Endress+Hauser FMR6x: Füllstandmessungen mit 80 GHz – und mehr

Micropilot FMR6x Familie: 80 GHz nach IEC61508 entwickelt und mit SIL-Technologie ab Werk.

Keine Frage, warum funktionale Sicherheit so eine große Rolle spielt: Jährlich verursachen Arbeitsunfälle gesundheitliche Folgen für rund 313 Mio. Menschen. Anlagenbetreiber investieren viel, um Gefahren für Menschen auszuschließen. Letztendlich ist doch jede präventive Maßnahme weitaus günstiger als ein Unfall mit Folgen für den Menschen, den Prozess, die Anlage oder die Umwelt. Da übersteigen die Kosten schnell einmal das zehn- bis zwanzigfache des eigentlichen Anlagenbaus. Und dennoch bleibt die Investition für die funktionale Sicherheit und damit für Maßnahmen zum Vermeiden von zufälligen und systematischen Fehlern sehr überschaubar, wenn man bei den Messinstrumenten direkt auf nach IEC 61508 entwickelte Geräte setzt. Damit erhält der Anlagenbetreiber mehr Sicherheit, reduziert die Zeit für die Betriebsbewährung und ein entscheidender Teil seines Aufwandes für notwendige Maßnahmen und Dokumentationen verlagert sich auf den Hersteller.

Die drei unterschiedlichen Abstrahlwinkel von 6 bis 80 GHz im Vergleich. Deutlich sichtbar der räumliche Vorteil des hochfrequenten Radars.

Sicherheit vom Hersteller

Die internationale Norm IEC 61508 zur funktionalen Sicherheit sicherheitsbezogener elektronischer Systeme verlangt den Herstellern von Messgeräten einiges ab. Sie brauchen ein umfassendes Qualitätsmanagementsystem mit Fokus auf Sicherheitsaspekte, ein sogenanntes Functional Safety Management. Hard- und Software müssen so ausgelegt werden, dass sie systematische Fehler vermeiden. Zudem benötigt die Hardware eine Kontrolle zufälliger Fehler und eine quantitative Ausfallwahrscheinlichkeitsberechnung. Natürlich müssen die Geräte auch die Voraussetzungen für die geplante Betriebsumgebung hinsichtlich Temperatur und sonstiger Bedingungen erfüllen, und eine klare, einfache Benutzerdokumentation mit einem Produktsicherheitshandbuch ist zwingend erforderlich. Der Kunde der Messtechnik kauft die Sicherheit und Dokumentation für seine nachvollziehbare und rückverfolgbare Produktherstellung direkt ein.

Für jede Anwendung das passende Messprinzip. Sichere Füllstandmessung mit Radar ist mehr als 80 GHz.

Vorteile der 80 GHz Technologie nutzen

Für den eichpflichtigen Verkehr stellte Endress+Hauser mit dem Micropilot NMR81 Anfang 2016 den weltweit ersten hochgenauen 80 GHz-Radar für Flüssigkeiten vor. Nun bringt das Unternehmen den frei abstrahlenden Radar mit 80 GHz Technologie auch für Standardanwendungen auf den Markt. Mit den gasdichten Durchführungen der Gehäuse und der Selbstüberwachung und Diagnose durch Heartbeat Technology erhöht es bereits die Sicherheit der Anlage. Heartbeat Technology bietet die Möglichkeit, das Messgerät im eingebauten Zustand zu verifizieren oder auch wiederkehrend gemäß SIL oder WHG zu prüfen – inklusive automatischer Dokumentation. Außerdem bringt Heartbeat Technology mehr Wissen über Prozess und Sensorzustand für das Monitoring. So lassen sich z. B. Schaum oder Ansatz erkennen und somit ungeplante Anlagenstillstände vermeiden.

Die Vorteile der kleinen, fokussierten Signalabstrahlung mit 80 GHz liegen auf der Hand. Die Einflüsse von Tankwänden sind reduziert und die Messung erfährt deutlich weniger Einschränkung durch Hindernisse und Einbauten im Tank. Die Installation kann in langen Tankstutzen ohne Antennenverlängerung erfolgen und eine Installation via Kugelventil ist auch möglich. Zudem misst der Micropilot FMR6x unabhängig von Einbauten und Tankwänden in einem Bereich bis zu 125 m zuverlässig, erlaubt jedoch durch die kompakten Prozessanschlüsse auch Installationen in kleinen Tanks.

Für den Ablauf der Messung hat 80 GHz ebenfalls Vorteile, denn es sind z. B. längere Messbereiche möglich und Medien mit niedrigen Dielektrizitätszahlen lassen sich messen, da weniger Energie an Hindernissen verloren geht. Die neue Technologie erschließt zusätzliche Einsatzgebiete in Tanks oder Silos mit komplexer Geometrie, Einbauten und langen Tankstutzen. Schließlich vereinfacht eine störende Echo-Ausblendung die Inbetriebnahme deutlich.

Endress+Hauser hat ein Drittel mehr an Geld und Zeit in die Ausführung des neuen Micropilot FMR6x mit 80 GHz Technologie gesteckt, um direkt nach IEC 61508 zu entwickeln. Der vom TÜV zertifizierte Entwicklungsprozess vermeidet damit systematische Fehler und die Messgeräte lassen sich in SIL2- als auch in SIL3-Anwendungen mit homogener Redundanz einsetzen.

Die Summe der Radarfrequenzen

Trotz der zahlreichen Vorteile der neuen Technologie gilt es auch, die Alternativen zu 80 GHz nicht aus den Augen zu verlieren. Hochfrequentes Radar eröffnet zusätzliche Möglichkeiten, keine Frage. Aber sie beantwortet nicht alle Herausforderungen der verschiedenen Applikationen. Manchmal passen Messgeräte mit 1, 6 oder 26 GHz besser oder auch ganz andere Messprinzipien. Die Experten von Endress+Hauser haben daher ihr Portfolio mit einem Augenzwinkern auf 113 GHz aufsummiert, um die Bandbreite wirklich für alle sichtbar zu halten. Schließlich ist auch nur jene Lösung sinnvoll, die wirtschaftlich ist und genau den Bedarf deckt, der tatsächlich benötigt wird.

Jede Frequenz bietet ihre spezifischen Vorteile. So sind es bei der Messung mit 1 GHz am geführten Radar die bevorzugte Anwendung in Prozessen mit Schaumbildung oder sehr niedrigen DK-Werten oder der Einsatz in der Trennschichtmessung, der Gasphasenkompensation und Bypassmessungen.

6 GHz spielt seine Stärken unter hoher Kondensatbildung aus und bietet sich für Schwallrohr- oder Schachtanwendungen an. Den „Allrounder“ spielt die Messung mit 26 GHz – sie passt bei etwa 90 % aller Anwendungen, auch bei Turbulenzen. Hochfrequentes 80 GHz Radar punktet mit dem engen Abstrahlwinkel, Messbereichen bis 125 m und optional höchster Genauigkeit bis 0,5 mm.