Radartechnologie für Holzverarbeiter Mit Mikrowellen beim Mazerieren messen

Ein Holzverarbeiter, der seit nunmehr 100 Jahren in den Bereichen Forstwirtschaft, Zellstoff und Papier tätig ist, war im Zuge seiner strategischen Ausrichtung auf Nachhaltigkeit auf der Suche nach einer langlebigen Lösung für die Füllstandsmessung in seinen Anlagen. Das Unternehmen ist aktiv in Chile, Argentinien, Brasilien, Peru, Kolumbien, Mexico, Ecuador und Uruguay und gilt als der fünftgrößte Zellstoffproduzent weltweit. Hauptexportgebiete sind Asien, USA und Europa.

Bei der Ausstattung des Stammwerks nahe Santiago de Chile stellten die Trocknungssysteme inklusive der Mazeration spezielle Ansprüche an die Robustheit der zu verbauenden Messtechnik. Beim Mazerieren wird das Holz im Rohzustand einige Zeit der Einwirkung von Wasser ausgesetzt, das als Lösemittel für bestimmte Inhaltsstoffe dient. Dieser Prozess wird durch Wärmezufuhr unterstützt.

Im Prozessbehälter herrschen dadurch Temperaturen von bis zu 80 °C sowie ein Prozessdruck von circa 0,8 bar. Die atmosphärischen Bedingungen stellen vor allem mit dem hohen Gehalt an Dampf und Feuchtigkeit hohe Ansprüche an den zu verbauenden Sensor.

Messvorgang während der Mazeration

In der kontinuierlichen Messung wurden die Lösungen von UWT ergänzend zu Lotsystem und berührungsloser Radartechnologie vor einiger Zeit um eine TDR-Produktlinie erweitert. Neben dem NivoGuide NG 8000, der eine klassische Radarlösung in flüssigen Medien sowie zur Trennschichtmessung darstellt, wurde mit dem NivoGuide NG 3000 eine zweite Serie für Feststoffanwendungen umgesetzt.

Die Geräteausführungen sind mit individuell auf die Applikation anpassbaren Auslegern durch Stab- und Seilverlängerung ausgestattet. So kann UWT je nach Prozessbedingung und zu messendem Medium die passende Sensorik konfigurieren. Gemeinsam mit dem lokalen Partnerunternehmen Veset konnte der deutsche Messtechnik-Hersteller so eine maßgeschneiderte Lösung mit der geführten Radarsensorik des NivoGuide NG 8000 bereitstellen.

Bei der Technologie werden Mikrowellenpulse auf ein Seil oder einen Stab gekoppelt und entlang der Sonde geführt. Der ausgesendete Impuls wird von der Produktoberfläche reflektiert. Die Zeitdifferenz zwischen dem gesendeten und reflektierten Impuls wird in einen Füllstand umgerechnet. Die niederfrequenten Mikrowellen werden selbst bei hohem Feuchtigkeitsgehalt kaum gedämpft, wodurch ein größtmöglicher Energieanteil für die eigentliche Füllstandsbestimmung zur Verfügung steht.

Zur zuverlässigen Füllstandsermittlung des Wassers aus dem Erhitzen der Stämme im Trocknersystem wird der Füllstand über ein Rohr mit 100 mm Durchmesser und 600 mm Höhe gesteuert. Die geringe Durchmessergröße sorgt dabei für eine Signalbündelung, die das Messsignal verstärkt und damit auch die Messsicherheit erhöht. Selbst unter den anspruchsvollen Prozessbedingungen soll der NivoGuide mit seiner 4…20-mA/HART-Zweileiterelektronik so auf ±2 mm genau messen.

Aufgrund der geringen Reaktionszeit lassen sich auch schnell fluktuierende Füllstände zuverlässig erfassen. Prozessdruck- oder DK-Werteschwankungen haben keinen Einfluss auf die Genauigkeit des Messergebnisses, da weder ein Abgleich auf sich verändernde Prozessbedingungen noch eine Kalibrierung auf das zu messende Medium erfolgen muss.

Hilfreiche Diagnosemöglichkeiten

Die Unempfindlichkeit gegenüber verschiedensten Prozessbedingungen erleichtert die Inbetriebnahme der UWT-Sensoren. In nur fünf Schritten sind sie kalibriert und liefern dann ein zuverlässiges Füllstandssignal, unabhängig davon, ob sie in wasser- oder ölbasierenden Medien, Pasten, Schäumen oder Schlämmen zur Anwendung kommen.

Intelligente Software-Algorithmen können dabei zwischen dynamischen und statischen Signalen unterscheiden. Auf diese Weise lassen sich Einbauten innerhalb der Behälter als solche identifizieren und bei der Echoanalyse ausschließen. Fehlerhafte Füllstandsmessungen werden so vermieden. Da sich Störungen jedoch nicht 100-prozentig ausschließen lassen, werden Echokurven automatisch aufgezeichnet und gespeichert. Mittels dieser Daten wird die Fehleranalyse beschleunigt und die Stillstandszeit gering gehalten.

Das Programmierelement mit einem aufsteckbaren Anzeige- und Bedienmodul sowie einem Deckel mit Sichtfester ermöglicht ein sehr nutzerfreundliches Bedienen des NivoGuide. Diverse Diagnosefunktionen sorgen darüber hinaus für ein rasches und sicheres Handling. Es werden beispielsweise aktuelle Messwerte sowie Inbetriebnahme-Parameter angezeigt. Die Daten lassen sich speichern und auf andere geführte Radargeräte übertragen, was Zeit beim Installationsvorgang spart.

Externe Installation gegen störende Bewegungen

Während des Mazerierungsprozesses kommt es zu Oberflächenbewegungen, die starke Kräfte auf die Sonde des Sensors ausüben. Aus diesem Grund fiel die Entscheidung, den Sensor in einem Rohr außerhalb des Behälters zu installieren, in dem die Oberflächenbewegungen deutlich geringer ausfallen. Diese Installationsart in Kombination mit der robusten Bauweise der Stabausführung des NivoGuide 8000 war die langlebigste und damit optimale Lösung für den Kunden.

Die Stabausführung aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 8 mm ist dabei schon so konstruiert, dass auch bei starker Krafteinwirkung keinerlei Beschädigungen auftreten. Die Aufnahme des Stabauslegers ist bei Flüssigkeitsgeräten zudem von einem konischen Dichtungselement, dem sogenannten Kondensatkonus, umgeben. Dieser verhindert Fehlmessung durch sich an der Einkopplung bildendes Kondensat und erleichtert aufgrund seiner speziellen Form das Abtropfen.

Transparenz und Planungssicherheit durch Visualisierung

Anwender mit einer Reihe an gestreut platzierten Lagersilos und Tankbehältern erachten es als immer wichtiger, diese zusätzlich zur kontinuierlichen Füllstandsmessung mit einer automatisierten Visualisierung und Überwachung der Daten auszustatten. Detektierte Messergebnisse der Sensoren werden schnell und einfach mit einer Software dargestellt und sind jederzeit bequem vom Bildschirm aus abrufbar.

Durch effektive Silologistik erhöhen sich dann auch Transparenz und Planungssicherheit für den Anlagenbetreiber. Die TDR-Reihe des NivoGuide wurde aus diesem Grund mit einer entsprechenden Ausstattung versehen, die ein analoges 4...20-mA-Signal sowie eine Modbus-RTU- oder Profibus-DP-Schnittstelle für die Auswertesysteme beinhaltet.

Für einen transparenten Herstellungsprozess liefert die Datenvisualisierung Füllstände in Höhe, Prozent, Gewicht oder Volumen. Es werden Trends gespeichert, E-Mails über Füllstände oder Silovollmeldungen können aktiviert werden, auch die einzelnen Füllstandssensoren lassen sich parametrieren. Saubere Routenplanung und gezielte Bevorratung für die Kostenoptimierung in der Materialauslieferung werden so einfacher.