Mal nachgedacht – M+O-Sensoren / M+C-Sensoren

Mal nachgedacht – M+O-Sensoren / M+C-Sensoren

13. August 2019

Was ist ein M+C-Sensor?

M+C steht für Measurement + Control. Das bezeichnet den klassischen Sensor, der in der Automatisierung für die Messung einer Größe im Prozessmedium eingesetzt wird. Das ist z.B. der Druck- oder der Temperatursensor, der den Ist-Druck oder die Ist-Temperatur im Medium misst und damit der Automatisierungstechnik einen Soll-Ist-Vergleich ermöglicht, um für die Einhaltung der Sollwerte zu sorgen. Das kann auch ein analytischer Sensor sein, z.B. ein pH-Sensor, der den pH-Gehalt des Prozessmediums bestimmt und somit die Einhaltung des Soll-pH-Werts ermöglicht. Während die Sensoren der Feldmesstechnik also dafür sorgen, dass die richtigen Prozessbedingungen herrschen, sorgt der analytische Sensor dafür, dass die Qualität des Mediums während des Prozessablaufs und an dessen Ende tatsächlich der gewünschten entspricht. Beiden Sensortypen ist gemeinsam, dass sie im Prozess messen.

Wozu M+O Sensoren?

M+O steht für Monitoring + Optimization. M+O-Sensoren messen keine Prozessgrößen, sondern sie überwachen Prozesskomponenten. Sie stellen fest, ob und wie sich diese Komponenten verändern. Ob sie in einem optimalen, belastungs- und verschleißarmen Bereich arbeiten, oder in einem belastenden, großen Verschleiß verursachenden Bereich. Ein Beispiel ist die Detektion von Kavitation an Pumpen. Entsprechende Methoden der Datenauswertung  – simple Trendbetrachtungen oder komplexe Big Data-Techniken – lassen dann Voraussagen über die Lebensdauer zu und ermöglichen die Optimierung der Betriebsweise. Kosteneffizienter Einsatz der Assets ist das Ziel. M+O-Sensoren können allerdings sehr unterschiedliche Ausprägungen haben.

Reine M+O-Sensoren

Reine M+O-Sensoren messen eine oder mehrere Größen von Prozess-Komponenten. Am weitesten entwickelt sind hier Schwingungssensoren, die z.B. außen am Gehäuse einer Pumpe angebracht werden, ggf. zu mehreren, und das Schwingungsverhalten dieser Pumpe unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen aufzeichnen. Auf diese Weise kann z.B. durch spezifische Schwingungsmuster Kavitation entdeckt werden, die zu einem vorschnellen Verschleiß der Pumpe führen kann. Dies ist Grundlage für eine Optimierung des Pumpenbetriebs. Generell lassen sich durch M+O-Sensoren eintretende Veränderungen detektieren, sowohl spontane oder auch schleichende, die sonst eher durch Zufall entdeckt werden: Eine Veränderung der Geräuschkulisse z.B. deutet auf einen Gasaustritt hin oder den Defekt einer mechanischen Komponente.

Sensoren und LoRaWAN

 

M+O-Sensoren für die Schwingungsanalyse und die Messung der Temperatur

Kombinierte M+C- und M+O-Sensoren

Viele Sensoren, insbesondere die Sensoren der Prozessanalytik, verfügen über Selbstdiagnose-Funktionen. Wenn ein pH-Sensor z.B. über ein Signal verfügt, dass die Impedanz seiner Referenzelektrode repräsentiert, dann macht er damit eine kontinuierliche Aussage über den Gesundheits-Zustand der Referenzelektrode. Deren Membran (Diaphragma) könnte chemisch oder mechanisch angegriffen sein, oder, am wahrscheinlichsten, einfach verschmutzt und zugesetzt. Das ist sozusagen ein in den M+C-Sensor eingebauter M+O-Sensor.

Referenzsystem einer pH-Elektrode

Referenzsystem einer pH-Elektrode (Yokogawa SC25)

Je komplexer Analysensysteme werden, Spektrometer, Gaschromatografen, desto mehr Diagnose-Signale liefern sie in der Regel. Bleibt allerdings die Frage, wer diese Signale kontinuierlich beobachtet und auswertet.

Der den M+C-Sensor überwachende M+O-Sensor

Mess-Signale und Diagnose-Signale der Sensoren sind unter Umständen nicht ausreichend, um Monitoring und Optimization zu betreiben. Weitere, unabhängige Signale können die Aussagekraft des M+O-Sensors noch weiter steigern.

In unserem NOA-Demonstrator wird z.B. das Messsignal verwendet, um einen pH-Sensor während einer automatischen Reinigung zu beobachten, sozusagen zu monitoren. Der pH-Wert der Reinigungslösung und das dynamische Verhalten des Sensors beim Wechsel auf den pH-Wert der Reinigungslösung und wieder zurück auf den pH-Wert des Prozessmediums lassen Rückschlüsse auf die Qualität der Messung zu. Allerdings erfordert dieses Vorgehen Informationen über Sollwerte und Berechnung der Abweichungen. Auch die Ansteuersignale für die automatische Reinigungseinrichtung sind erforderlich; diese kommen in der Regel aus der Leittechnik.

Nach außen hin sieht man davon normalerweise nichts; der Operator sieht lediglich „Sensor on hold“. Tatsächlich werden hier aber Berechnungen angestellt, Signalverläufe analysiert, Signale mit Sollwerten verglichen und Trends und Historie angelegt. Dieses Zusammenspiel erfordert eine koordinierende Software, sodass der M+O-Sensor nun aus M+O-Signalen des M+C-Sensors besteht, aus weiteren Zustandssignalen und einer Datenauswertung. Dieses Paket liefert dann tatsächlich Monitoring + Optimization. Dieses Paket könnte man nun vielleicht in seiner Gesamtheit als Soft-M+O-Sensor verstehen. Und in diesem Bereich liegt ein gehöriges Potenzial für die Optimierung, insbesondere für die Prozessanalysentechnik.

Monitoring and Optimization

M+O pH-Monitor: Signale + Software

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