In der industriellen Wassertechnik oder in Prozessanlagen findet man die unterschiedlichsten Anforderungen an Messgeräte für wasseranalytische Größen wie pH-Wert, Redox-Potenzial oder elektrolytische Leitfähigkeit vor. Durch den Einsatz von bildschirmgestützten SPS oder Industrie-PCs wird ein aufwendiges Analysenmessgerät, das auch eigenständige Regelaufgaben übernimmt, meist überflüssig. Die erforderliche Funktionsvielfalt kann auch im SPS-Programm abgebildet werden. Leider erzeugen elektrochemische Sensoren meist sehr empfindliche, störungsanfällige und unnormierte Messsignale, die zunächst durch Messumformer aufgearbeitet werden müssen. Da häufig auch Temperaturabhängigkeiten bestehen, müssen die Sensorsignale anhand teilweise aufwendiger mathematischer Berechnungen temperaturkompensiert und linearisiert werden. Dies geschieht durch Messumformer, die auch Aufgaben der Sensorüberwachung (Bruch-, Alterungs- und Drifterkennung) übernehmen können. Oftmals genügen der SPS die verbreiteten industriellen Normsignale (z.B. 0/4 bis 20mA oder 0/2 bis 10V), um die analytischen Messwerte weiterverarbeiten zu können. Eine große, separate Anzeige vor Ort ist dann häufig nicht erwünscht – alles soll auf einem Bildschirm oder Touchscreen zentral abgelesen werden können. Warum also den Schaltschrank mit den klassischen Messverstärkern überladen? Jumo bietet hier Planern eine Lösung an. Während die Geräte der Messverstärkerserie Jumo dTrans pH 01 als klassische Schaltschrankmessumformer/-regler ausgeführt sind, bietet der Jumo Aquis 500 die Möglichkeit, die Messstelle nahe dem Sensor in Schutzart IP67 \’wasserdicht\‘ zu platzieren. Beispiel: Wasseraufbereitung in einer Kfz-Waschanlage Zum Auto gehört untrennbar die Fahrzeugwäsche – Kfz-Waschanlagen bilden einen wichtigen Bereich der Kfz-Branche. Aber: Autowaschen belastet die Umwelt – vor allem durch hohen Wasserverbrauch und durch Wasserverschmutzung. Die professionelle Autowäsche erfolgt in Deutschland mit Trinkwasser. Rund 150l benötigt eine Waschanlage pro Wagenwäsche. Der Trinkwasserverbrauch in diesem Bereich schlägt in Deutschland mit mehr als 35Mrd. m³ pro Jahr zu Buche. Eine Möglichkeit, hier Wasser zu sparen und die Umwelt zu schonen, ist Wasserrecycling. Das beim Autowaschen anfallende Abwasser kann mit Kraftstoff- und Ölrückständen, Abriebpartikeln aus Bremsbelägen und Reifen und mit sonstigen Schadstoffen belastet sein. Zusammen mit den verwendeten Reinigungs- und Pflegemitteln gelangen auch alle auf Lack und Scheiben gelösten Schmutzpartikel ungefiltert in die Kanalisation oder versickern gar im Erdreich, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden. Dazu kommt, dass die Lackoberflächen von Kraftfahrzeugen bei der Auslieferung auf unterschiedliche Weise vor Beschädigung geschützt sind; man benutzt hierzu Schutzfolien, Wachs oder auch Copolymere. Beim Waschen einer durch Copolymer versiegelten Oberfläche entsteht in Verbindung mit dem eingesetzten Waschmittel ein alkalisches Abwasser mit einem pH-Wert von 10 bis 11. Um bei der Entsorgung eine Belastung der Umwelt zu vermeiden, ist eine Neutralisation erforderlich. Bei einer Kfz-Waschanlage kann über eine entsprechende Behandlung bzw. Neutralisation das Brauchwasser so aufbereitet werden, dass es erneut in der Waschanlage verwendet werden kann. Dazu wird das verbrauchte Wasser in einem Behälter (Behälter 1, siehe Bild 3) gesammelt. Das Niveau wird durch eine hydrostatische Pegelmesssonde Jumo Typ 402090 gemessen und durch die SPS geregelt. Bei entsprechendem Bedarf befördert eine Pumpe (P 1) das Abwasser in einen zweiten Behälter, dessen Niveau ebenfalls geregelt wird. In diesem Behälter wird das Abwasser neutralisiert. Zu diesem Zweck leiten zwei weitere Pumpen (P 2 bzw. P 3) dosiert Säure oder Lauge zu, bis sich ein \’neutraler\‘ pH-Wert von 6,8 bis 7,2 einstellt. Nach entsprechender Verweilzeit schaltet die SPS das Ventil frei. Das Wasser aus Behälter 2 kann nun der Waschanlage zugeführt und dort wiederverwendet werden. Alle Prozessdaten können in einer solchen Anlage von einer zentralen SPS mit Bildschirm verarbeitet werden. SPS und pH-Messumformer Die pH-Messung erfolgt mit geeigneten pH-Sensoren und dem Hutschienenmessumformer ecoTrans pH03. Diese lassen sich platzsparend auf einer Tragschiene aneinanderreihen und können mit der SPS-Steuerung in einem kompakten Kleinschaltschrank untergebracht werden. Eingesetzt wird der nur 22,5mm breite pH-/Redox- und Temperaturmessumformer zur Montage auf Hut- bzw. Tragschiene nach DIN EN60715 (35×7,5mm). In der maximalen Ausstattung steht neben einem Normsignal 0/4 bis 20mA bzw. 0/2 bis 10V für den Hauptwert pH/Redox auch ein solches Signal für den Temperaturwert zur Verfügung. Für einfache Überwachungsaufgaben wurde ein Umschaltrelais spendiert. Ein LC-Display und eine kleine Tastatur ermöglichen die einfache Bedienung und den bei der pH-Messung regelmäßig notwendigen Elektrodenabgleich mit Pufferlösungen. Bisher waren Hutschienenmessumformer – insbesondere im wasseranalytischen Bereich – meist technisch einfache Geräte und eigneten sich für Anwendungen außerhalb industrieller Prozesse. Fehlende galvanische Trennungen, fehlende Displays und die fehlende freie Programmierbarkeit der Ausgänge machten den Einsatz solcher Messumformer im Industriebereich eher zu einer Notlösung. Symmetrischer und asymmetrischer Anschluss Dass es auch anders geht, wurde nun bewiesen: So verfügt der ecoTrans sowohl über einen asymmetrischen als auch über einen symmetrischen Eingang für die pH-Elektrode – ein Qualitätsmerkmal, das bisher nur hochwertige Messgeräte aufwiesen. Während der asymmetrische Eingang (hochohmiger Eingang für die Glaselektrode, niederohmiger Eingang für die Referenzelektrode) heute zur Standardausstattung gehört, ist der technisch aufwendigere symmetrische Eingang ein Novum in dieser Geräte- und Preisklasse. Bei dem symmetrischen Anschluss der pH-Elektrode wird sowohl die Glas- als auch die Referenzelektrode symmetrisch hochohmig angeschlossen und ausgewertet. Störpotenziale in der Prozessanlage können dadurch bis zu einem bestimmten Maße ausgeregelt werden und es erfolgt eine stabilere Messung. Erkauft wird dies mit einem gewissen Mehraufwand: Ein zusätzlicher \’Masseanschluss\‘ ist notwendig, d.h. das Potenzial der Prozessflüssigkeit muss auf den Messumformer geschaltet werden. Neben den klassischen pH- und Redox-Elektroden können die Temperatursensoren Pt100 oder Pt1000 für die automatische Temperaturkompensation angeschlossen werden. Der Temperaturwert kann dann auch als Normsignal an eine SPS weitergegeben werden, was in der Anlage eine zusätzliche Temperaturmessung einspart. Über einen binären Eingang kann der ecoTrans pH03 durch die SPS oder den Nutzer in einen sicheren Betriebszustand gebracht werden (Hold-Modus). In diesem Betriebszustand nehmen alle Ausgänge (Normsignale und Relais) vorher definierte Werte bzw. Zustände an. Dies beugt z.B. bei der Anlagenwartung oder im Alarmfall unregulären Messwerten vor. Für einen besseren Bedienkomfort, insbesondere bei der aufwendigeren Erstprogrammierung für eine Neuanlage, steht dem Nutzer ein PC-Set-up-Programm zur Verfügung. Sämtliche Parameter können bequem darüber eingestellt und auf den ecoTrans pH03 übertragen werden, z.B. über eine USB-Schnittstelle. Da man die Einstellungen abspeichern kann, ist eine einfache und schnelle Anlagendokumentation sichergestellt. Fazit Als Partner der SPS bereiten die neuen Hutschienenmessumformer die anfälligen Signale handelsüblicher pH- und Redox-Elektroden sowie Temperatursensoren auf und stellen sie stabilisiert, temperaturkompensiert und galvanisch getrennt zur Verfügung. Die SPS kann sich den eigentlichen Steuerungs- und gegebenenfalls Regelungsaufgaben widmen und überlässt auch die Sensorsignalaufbereitung dem Messumformer als Bindeglied – eine gute Partnerschaft. Mit dem Produkt erweitert Jumo sein Angebot an Messumformern/Schaltgeräten auf Hut- oder Tragschiene. Die Messumformer-Serie gibt es in den Ausführungen pH/Redox oder für die Messgröße \’elektrolytische Leitfähigkeit\‘, \’Widerstand/Reinstwasser/TDS\‘. Aufgrund der schmalen Gehäusegestaltung können die Geräte auch in kleinen Schaltschränken untergebracht werden.
JUMO GmbH & Co. KG
