Durchfluss auf neuem Fundament

Massendurchfluss-Regler für Industrial Ethernet

Durchfluss auf neuem Fundament

Mit neuen Massendurchflussreglern und -messern lassen sich kostengünstig mehrere Sensor/Aktor-Module über eine Systemsteuereinheit an Industrial Ethernet anbinden. Ein direkt im Gas messender MEMS-Sensor sorgt dabei für hohe Präzision und sehr kurze Reaktionszeiten. Für die komfortable Parametrierung gibt es ein passendes Tool.
Mit seinen Massendurchfluss-Messern (MFM) und Massendurchfluss-Reglern (MFC) für Gase ist der Anbieter Bürkert seit der Einführung der ersten Modelle im Jahr 1996 sehr erfolgreich. Heute stehen sie in verschiedenen Baugrößen, Sensorvarianten und Ausstattungen zur Verfügung und kommen überall da zum Einsatz, wo hohe Präzision und Reproduzierbarkeit gefordert sind – sei es für die Bereitstellung exakter Mischungsverhältnisse von Brenngas und Sauerstoff in der Flammensteuerung, die Herstellung und Regelung von Gasgemischen für Plasmaanwendungen in der Beschichtungstechnik oder die Darstellung definierter Atmosphären für Schweißanwendungen und in Härtereiöfen. Eines haben alle bisherigen MFC und MFM gemeinsam: Sie verfügen über eine eigene Elektronik für die Signalverarbeitung, Regelung und Ventilansteuerung. Zusammen mit dem Durchflusssensor und einem Proportionalventil als Stellglied ergibt sich ein geschlossener Regelkreis. Der Massendurchfluss wird meist anhand eines konstanten Sollwertes stabil gehalten oder nach einem vordefinierten Profil verändert. Die Regelung erfolgt unabhängig von Druckschwankungen oder erhöhtem Fließwiderstand. Durch die digitale Rückmeldung der MFC ist die genaue Gaszusammensetzung über die Zeit immer rückverfolgbar, was z.B. an Härte- und Beschichtungsöfen oder in medizintechnischen Anwendungen unter Qualitäts- und Sicherheitsaspekten sehr wichtig ist.

Steuerung betreibt mehrere Controller

Beim neuen MFC/MFM vom Typ 8741 hat Bürkert steuerungsrelevante Elemente herausgelöst. Diese Steuerungsaufgaben übernimmt eine übergeordnete Steuerung, welche Sensor/Aktor-Module (SAM) wie MFCs über einen Systembus anspricht. Die SAMs sind mit einer Schnittstelle für diesen proprietären Bürkert-System-Bus (BÜS) ausgestattet. Enthielt bisher jeder MFC/MFM eigene Steuerungs-Hardware, kommt jetzt die Systemsteuereinheit (SCU) Typ ME2X zum Einsatz. Diese kann bis zu 16 Regelkreise (z.B. SAMs) auf einmal kontrollieren und fungiert als Gateway zwischen Industrial Ethernet und dem BÜS. Damit kann die Feldgeräteebene kostengünstig direkt an Industrial Ethernet angebunden werden. Der Bürkert-System-Bus ist die standardisierte digitale Schnittstelle aller Geräte im System. Er basiert auf Canopen, arbeitet jedoch mit Autoadressierung und ohne einen Master im System. Ist in der Kundenanwendung bereits ein CAN-Bus vorhanden, kann mit einem Kippschalter am Gerät von BÜS zu Canopen umgeschaltet werden. Durch den Wegfall der Steuerungs-Hardware in den MFC/MFM ergeben sich deutliche Kostenvorteile in Anwendungen mit vielen Regelkreisen. Nicht nur die vereinfachten Durchflussregler/ -messer, sondern auch die Verlagerung der Ethernet-Schnittstelle in die zentrale Steuereinheit tragen zur Kosteneinsparung bei. Die Preise von MFCs/ MFMs in Ethernet-Systemen werden so nicht höher, wie zu erwarten, sondern deutlich niedriger.

Innere Werte mit robuster Hülle

Gerätespezifische Parameter eines SAMs sind auf einer Micro-SIM-Karte abgelegt, die beim Austausch von Geräten einfach umgesteckt werden kann. Typ 8741 ist für die direkte Durchflussmessung in Gasen mit einem MEMS-Sensor (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme) ausgestattet und für Nenndurchflüsse von 0,01 bis 80Nl/min (bezüglich Stickstoff) ausgelegt. Das Gerät bietet eine hohe Genauigkeit, schnelle Reaktionszeiten und exzellente Wiederholgenauigkeit. Im Prozess erreicht es sehr kurze Ausregelzeiten. Der im MFM/MFC integrierte MEMS-Sensor ermittelt den Massendurchfluss nach dem Prinzip der thermischen Messung. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Heizwiderstand und zwei Temperaturfühlern. Das durch das Gerät strömende Betriebsmedium verändert die gemessene Temperaturdifferenz zwischen beiden Fühlern. Anhand der thermischen Messung kann der MFC den erforderlichen Massendurchfluss regeln. Das geschieht nahezu unabhängig von Druck- und Temperaturänderungen der betreffenden Anwendung. Als Stellglieder kommen im MFC die Proportionalventile der Serie 287x zum Einsatz. Sie sind direktwirkend und stromlos geschlossen und stehen in Ventilnennweiten von 0,05 bis 4mm zur Verfügung. Alle Geräte vom Typ 8741 sind in einem stabilen Polycarbonat-Gehäuse untergebracht, das auf dem fluidischen Grundblock aus Aluminium oder Edelstahl sitzt. Erstmals im MFC/MFM-Bereich wird die elektrische Verbindung über einen Klemmenstecker realisiert. Dieser kann mit einem nur vieradrigen Kabel konfektioniert werden und wird dann in das Gegenstück des MFCs/MFMs gesteckt.