- moneo: IIoT-Plattform
- Use cases
Durchfluss-Überwachung einer CIP-Anlage mit moneo RTM
Sicherstellen der Reinigungsprozesse in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Bei der Verarbeitung von organischen Stoffen zum Verzehr, wie z.B. Milch, ist ein besonderes Maß an Hygiene bei der Tankreinigung notwendig. Mit entscheidend für ein einwandfreies Reinigungsergebnis ist die Strömung und somit die mechanische Wirkung.
Die Ausgangslage
In einer eigenen CIP-Anlage testet die ifm Prozesssensorik in einem realen Umfeld. Vor dem Einsatz von moneo wurde die Anlage nur über Analogsignale betrieben und über eine SPS gesteuert. Die Prozessvisualisierung war nur vor Ort an der HMI der Anlage möglich. Eine Überwachung erfolgte ausschließlich über den analogen Stromwert 4…20mA.
Ziel des Projekts
Mit der Anbindung bereits vorhandener analoger Strömungssensoren, via IO-Link-Master, an das moneo System, erfolgt ein weiterer Prozess-Analyse-Schritt. Somit wird eine Optimierung der Prozessqualität und Transparenz des Gesamtprozesses geschaffen.
Die Durchführung
moneo ist bereits zentral auf einem Server installiert und die notwendigen Module, u.a. moneo RTM sind aktiviert. Die IO-Link Master sind über ein internes VLAN mit dem Server verbunden.
Für die Aufnahme der Strömung wurde ein bereits installierter Analogsensor von Endress & Hauser (Promag 50) verwendet. Dieser konnte per Retrofit (der ifm Y-Weg), IO-Link fähig gemacht werden. Dabei wurde ein Auswertesystem und Display für Analogsignale (DP2200) verwendet. Dieses verfügt über einen Analogeingang 4…20 mA. Das Signal kann zusätzlich durch das Gerät durchgeschleift werden und steht somit weiterhin für die SPS der Anlage zur Verfügung. Dies ermöglicht eine einfache Integration ohne dass die Anlagensteuerung beeinflusst wird.
Der Erfolg
- Die Datenaufzeichnung erweitert die Transparenz und damit verbundene Optimierungspotentiale.
- Die Steigerung der Anlagenverfügbarkeit verbessert den Gesamtprozess.
- Schnelle Reaktion auf sich verändernde Prozessparameter durch integriertes Alarmmanagement und damit Optimierung der Instandhaltung.
- Alle Maßnahmen erhöhen die Prozess- und Produktqualität.
- Zusätzlich bietet moneo RTM eine umfassende Visualisierung des Prozesses.
Fazit
Ohne Änderungen oder Eingriffe an der SPS oder ihrer Software vornehmen zu müssen, wurden die Anlage erfolgreich digitalisiert.
Dashboard
Im moneo Dashboard erhält der Benutzer eine Übersicht der relevanten Prozesswerte für die Anlage. In folgendem Dashboard werden die primären Kenngrößen (Strömung, Temperatur und Leitfähigkeit) im Zulauf visualisiert:
- Druck an der Förderpumpe in Bar
- Leitfähigkeit im Zulauf in µS/cm
- Durchfluss in L/min
- Strömungsgeschwindigkeit in m/s
- Temperatur im Zulauf vor dem Wärmetauscher in °C
- Temperatur im Zulauf nach dem Wärmetauscher in °C
In einem weiteren Dashboard werden mehr Details zur Strömung dargestellt.
- Aktueller Druck an der Förderpumpe in Bar
- Gegenüberstellung Pumpendruck und Strömung in einem Liniendiagramm
- Rohwert des DP2200 Eingangssignals in mA
- Berechnete Durchflussmenge aus dem analogen Stromwert in L/min
- Berechnete Strömungsgeschwindigkeit aus der Durchflussmenge in m/s
Analyse
Über die Analysefunktion kann der Benutzer den Füllstand der Behälter im Detail analysieren. Die Füllstandwerte werden permanent aufgezeichnet und lassen sich auch Tage, Wochen oder Monate später noch betrachten. So können z.B. Rückschlüsse auf Leckagen gemacht werden.
- Druck an der Förderpumpe in Bar
- Durchfluss in L/min
Calculated Values: kalkulierte Werte
Folgende Werte werden anhand der Strömung zusätzlich berechnet.
Aktuelle Strömung in L/min
Anhand des Datenblatts wurden die Start- Stoppwerte des Analogsensors ermittelt:
- Startwert 4mA = 0 L/min
- Stoppwert 20mA = 200 L/min
Daraus ergibt sich die Wertigkeit pro Milliampere von 12,5 L/min.
Diese 12,5 L/min pro Milliampere wird nun als Faktor zur Berechnung verwendet.
Dataflow Modeler
- Aktueller Stromwert in mA
- Faktor 12,5 l/min pro mA
- Offset -4 zur Umrechnung von 4…20mA in 0…16mA
- Multiplikation Faktor mit Stromwert
- Ergebnis der Berechnung in L/min
Umrechnung Strömung (L/min) in Geschwindigkeit (m/s)
Die Fließgeschwindigkeit ist ein entscheidende Kenngröße für den Erfolg des Reinigungsprozesses, dieser Wert kann anhand des aktuellen Durchflusses und der konstanten Querschnittsfläche des Rohrs ermittelt werden.
- v = Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde [m/s]
- Q = Strömung in Kubikmeter pro Sekunde [m³/s]
- A = Querschnittsfläche in Quadratmeter [m²]
Beispiel mit Rohrradius 0,02m und einer Strömung von 200 L/min:
- Aktuelle Strömung in L/min
- Faktor zur Umrechnung von L/min in m³/s (1 Minute = 60 Sekunden, 1.000 Liter = 1 m³)
- Konstante Radius der Rohrleitung in m
- Konstante Pi (3,1415)
- Strömung in L/min geteilt durch 60.000 ergibt Strömung in m³/s
- Quadrieren des Radius (r²)
- Multiplikation r² mit Pi, Ergebnis Querschnittsfläche in Quadratmeter
- Strömung in m³/s geteilt durch Querschnittsfläche (m²)
- Ergebnis der Berechnung in m/s
