Freistrahlende Radarmessung in der Tierfutterproduktion

Kontinuierliche Füllstandmessung zwischen einer Doppelbefüllung: Optimale Echogüte & staubdichtes Design machen´s möglich

 

Manches unauffällige Komponententeil kann schnell zum Problemfall werden, wenn es nicht zuverlässig funktioniert. Im Fall der Füllstandüberwachung werden z.B. kostenverursachende Siloüberfüllungen oder ein Leerlaufen, was einen Produktionsstillstand nach sich ziehen kann, vermieden. Um Sensoren perfekt in Anlagen zu integrieren bedarf es höchster Prozesskompatibilität für die einzelnen Produktionsstufen sowie eines zertifizierten Designs. Für einen Tierfutterproduzenten in Chile sollte es außerdem eine berührungslose Messtechnik für die Lagerung pulverförmiger Rohstoffe sein, die während des dynamischen Befüllprozesses unter hoher Staubentwicklung arbeitet.

Bei der Konfiguration einer passenden Sensorik für den Anlagenbetreiber standen Prozesssicherheit, Langlebigkeit und Einfachheit im Fokus. Weiter mussten die Anforderungen an die spezielle Einbausituation berücksichtigt werden.


Kontinuierliche Füllstandmessung zwischen einer Doppelbefüllung
Optimale Echogüte & staubdichtes Design machen´s möglich

Füllstandsensoren detektieren die exakte Füllhöhe eines Mediums in Echtzeit. Der Anwender wird somit jederzeit über den aktuellen, prozentualen Inhalt des Behälters informiert, was insbesondere Prozesse in der Lagerhaltung optimiert und Kosten reduziert. Für die kontinuierliche Füllstandsmessung gibt es unterschiedliche Technologien und Messprinzipien, die je nach Anwendung ihre Vor- und Nachteile haben. Für die Auswahl müssen zahlreiche Prozessbedingungen berücksichtigt werden, die es für die Sensorik zu bewältigen gilt. Zudem unterscheiden sich die Anforderungen bei Installationen in Schüttgut von denen im Flüssigkeitsbereich.  

Einer der größten Hersteller von Tierfutterprodukten in Chile wollte in Sachen Inhaltsmessung seinen Herstellungsprozess in mehreren Produktionsstätten um eine professionelle und moderne Lösung im Hinblick auf Präzision und Prozesssicherheit optimieren. Der Produktionsprozess umfasst die Herstellung unterschiedlicher Futtermittelsorten für Nutz- und Haustiere sowie den Zuchtsektor. Für verschiedene pulverförmige Grundstoffe, die zur Herstellung des Futters in Silos gelagert werden, wurde gemeinsam mit dem UWT Partner Sensorica Industrial SpA. vor Ort eine entsprechende Füllstandüberwachung konfiguriert. Die Messtechnik sollte berührungslos arbeiten und dem dynamischen Befüllprozess über zwei Befüllleitungen gerecht werden. Im Anwendungsbereich herrschen eine sehr staubintensive Atmosphäre und Prozesstemperaturen bis zu 80°C. Es galt innerhalb der Behälter Metallverstrebungen, die den Einbau und die Funktion eines Füllstandsensors zusätzlich erschweren können, zu beachten.

 

Für die 15 Meter hohen Lagersilos wurde mit dem Radarsensor NivoRadar® NR 3000 der UWT GmbH eine präzise Messlösung zur kontinuierlichen Füllstandsmessung implementiert. Die Basis der Füllstandmessung mit Radar bilden elektromagnetische Wellen. Ein Radarsensor sendet eine gebündelte elektromagnetische Welle aus, die von Objekten als Echo reflektiert und vom Sensor ausgewertet wird. Zur Radarkategorie zählen neben den freistrahlenden Radarsensoren auch jene auf Basis der geführten Mikrowellentechnologie, die als geführte Radar-, TDR- (Time Domain Reflectometry) oder auch GWR-Sensoren (Guided Wave Radar) bezeichnet werden. Der grundlegende Unterschied zwischen freistrahlenden und geführten Radarsensoren ist die Art wie die elektromagnetischen Wellen das zu messende Medium erreichen. Während freistrahlende Radarsensoren mit Hilfe spezieller Antennenarten die Wellen in Richtung des Materials berührungslos aussenden, benötigen geführte Radarsensoren eine Sonde (Stab oder Seil) als Wellenleiter, entlang dieser das Signal zum Medium geführt wird. Die Sonde ist dabei in Kontakt mit dem Medium.

Freistrahlende Radarsensoren werden allgemein über ihre Frequenz charakterisiert, da diese eine wichtige Bedeutung für die berührungslose Füllstandbestimmung in Prozess- oder Lagerbehältern hat. Radarsensoren mit hohen Frequenzen können kompakter gebaut werden, haben kleinere Abstrahlwinkel und bessere Reflektionseigenschaften, was schlussendlich zu präzisen und sicheren Messergebnissen führt. Daher arbeiten auch die freistrahlenden Radarsensoren von UWT mit der 78 GHz Technologie. Sie werden bevorzugt in Lagerprozessen eingesetzt und können aufgrund der hohen Sensibilität in nahezu sämtlichen Schüttgütern und Feststoffen (sei es Pulver, Granulat, klein- und grobkörniges Schüttgut), eingesetzt werden. Zur Signalverarbeitung wird die Process Intelligence-Software verwendet, die sich in zahlreichen Applikationen weltweit bewährt hat. Eine Linsenantenne fokussiert das hochfrequente Signal zu einer 4° engen Strahlkeule, was den Einsatz in schmalen hohen Silos ermöglicht und den Einbau sowie die Ausrichtung des Sensors wesentlich vereinfacht.

 

Durch diese Strahlkeule von nur 4° ergibt sich für die Messung des Futtermehls bei einem Abstand von 15 Meter ein Durchmesser des Strahls von nur ca. 1 Meter. Der ATEX ta (Staub)-zertifizierte Sensor konnte optimal platziert und mit dem flexiblen Verstellflansch auf den Siloaustrag ausgerichtet werden. Somit waren auch die Metallverstrebungen nicht im Messbereich der Strahlkeule. Die hohe Frequenz des Sensors bringt zudem eine optimale Echogüte in dieser sehr staubigen Anwendung. Die standardmäßig vorhandene Luftspüleinrichtung für die Linsenantenne musste bis dato noch nicht aktiviert werden. (Dieser Druckluftanschluss verhindert Materialablagerungen an der Linsenantenne, die zu einem Energieverlust des ausgesendeten Signals führen könnten.) Mit Hilfe des lokalen Displays konnte der Sensor einfach und schnell kalibriert und in Betrieb genommen werden. Leicht verständliche Echodaten informieren den Anwender über den Status sowie die Messsicherheit des Sensors.

 

Durch die Umsetzung der sicheren Lösung für eine kontinuierliche funktionelle Füllstandmessung entsprechend den hohen Anforderungen und Standards des Tierfutterproduzenten wird ein reibungsloser Anlagenbetrieb optimal unterstützt.