Im Praxistest

Ein Beispiel ist das Überwachen von Tanks für die Rohöl-Lagerung, wo große Distanzen zu überbrücken sind In solchen Fällen hilft der neue WirelessHART-Standard Damit die Mischung des Rohöls in den Lagertanks einer Mineralölraffinerie homogen bleib, sind diese mit einer Füllstandsüberwachung ausgestattet, die an eine Steuerung angekoppelt ist Rührwerke halten den Rohstoff ständig in Bewegung Fällt der Füllstand unter einen bestimmten Wert, werden die Rührwerke automatisch abgeschaltet Fällen hilft der neue WirelessHART-Standard. Damit die Mischung des Rohöls in den Lagertanks einer Mineralölraffinerie homogen bleib, sind diese mit einer Füllstandsüberwachung ausgestattet, die an eine Steuerung angekoppelt ist. Rührwerke halten den Rohstoff ständig in Bewegung. Fällt der Füllstand unter einen bestimmten Wert, werden die Rührwerke automatisch abgeschaltet.

Messungen sollte die Überprüfungen ergänzen

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Weitläufig: Zur Überwachung in ausgedehnten Anlagen wie Ölraffinerien bieten sich funkgestützte Datenerfassungssysteme an

Regelmäßig wird der Zustand der Lager des Mischers und seiner Dichtungen von Mitarbeitern überprüft. Das ist im weitläufigen Geländes und bei den vielen Tanks eine sehr zeitaufwändige Tätigkeit, die zudem keine konsistenten Messwerte liefert. Deshalb sollten Messungen mit kombinierten Vibrations- und Temperatursensoren für die Motorüberwachung sowie einer Füllstandsmessung für den Ölbehälter der Lagerdichtung die Überwachung unterstützen.
Die wesentliche Herausforderung war es, eine geeignete Datenübertragung von den Sensoren zur Leitwarte zu finden. Da wegen der Beschaffenheit des Untergrunds lange Kabel nur schwer verlegt werden konnten, war eine Funklösung gefragt. Die Wahl fiel auf den WirelessHART-Standard, der in dieser Anwendung schnelle Inbetriebnahme, Unempfindlichkeit gegen Interferenzen und hohe Zuverlässigkeit bietet.
Lucas Tscherter hat im Rahmen dieses Projekts seine Diplomarbeit bei der Rösberg Engineering erstellt. Er erläutert das Vorgehen bei der Planung eines WirelessHART-Netzwerks: „Meist ist die Position für das Gateway vorgegeben, an dem alle Sensordaten zusammengeführt werden, denn hier laufen die Leitungen für Stromversorgung und für die Datenübertragung zum Leitsystem zusammen. Damit bildet das Gateway den Ausgangspunkt der ganzen Netzwerkplanung.“
Nach Eintragen von den Position der Funksender und der Störobjekte sowie deren Größe prüft eine Software die Funkabdeckung im gesamten Bereich des Netzwerks. „Dann wurde ein Testaufbau vor Ort installiert,“ berichtet Tscherter weiter. „Der Aufbau des Gateways, Platzieren der vier Testsensoren und Einrichten des Systems haben kaum eine Stunde gedauert.“
Die Funkübertragung bei WirelessHART basiert auf dem lizenzfreien drahtlosen ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band). Dabei muss die Kommunikation zwischen den Messsensoren im Feld und dem Gateway auch dann störungsfrei funktionieren, wenn durch temporäre Hindernisse, wie etwa Fahrzeuge, einzelne Sender abgeschattet werden oder andere Geräte im Umfeld dieselbe Sendefrequenz nutzen. WirelessHART ist funktionssicher, weil es als Übertragungsverfahren TDMA (Time Division Multiple Access). Der Datenaustausch erfolgt dabei in exakt vorgegebenen Zeitfenstern. Das vermeidet Kollisionen bei der Datenübertragung. Gleichzeitig wird im Frequenz Hopping Spread Spectrum (FHSS) dieselbe Trägerfrequenz immer nur für kurze Zeiträume verwendet, was die Störsicherheit ebenfalls deutlich erhöht.
Schließlich vermeidet auch DSSS (Direct Sequenz Spread Spectrum) Interferenzen. DSSS ist ein Frequenzspreizverfahren, bei dem das Ausgangssignal mit einer Bitfolge gespreizt und somit unempfindlicher gegen schmalbandige Störungen wird. Sowohl FHSS als DSSS schützen zudem vor Mithörern.
Um auch die Stromversorgung kabellos gewährleisten zu können, muss der Energieverbrauch der Netzwerkteilnehmer möglichst gering sein. Auch dafür ist das zeitschlitzbasierte Sendeverfahren vorteilhaft, da Energie nur während der ,Sendezeiten‘ benötigt wird.
Die vom WirelessHART-Gateway empfangenen Signale gelangen dann über Modbus an eine HIMA-Steuerung und von da aus an das vorhandene Prozessleitsystem (Honeywell TDC3000). Über eine spezielle Software lassen sich die Feldinstrumente konfigurieren und kalibrieren und das WirelessHART-Netzwerk verwalten. Die Anbindung des Gateway an das vorhandene anlagenweite IT-Netzwerk erfolgt per Ethernet. Die Informationen können dann von einem PC-Arbeitsplatz mit Netzwerkanbindung und den entsprechenden Nutzerrechten aufgerufen werden.
Auf die Daten der bereits existierenden Füllstandsüberwachung muss die Steuerung sofort reagieren. Bei den WirelessHART-Sensordaten kann dagegen aufgrund der Funkübertragung keine Fehlersicherheit garantiert werden. Daher liegt hier der Schwerpunkt auf der Monitoring-Funktion, sprich der Informationsgewinnung zum Anlagenzustand,“ erklärt Tscherte die Einbindung des Systems, das derzeit erprobt wird.

Kontakt: Rösberg Engineering, Email: info.ka@roesberg.com, www.roesberg.com

WirelessHart

Konzept und Struktur
5263 04_thumbnailBei WirelessHart handelt es sich um ein Meshed Network, das sich selbst aufbaut und repariert. Jedes Feldgerät im Netzwerk muss daher Nachbargeräte aufspüren, Synchronisations- und Frequenz-Hopping-Informationen austauschen und seine eigene Signalstärke überwachen können. Gleichzeitig sind alle Geräte im Netzwerk in der Lage, Daten zu senden und zu empfangen oder als Repeater Daten zwischen zwei zu weit voneinander entfernten Geräten weiterzureichen. Aufgrund der vermaschten Netzwerkstruktur bietet WirelessHART fast zwangsläufig Redundanz.