bediengeräte bieten den Anwendern außerdem eine erhöhte Interoperabilität der Geräte. Unabhängig vom Hersteller und der verwendeten Mess- und Anschlusstechnik kann der Anwender mit diesen Standards seine Messtechnik einheitlich bedienen. Die früher vorherrschende Philosophie von individuellen, speziell auf jeden Hersteller und jedes Gerät ausgelegten Bedienwerkzeugen ist nicht mehr haltbar.

Genauso wichtig ist die Forderung nach der Austauschbarkeit der verwendeten Messtechnik. Trotz hoher Produktqualität kann Technik ausfallen. Neue Geräte sollen ohne zusätzlichen Aufwand in die vorhandenen Anlagen eingebunden werden. Mechanisch wie auch elektrisch muss alles zueinander passen. Aber auch die notwendigen Softwaretreiber für die Bedienung bzw. für die Einbindung der Messgeräte in Leitsysteme sollten, wenn möglich, weiter verwendet werden. Die Kompatibilität zu Altgeräten ermöglicht den Anlagebetreibern einen schnellen und unproblematischen Austausch. Oberstes Ziel ist immer die schnelle Wiederherstellung der Messfunktion, um Anlagenstillstände zu reduzieren und Produktionsausfälle zu minimieren.

Die Liste aller Anforderungen an die heutige Füllstand- und Druckmesstechnik ist lang und kann in den einzelnen Industriebereichen sehr unterschiedlich sein. Ein modulares Messgerätekonzept bestehend aus modernen Messverfahren, beständigen Sonden- und Gehäusematerialien und leistungsfähiger Elektronik ist heute notwendig, um alle Anforderungen der Anlagenbetreiber zu erfüllen. Mit der Einführung von Plics hat Vega bereits 2003 die Grundlage dafür geschaffen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung dieses Konzeptes bei den Gerätekomponenten sowie im Dienstleistungsbereich gestattet eine flexible Anpassung an die sich weiterhin ändernden Marktanforderungen und erleichtert den Anwendern die Benutzung der Füllstand- und Druckmesstechnik immer mehr.

Halle 11.1, Stand C63

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Der Autor: Holger Sack Leiter Produktmanagement, Vega Grieshaber