Ein klassisches Zweitank-FBD-Verriegelungssystem auf CENTUM VP mit HART- und Foundation-Fieldbus-Füllstandseingängen neu aufbauen.
Das Beispiel ist einfach. Die Produktion selten.
InstrumentationTools hat ein Entleerungsprogramm für zwei Tanks in Form eines Funktionsplan (FBD) vorgestellt: zwei analoge Füllstandseingänge, zwei digitale Pumpenausgänge und jeweils nur eine laufende Pumpe. Tank eins wird oberhalb von 500 Litern entleert, während Tank zwei unter 400 Litern liegt. Pumpe eins stoppt unterhalb von 300 Litern, und die Rollen werden getauscht. Die Logik ist übersichtlich und leicht zu überprüfen. FBD war eine gute Wahl des Autors, und ich stimme dem zu.
Dieses Beispiel setzt jedoch perfekte Füllstandssignale und einwandfreie Pumpen voraus. In realen Mischbereichen werden beide Annahmen täglich widerlegt. Daher übertrage ich das Rezept auf eine Yokogawa CENTUM VP-Umgebung und mache es für den Dauerbetrieb in einem produktiven Yokogawa DCS robuster.
Auswahl des Füllstandseingangs: HART oder Foundation Fieldbus
Bei einem CENTUM VP mit einer Analogeingangskarte und Anschlussmodulen (wie dem Yokogawa Analog Terminal Board) wird ein Yokogawa EJA-E-Füllstandmessumformer über 4–20 mA mit HART übertragen. Die Primärvariable wird im DCS ausgelesen, während die Gerätediagnose in einem Handkommunikator oder im Plant Resource Manager (PRM) verbleibt.
Bei einer Foundation-Fieldbus-Karte befindet sich der AI-Block im Messumformer. Das Segment überträgt zusammen mit jedem Wert auch den Status. Beide Architekturen funktionieren, verhalten sich bei Fehlerzuständen jedoch unterschiedlich:
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Schritt 1: Aktivieren Sie bei HART-Eingängen die Unterbrechungserkennung des Signalwandlers ADV159 und ordnen Sie sie direkt einem I/O-Fehler zu.
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Schritt 2: Konfigurieren Sie bei Fieldbus-Eingängen den Ausfallmodus des AI-Blocks. Wählen Sie „letzten gültigen Wert verwenden“ mit einer kurzen Zeitüberschreitung, niemals „unbegrenzt halten“.
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Schritt 3: Fügen Sie bei aufgewühlten Tankfüllständen eine Dämpfung von zwei bis vier Sekunden hinzu. Eine übermäßige Dämpfung verdeckt einen tatsächlichen Füllstandsverlust, halten Sie sie daher moderat.
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Schritt 4: Führen Sie den I/O-Status in die Verriegelung. Eine Pumpe darf keinem ausgefallenen oder eingefrorenen Füllstandseingang vertrauen.
Die Verriegelungslogik Block für Block neu aufbauen
In der CENTUM-VP-Logik lässt sich die Struktur aus Vergleichen sowie Setzen und Rücksetzen direkt übertragen. Die ursprünglichen Bitnamen sollten beibehalten werden, da sie die technische Absicht dokumentieren:
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Schritt 1: Führen Sie LT-101 durch einen CALCU-Vergleichsblock. Setzen Sie
start_T1_drain, wenn der Füllstand 500 Liter überschreitet und LT-102 unter 400 Litern liegt.
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Schritt 2: Verdrahten Sie den Setzausgang mit einem RS-Flipflop. Verbinden Sie die Rücksetzseite mit einem Füllstand unter 300 Litern in Tank eins.
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Schritt 3: Wiederholen Sie die Struktur für Tank zwei mit seinem eigenen Schwellenwertpaar, wie im ursprünglichen Artikel beschrieben.
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Schritt 4: Koppeln Sie die Rücksetzungen über Kreuz. Jede laufende Pumpe zwingt die Startbedingung des jeweils anderen Tanks auf falsch. Damit wird die implizite Garantie für den Betrieb nur einer Pumpe durch eine explizite gegenseitige Verriegelung ersetzt.
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Schritt 5: Fügen Sie für jede Pumpe einen Mindestausschalt-Timer von dreißig Sekunden hinzu. Häufige Neustarts überhitzen kleine Entleerungspumpen.
Prüfen Sie außerdem die Sollwerte anhand der tatsächlichen Tankgeometrie. Die Werte 500, 400 und 300 Liter setzen zylindrische Tanks mit linearem Verhältnis voraus. Ein vertikaler zylindrischer Tank mit gewölbtem Boden verändert das effektive Verhältnis zwischen Volumen und Füllstand.
Was im Original ausgelassen wurde: Pumpenschutz
Der Artikel schloss die Befüllungslogik aus, was nachvollziehbar ist. Zwei wesentliche Schutzfunktionen gehören jedoch zu jeder Entleerungslogik:
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Schritt 1: Fügen Sie vor jeder Pumpe eine Abschaltung bei sehr niedrigem Füllstand hinzu. Verlassen Sie sich niemals allein auf den Entleerungssollwert, da eine Drift des Messumformers unvermeidlich ist.
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Schritt 2: Fügen Sie am gemeinsamen Verteiler eine Freigabe für Druck oder Durchfluss hinzu. Ein festsitzendes Mischventil darf eine laufende Pumpe nicht gegen einen geschlossenen Auslassweg fördern lassen.
Damit wird die Zweitankmischung zu einer koordinierten Sequenz statt zu zwei isolierten Vergleichern. FBD eignet sich weiterhin gut dafür, während Ablauftabellen in CENTUM VP die Kampagne steuern können, wenn die Tanks rezeptabhängig abwechselnd entleert werden.
Fazit & Handlungsempfehlungen
Das Beispiel von InstrumentationTools vermittelt das richtige Grundgerüst: Vergleiche, Setz-Rücksetz-Speicher und gegenseitige Verriegelung. Ein produktives Yokogawa-System benötigt mehr. Wählen Sie HART- oder Foundation-Fieldbus-Eingänge bewusst aus und führen Sie den I/O-Status in die Logik. Fügen Sie Dämpfung, Mindestausschalt-Timer und harte Abschaltungen bei niedrigem Füllstand hinzu. Prüfen Sie abschließend jeden Sollwert anhand der Tankgeometrie und der Inbetriebnahmedaten.
FBD bleibt für diese Aufgabe meine bevorzugte Sprache, weil ein Techniker die Logik während einer Nachtschicht ohne Handbuch lesen kann. Bauen Sie zuerst die einfache Version auf. Schützen Sie sie anschließend wie die Anlage, die sie betreibt.
Über den Autor: Zhang Yuchen ist ein Ingenieur für industrielle Automatisierung mit über 10 Jahren Erfahrung in SPS-, DCS- und Leitsystemen.
