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wlb - UMWELTTECHNIK 1/2018

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t UMWELTTECHNIK 4.0 PRODUKTION MYTHEN DER FÜLLSTANDMESSUNG Autor: Michael Cavanagh, Produktmanager Füllstandtechnologie, Siemens Canada Limited, Peterborough, Kanada Die landläufige Meinung lautet: neu ist immer gleich besser. Sicher bringen neue Geräte auch Vorteile mit sich. Insbesondere die Radarfüllstandtechnik gilt als Allrounder, wenn es um Applikationen im Bereich Wasser/Abwasser geht. Aber auch Ultraschall gehört zu den Technologien, die sich im Markt bereits seit Jahrzehnten behaupten – Zeit, sich mit den gängigen Argumenten auseinanderzusetzen, die für die eine oder andere Technologie sprechen. Der erste Mythos könnte heißen: „Radartechnologie kann besser mit den Einflüssen durch Wind und Regen umgehen“. Eine Besonderheit von Instrumentierung im Abwasserbereich ist, dass sie tagtäglich den Außenbedingungen ausgesetzt ist. Bringt man hier Ultraschalltechnik ins Gespräch, wird die Befürchtung laut, dass insbesondere Regen und Wind das Messsignal negativ beeinflussen können. Radar heißt es, sei hier robuster. Das ist aber nur die halbe Wahrheit. Regen hat einen ähnlichen Effekt auf Radartechnologien wie auch auf Ultraschallsignale. Hat man aber die gängigen Applikationen der Wasserbranche vor Augen, ist dieser Effekt bei den gegebenen geringen Abständen zwischen Sensor und Medium nichtig. Das Gleiche gilt für den Einfluss von Wind: das Ultraschallsignal verzögert sich marginal, aber in Wasserapplikationen bietet die Ultraschalltechnologie deutlich höhere Signalstärken als überhaupt nötig wären. Auch bei Verunreinigungen, haben Ultraschallsensoren durch ihre selbstreinigenden Eigenschaften ein deutlich besseres Messsignal. Dies wird durch intelligente Signalverarbeitungsalgorithmen noch unterstützt – Dampf, Feuchtigkeit und Schmutz beeinflussen die Messleistung des Gerätes nicht. RADAR ODER ULTRASCHALL? „Radargeräte zeigen im Wasser-/Abwassermarkt gerade bei größeren Messdistanzen eine bessere Leistung.“ Mit einer Reichweite von weit über 90 m überholen hochfrequente Radarsensoren Ultraschalltechnologien um Längen. Zumindest, was die Messung in großen Silos betrifft. Diese gibt es in dieser Dimension in wassertechnischen Anlagen aber nicht. Klassische Reichweiten in solchen Applikationen liegen zwischen 9 und 12 m – Distanzen, die sich mit Ultraschalltechnologie ohne weiteres überbrücken lassen. In Applikationen, wie beispielsweise Pumpenschächten, geht es weniger darum, ein Medium in großer Entfernung zu messen. Hier haben Anwender eher damit zu kämpfen, dass das Medium dem Sensor zu nahe kommt. Besonders nach Starkregen sind Überflutungen in Abwasseranlagen keine Seltenheit. Wird ein Radarsensor geflutet, meldet er entweder einen hohen oder niedrigen 20 wlb UMWELTTECHNIK 1/2018

t UMWELTTECHNIK 4.0 01 02 Füllstand – was ihn für Applikationen dieser Art unzu verlässig macht. Dieser Effekt wird bei einem Ultraschallgerät durch die Verwendung einer Überflutungshülse vermieden. Die Überflutungshülse lässt vor der Sendefläche eine Luftblase entstehen, sobald diese vollständig versinkt. Dieser Zustand wird von der Steuerung als Überflutung erkannt und die Pumpen folglich weiter betrieben. OPTIK UND ELEKTRONIK VERGLEICHEN „Radargeräte sind deutlich ausgeklügelter.“ Im direkten optischen Vergleich mit dem eher schlichten Ultraschallsensor gewinnt sicher der Radarmessumformer, der unter seinem Gehäuse einiges an Intelligenz versteckt. Auch vereint er Sensor und Verarbeitungselektronik direkt in einem Gerät. Das spart im Gegensatz zu einem Ultraschallgerät Aufwand und Kosten für die zusätzliche Verkabelung. Aber will man diese hochwertigen Elektroniken tatsächlich den harschen Prozessbedingungen aussetzen? Der Ultraschallwandler mag optisch weniger attraktiv erscheinen, schützt seine Elektronik aber durch ein hermetisch dichtes Gehäuse. Die Steuerung dagegen kann abseits von Kondensation und Schmutz in einem leicht zugänglichen Bereich installiert werden. Der Einsatzbereich der Technologie entscheidet über ihre Überlegenheit: in engen Nassgruben kommen Radarfüllstand-Messgeräte mit einem Öffnungswinkel von 12–30° an ihre Grenzen. Ultraschallgeräte mit Messbereichen bis 15 m haben den Vorteil, dass ihr schmalerer Schallkegel, kombiniert mit der Sonic Intelligence Echo Processing Software, Störechos von Einbauten ausblenden und ein zuverlässiges Messsignal liefern kann. Nicht zuletzt ist auch der Preis ein entscheidendes Kriterium. Mit einem fünf Mal niedrigeren Anschaffungswert als Radar erfüllt Ultraschalltechnologie ebenso alle Anforderungen der Wasser- und Abwasserbranche. RAT VOM TECHNIKER „Radar kann besser mit Schaum umgehen.“ Auch das ist ein Mythos. Radar ist für solche Applikationen weder besser noch schlechter geeignet als Ultraschall. Denn während nasser Schaum die Signale reflektiert, absorbiert trockener Schaum die Signale – sowohl die des Radars als auch die des Ultraschallsensors. In dieser Kategorie geht also kein Gewinner hervor, der einzige Ansatzpunkt ist zu versuchen, die Schaumbildung zunächst zu minimieren und einen Techniker zu Rate zu ziehen, der für die gegebenen Bedingungen das ideale Messgerät definieren kann. 01 Ultraschallsensoren haben dank ihrer selbstreinigenden Eigenschaften ein besseres Messsignal 02 Einbauten und Schaumbildung können die Messung erschweren; sowohl bei der Radar- als auch bei der Ultraschalltechnologie ANWENDUNGSBEISPIELE Doch Schluss mit den theoretischen Trockenübungen, wie gestaltet sich die Wahl zwischen Ultraschall- oder Radartechnologie in konkreten Anwendungsfällen? Die Stadt Edmonton in Alberta (Kanada) hat ca. 800 000 Einwohner, sie braucht daher eine effiziente und zuverlässige Abwasserbehandlung. Aufgrund mehrerer Herausforderungen, wie einem engen Bau der Nassgrube mit diversen Einbauten, war es hier unmöglich, ein Ultraschallfüllstand-Messgerät optimal zu platzieren. Die Ultraschallsignale wurden von den Einbauten reflektiert und komplizierten die präzise Messwertaufnahme. Abhilfe schaffte ein Siemens Echomax Ultraschallsensor mit schmalem Schallkegel. Die automatische Unterdrückung von Störechos im Sitrans LUT400 Transmitter stellt seither sicher, dass durch Einbauten verursachte Störechos das Messergebnis nicht verfälschen. Anders gelagert war der Bedarf einer Gemeinde im Südosten der USA. Hier erfreute sich ein Wohngebiet nahe der Wetlands wachsender Beliebtheit. Die Wetlands sind in erster Linie jedoch ein Naturschutzgebiet. Um Wohnen und Natur hier bestmöglich koexistieren zu lassen, entschied sich die Kommune für eine sogenannte „Package treatment plant“, eine vorgefertigte Einheit zur Behandlung der Abwässer. Die strengen Vorgaben zur Überwachung der Chlorrückstände ließen jedoch keine rein manuelle Überwachung der Dosieranlagen zu. Die Instrumentierungslösung war daher im Gegensatz zur Anlage nicht vorgefertigt, sondern speziell auf die Anforderungen angepasst. Seither wird der Prozess durch einen Siemens Probe LU überwacht, dessen Messgenauigkeit weder durch Störstoffe, korrosive Stoffe oder Fette beeinträchtigt wird. Die Praxisbeispiele zeigen: Entscheidend ist immer die Applikation, für die eine Messlösung gefunden werden soll. Eine pauschale Antwort auf die Frage „Radar oder Ultraschall“ wäre nicht zielführend. Je nach Applikation ist mal Radar und mal Ultraschall die Technologie der Wahl. Der Mix macht’s: Gerade in geschlossenen Behältern kann die kontinuierliche Füllstandmessung bestens mit Grenzstandmessungen und mit Druckmessgeräten ergänzt werden (zum Beispiel in Faulbehältern oder Gasspeichern), um optimale Messinformationen zu liefern und einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. www.siemens.de wlb UMWELTTECHNIK 1/2018 21