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Anwendungsbericht AG/FB114-DE Rev. A
Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
Optimierung einfacher Chargen- und Batchdosierung mit Durchflussmessern für die Nahrungsmittelindustrie Measurement made easy
Einführung
In der Nahrungsmittelindustrie müssen häufig Flüssigkeiten dosiert, umgepumpt, miteinander gemischt bzw. verschnitten werden. Mischungen in kontinuierlichen Prozessen werden über Verhältnis- oder Blendline-Regelsysteme direkt in der Rohrleitung realisiert. Bei dieser Vorgehensweise lassen sich Mischgefäße einsparen. In kleineren Chargenprozessen werden die benötigten Komponenten nacheinander über geeignete Durchflussmesser und Zähleinrichtungen in Behälter dosiert und dort gemischt.
Hier lassen sich nach technischen oder sensorischen Analysen auch noch Komponenten nachdosieren. Nicht immer ist eine Anlage so groß, dass sich die Investition in ein Leitsystem lohnt, sondern ein Einsatz von Einzelzählern wirtschaftlich sinnvoller erscheint. Diese Anwendungsbeschreibung stellt einige Realisierungsmöglichkeiten für die Batchdosierung auf der Basis von Einzelzählern vor.
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Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
2 AG/FB114-DE Rev. A | Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
Realisierung mit magnetisch-induktivem Durchflussmesser mit internem Zähler
Der magnetisch-induktive Durchflussmesser FEH500 mit internem Zähler kann direkt zur Batchdosierung eingesetzt werden. Die Dosierzeiten sollten dabei länger als 3 Sekunden sein. Im Messumformer des Durchflussmessers befindet sich ein interner Vorwahlzähler, der auch direkt am Gerät eingestellt wird. Die Charge kann über einen externen Kontakt gestartet und über einen Ausgangskontakt des Zählers beendet werden. Ist ein Vorkontakt vorhanden, kann darüber, in Verbindung mit einem geeigneten Ventil, auch eine verlangsamte Dosierung am Chargenende eingestellt werden, ehe der Hauptkontakt den Gesamtprozess beendet. Um die Genauigkeit bei kurzen Dosiervorgängen zu erhöhen, ist das Gerät mit einer automatischen Nachlaufkorrektur ausgestattet. Dabei erfasst der Messumformer nach seinem Schließbefehl die noch nachlaufende Menge, die ja ein Überdosieren bedeuten würde.
Über ein Berechnungsverfahren ergibt sich, um welche Zeitspanne früher der Messumformer in den nächsten Zyklen seinen Schließbefehl herausgeben muss, um eine genaue Dosierung zu gewährleisten. Da hier kein zusätzlicher Zähler benötigt wird, handelt es sich um eine einfach zu realisierende und preiswerte Lösung. Nachteilig ist, dass die Eingabe immer direkt am Gerät in der Rohrleitung erfolgen muss (bei kompakter Bauform des Durchflussmessers) und so auch eine Zwischenablesung des Zählers umständlich ist. Eine Zentralisierung bei mehreren Komponenten ist nicht unproblematisch. Die Freigabe des Dosierprozesses erfolgt über einen Kontakteingang am Durchflussmesser, der den internen Zähler zurücksetzt. Sollten weitere Steuerfunktionen erforderlich sein, müssen diese hardwaremäßig oder durch eine SPS realisiert werden.
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Abb. 1: Schemadarstellung 1 Vorlagebehälter 2 Start- / Stopp-Kontakt 3 Durchflussmesser
4 Motorventil 5 befüllter Behälter
Abb. 2: Dosierverlauf 1 Ventil geöffnet (Abfüllung gestartet)
2 Ventil geschlossen (Abfüllmenge erreicht) 3 Ventilschließzeit tv 4 Nachlaufzeit tn
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Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung | AG/FB114-DE Rev. A 3
Abb. 3: Elektrischer Anschluss magnetisch-induktiver
Durchflussmesser
Abb. 4: Einstellung der Dosiermenge
Abb. 5: Ablesung von Chargenanzahl, aktueller Chargenmenge oder
beides mit aktuellem Durchfluss
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Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
4 AG/FB114-DE Rev. A | Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
Realisierung mit Coriolis Masse-Durchflussmesser und Anzeiger / Summierer
Setzt man als Zähleinrichtung einen ABB Anzeiger Typ CM15 ein, lässt sich eine komfortablere Ablesung und Bedienung realisieren. Der Anzeiger kann in einer Messwarte oder an einer gut zugänglichen Stelle installiert werden.
Die Vorwahl erfolgt über die intuitiven Bedientasten direkt am Anzeiger. Über einen zusätzlichen Taster oder einen Kontakt am Binäreingang des Anzeigers lässt sich die Charge starten. Weitere Bedienmöglichkeiten und Steuerungsfunktionen müssen durch weitere Taster / Schalter und Hardware realisiert werden. Selbstverständlich sind die Kontakte auch durch eine SPS ansteuerbar.
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Abb. 6: Schemadarstellung 1 Vorlagebehälter 2 Start- / Stopp-Kontakt 3 Durchflussmesser 4 Motorventil 5 befüllter Behälter 6 Anzeiger / Summierer
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Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung | AG/FB114-DE Rev. A 5
Abb. 7: Elektrischer Anschluss Coriolis Masse-Durchflussmesser FCB350 mit Integrator
Abb. 8: Eingabemaske Vorwahl beim Anzeiger / Summierer CM15
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aktive Impulse
51 52
3 421 5 11 12109
Energieversorgung
+ -
Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
6 AG/FB114-DE Rev. A | Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
Realisierung mit Durchflussmesser und Kleinsteuerung AC500eco
Sollen die Möglichkeiten gegenüber der zuvor beschriebenen Lösung noch erweitert werden, lässt sich als Zähler und Steuergerät eine Kleinsteuerung AC500 eco von ABB einsetzen. In dieser Steuerung können ein oder mehrere Vorwahlzähler programmiert werden.
Steuerungstechnische Parameter wie Verriegelungen, Unterbrechungen und ähnliches können ebenfalls realisiert werden. Die Bedienung erfolgt über einen Touch-Screen-Bildschirm im Format 72 x 72 mm. Sowohl Vorwahlmenge, Durchlaufzähler als auch die Taster und Schalter lassen sich hier abbilden. Die Anzeigemöglichkeit des Zählers ist zwar auf 64000 begrenzt, da der Zähler aber nur als Dosierzähler für begrenzte Mengen Verwendung findet und nicht als Durchlaufzähler benötigt wird, ist das in der Regel unproblematisch.
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Abb. 9: Schemadarstellung 1 Vorlagebehälter 2 befüllter Behälter 3 Durchflussmesser 4 Motorventil 5 Kleinsteuerung AC500eco 6 Anzeige der Kleinsteuerung CP415
Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung | AG/FB114-DE Rev. A 7
Abb. 10: Elektrischer Anschluss Coriolis Masse-Durchflussmesser
Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
8 AG/FB114-DE Rev. A | Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
Abb. 11: Elektrischer Anschluss magnetisch-induktiver Durchflussmesser
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Abb. 12: Beispiel einer Bedienoberfläche mit Vorwahlzähler,
Schaltelementen und weiteren Zusatzinformationen
Abb. 13: Komponenten einer Batch-Dosierung mit magnetisch-
induktivem Durchflussmesser und Kleinsteuerung AC500eco
Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung | AG/FB114-DE Rev. A 9
Realisierung der Abfüllung mit schnellem Masse-Durchflussmesser, AC500eco und schneller Modbusverbindung
Müssen die Dosiervorgänge sehr kurz werden, wie es in Abfüllanwendungen häufig erforderlich ist, kann eine Kombination aus Coriolis-Masse-Durchflussmesser und AC500eco eingesetzt werden. Diese kommunizieren über eine schnelle Modbus-Verbindung miteinander. Eine für den Abfüllprozess entwickelte Software ist in der Steuerung hinterlegt. Das System erfasst ebenfalls eventuelle Nachlaufmengen nach dem Schließbefehl und kann sich selbst korrigieren. Die Abfüllzeiten sollten größer oder gleich 3 Sekunden betragen.
Abb. 14: Schnelle Abfüllung mit FCB100 und AC500eco 1 Vorlagegefäß 2 FCB100 3 Modbus-Verbindung
4 Schaltventil mit reproduzierbaren Schließzeiten 5 Füllgebinde
6 AC500eco
Abb. 15: Dosierverlauf 1 Ventil geöffnet (Abfüllung gestartet)
2 Ventil geschlossen (Abfüllmenge erreicht) 3 Ventilschließzeit tv
4 Nachlaufzeit tn
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M 4
5
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Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
10 AG/FB114-DE Rev. A | Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung
Abb. 16: Beschaltung FCB100 und AC500eco 1 Abfüllfreigabe (1 = aktiv; 0 = inaktiv) 2 Pause (1 = Pause) 3 Reset (1 = Reset) 4 Reinigung (1 = Reinigung) 5 Ventil öffnen (1 = auf)
6 Feindosierung (1 = aktiv)
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Abb. 17: Beispiel Bedienfenster Sollwerte
Abb. 18: Beispiel Bedienfenster Messwerte
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G11794
24 V DC
0 V DC
5
11
4
3
16
12
13
14
15
2
1
24 V DC
2
1
3
4
5
61+ 2- A B
+ -
41
52
42 51
+Modbus
(RS485)
L+ M
24 V DC
G11795
SB MW v
Reinigung Pause Reset
Sollwerte
Abfüllmenge
Feindosierungsmenge
Anzahl Abfüllungen Sollwertkorrektur
Korrigierte Abfüllmenge
Pause aktiv
500.00 g
490.00 g
1
499.00 g
Sollwertvorgaben
korrigierter
Abschaltpunkt
letztes Bild
MesswertfensterUnterbrechung
StartbildAnwahl Reinigung
Ventil geöffnet
G11796
SB SW v
Reinigung Pause Reset
Messwerte
Aktuelle Abfüllmenge
Aktuelle Nachlaufmenge
Gesamt Abfüllmenge
Gesamt Nachlaufmenge
Anzahl Abfüllungen
Pause aktiv
0.00 g
0.00 g
1114001
2228.0 g
2228
gezählte
Gesamtmenge
Statistikwerte
zum Sollwertfenster
Nachlaufmenge
nach Stoppbefehl
Durchflussmesser für die Chargen- und Batchdosierung | AG/FB114-DE Rev. A 11
Produkt-Information
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser FEH500
Kompakte Bauform
Nennweite DN (nach Erfordernis)
Auskleidung PFA
Elektroden aus CrNi-Stahl 1.4571 (AISI 316Ti)
Werkstoff Messwertaufnehmer: nichtrostender Stahl
Werkstoff Messumformergehäuse: Alu-Guss, lackiert
Einstellbare Fließgeschwindigkeit
Energieversorgung 100 … 230 V AC, 24 V AC/DC
Ausgangssignal 4 … 20 mA
Coriolis Masse-Durchflussmesser CoriolisMaster FCH300
Gleichzeitige Messung von Massestrom, Dichte und Konzentration
Kein leitfähiges Medium erforderlich
Hohe Genauigkeit bei Dichtemessung bis 1 g pro Liter
Hohe Genauigkeit bei Durchflussmessung bis 0,15 % vom Messwert
Mediumberührte Werkstoffe aus nichtrostendem Stahl
Selbstentleerend
Energieversorgung 100 … 230 V AC, 24 V AC/DC
Ausgangssignal 4 … 20 mA
Coriolis Masse-Durchflussmesser CoriolisMaster FCB100, FCH100
Nennweitenbereich: DN 10 bis DN 200 (DN 25 bis DN 80 für hygienische Anwendungen)
Werkstoffe: nichtrostender Stahl, wahlweise Messrohre poliert
Messgenauigkeit Durchfluss: Massedurchfluss 0,1 % und 0,15 % v. M., Volumendurchfluss 0,15 % v. M.
Dichtegenauigkeit Flüssigkeiten: 0,002 kg/l, 0,001 kg/l, 0,0005 kg/l (mit Feldabgleich)
Ausgänge: 2 digitale Ausgänge aktiv/passiv, Modbus-Kommunikation
Energieversorgung 11 ... 30 V DC
Anzeiger / Integrator ControlMaster CM15
Analog- / Frequenzeingang
Summier- und Zählfunktionen
Variables Display
Rechen- und Logikfunktionen
Variable Ein- / Ausgänge
Standard: 2 Universaleingänge, 1 Analogausgang, 1 Relaisausgang
Kleinsteuerung AC500eco mit Display
Steuerung mit Analog-, Frequenz- und Binäreingängen
Binärausgänge
Touch-Display
Programm für Dosierfunktionen
Kontakt
AG
/FB
114-
DE
Rev
. A 0
1.20
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ABB Automation Products GmbH Process Automation Borsigstr. 2 63755 Alzenau Deutschland Tel: 0800 1114411 Fax: 0800 1114422 Mail: vertrieb.messtechnik- [email protected] ABB Automation Products GmbH Process Automation Im Segelhof 5405 Baden-Dättwil Schweiz Tel: +41 58 586 8459 Fax: +41 58 586 7511 Mail: [email protected]
ABB AG Process Automation Clemens-Holzmeister-Str. 4 1109 Wien Österreich Tel: +43 1 60109 3960 Fax: +43 1 60109 8309 Mail: [email protected] www.abb.com/flow
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