Projekt 23272/01

Entwicklung einer Multimessstation mit selbstüberwachender Sensorik

Projektträger

SYSTECH Systemtechnik GmbH
Gruberstr. 5
91207 Lauf
Telefon: 09123/9411-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

pH-Messungen in Produktionsprozessen sind oftmals durch die Umgebungsbedingungen beeinflusst und ermöglichen daher bei vertretbaren Aufwand keine qualitativ hochwertigen Ergebnisse. Ziel ist daher die exakte Erfassung und Steuerung des pH-Wertes in Prozessmedien. Ausschlaggebend hierfür ist, dass neben einer geeigneten Sensorik, ein Verfahren eingesetzt wird, welches Aufschluss über den technischen Zustand der Sonde (z. B. die Belegung mit Rückständen aus dem Prozessmedium) gibt.
Entsprechend einem zugrundeliegenden Patent ist dies durch Beaufschlagung der Sonde mit verschiedenen Vergleichsmedien und Aufnahme von zeitlich verteilten Messreihen möglich. Da das Verfahren mittels einer industrietauglichen geschlossenen Armatur durchgeführt werden soll, ist es erforderlich diese so zu gestalten, dass durch ein Baukastensystem bei Bedarf auch weitere unterschiedliche Medien an die Sonde geführt werden können. Weiterhin können mittels der Armatur erforderliche Korrekturmaßnahmen durch Spülen und Kalibrieren angebunden werden können. Durch den Einsatz des Verfahrens wird die Qualität des Endproduktes unter Minimierung des Produktionsausschusses erreicht. Prozesse in denen eine nachfolgende Neutralisation mit Neutralisationsmedien erforderlich wird, kann die Reduzierung dieser erreicht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufbauend auf den bisherigen Entwicklungskenntnissen bei der Verfassung des Patentes erfolgt eine ingenieurtechnische Auslegung mit anschließenden Optimierungen der Software-Steuerung und der Ar-matur. Die Eignung der gewählten Technik wird in Labortests ermittelt. Nach Optimierung der Entwicklungsresultate erfolgt ein mehrmonatiger Feldtest in einer Zuckerraffinerie.


Ergebnisse und Diskussion

Auf Grund der im Verfahren enthaltenen Vergleichsmessung mit einem Referenzmedium ist es definitiv möglich, eine Aussage über die technische Funktionalität des pH-Sensors, entsprechend dem Ver-schmutzungsgrad, sowie dem Ansprech- und Reaktionsverhalten herbei zu führen.
Mit dem pH-Vergleichsverfahren kann zum einen das Bedienpersonal rechtzeitig auf notwendige Wartungsarbeiten, als auch auf einen anstehenden Elektrodentausch hingewiesen werden. Zum anderen können durch Alarm- oder Steuerfunktionsausgaben, ein zu hoher Verbrauch von Dosiermedien wie Säure und Laugen rechtzeitig gemeldet und weitgehend unterbunden werden.
Für Messaufgaben die nur einen minimalen pH-Messfehler zulassen, muss der gemessene pH-Wert des verschmutzten Sensors, unter Umständen nachkorrigiert werden.
Allein durch das pH-Vergleichsverfahren mit einem Referenzmedium ist dies aber nicht möglich. Auf Grund der ermittelten Versuchsergebnisse, ist eine Korrektur des gemessenen pH-Prozesswertes mit Hilfe einer zusätzlichen Probeentnahmemessung (pH-Probeentnahmeverfahren) durchaus realisierbar.
Zunächst war angedacht, zusätzlich zur Entwicklung der Verfahrensaufgaben über PC-Steuerung eine Kleinstarmatur im Baukastensystem zu konstruieren. Die vorgesehene Konstruktion einer Kleinstarmatur, sollte es ermöglichen auch Pufferlösungen als Referenzmedium mit kleinster Verbrauchsmenge verwenden zu können. Während der Feldversuche bei Südzucker AG stellte sich heraus, dass eine Kleinstarmatur nicht ohne weiteres eingesetzt werden kann, da selbst handelsüblichen Ventilen und Ar-maturen als auch Rohrleitungen zur Verstopfung neigten.
Im zweiten Jahr unserer Entwicklungstätigkeit wurde versucht den gemessenen pH-Wert, für den notwendigen Regelungsprozess der Südzucker AG, auf Grundlage der pH-Vergleichsmessung automatisch nach zu korrigieren. Dabei wurde der korrigierte Wert als Ist-Wert für die Regelung bereitgestellt.
Wie sich während der Versuchsreihen herausstellte, konnte der von uns ermittelte Korrekturwert jedoch sonicht als Regelungsgröße herangezogen werden.
Auf Grund dieser Erkenntnis, wurde eine Verlängerung unseres Entwicklungszeitraums um ein drittes Jahr beantragt.
Im dritten Jahr der Entwicklungsphase (Kampagne 2008), konzentrierte sich der Schwerpunkt unserer Entwicklungstätigkeit auf die Korrektur der pH-Prozessmessung. Hierzu wurde das Konzept um eine zusätzliche pH-Messung (pH-Probeentnahme-Elektrode) ergänzt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Für die Markteinführung wurde mittlerweile ein Prospekt erstellt, dieses steht unseren Kunden als Informationsmaterial zur Verfügung. Weiterhin sind auch Messeauftritte angedacht.


Fazit

Als Haupt-Anwendungsgebiet des reinen pH-Vergleichsverfahren sehen wir Anlagen, deren Produktion über die Regelung eines pH-Wertes geführt, oder zumindest überwacht werden soll.
Da beim automatisierten Vergleichslauf eine relativ große Menge des Referenzmediums verbraucht wird, und da Pufferlösungen nicht so ohne weiteres mehrfach verwendet werden können, sind Pufferlö-sungen hierfür zu teuer.
Deshalb sollte das Verfahren nur bei Kundenanlagen eingesetzt werden, bei denen Trinkwasser als Referenzmedium eingesetzt werden kann, dass heißt der pH-Messwert des Prozessmediums einen ausrei-chend großen Abstand zum pH-Wert des Trinkwassers hat.
Auf Grund der Vergleichsmessung (pH-Vergleichsverfahren) mit einem Referenzmedium ist es definitiv möglich, eine Aussage über die technische Funktionalität des pH-Sensors. entsprechend dem Ver-schmutzungsgrad, sowie dem Ansprech- und Reaktionsverhalten herbei zu führen.
Somit kann zum einen das Bedienpersonal rechtzeitig auf notwendige Wartungsarbeiten, als auch auf einen anstehenden Elektrodentausch hingewiesen werden. Zum anderen können durch Alarm- oder Steuerfunktionsausgaben, ein zu hoher Verbrauch von Dosiermedien wie Säure und Laugen rechtzeitig gemeldet und weitgehend unterbunden werden.