Radarniveaumeter met IO-link voor razendsnelle metingen

Contactloze radarniveaumeting is in de industrie inmiddels uitgegroeid tot een zeer robuuste en accurate meetmethode. Voor applicaties waarin extreem hoge meetsnelheden nodig zijn, zoals in een afvulcaroussel in een frisdrankfabriek, werd tot voor kort vaak gebruik gemaakt van een capacitieve meting. Door de introductie van de VEGAPULS 42, een contactloze radarniveaumeter met IO-link aansluiting, kan die robuuste meting nu ook in dit soort applicaties worden toegepast.

IO-link is in factory automation een protocol dat steeds vaker wordt gebruikt. Het protocol heeft bij bepaalde toepassingen in de industrie meerwaarde ten opzichte van andere protocollen. Vooral als er gebruik wordt gemaakt van smart instrumenten biedt IO-link voordelen ten opzichte van de bestaande protocollen. Kijkend naar meetapparatuur kan met een IO-link aansluiting bijvoorbeeld een sensor worden verwisseld voor een andere sensor, zonder dat die nieuwe sensor opnieuw ingesteld hoeft te worden. Dat kan ook nog eens een compleet ander type sensor zijn. Rob Smulders, Business Development Manager bij VEGA, licht toe: “Stel dat je een lopende band hebt waar je een ultrasoonmeting of een lasermeting op hebt zitten. Die meter werkt niet meer en die vervang je door een radarniveaumeter van ons. Doordat een aantal sets met specifieke parameters is vastgelegd in het IO-link protocol, kun je die sensor verwisselen en direct verdergaan met je productie.”

IO-link is in factory automation een protocol dat steeds vaker wordt gebruikt. Dat de procesindustrie er in mindere mate interesse in heeft, zit hem in het feit dat de maximale kabellengte van een sensor tot aan de IO Master slechts twintig meter is. In een raffinaderij, die zich over vele vierkante kilometers uitstrekt, is dat geen optie. In die gevallen wordt er veelal gebruik gemaakt van het tweedraads analoge 4-20 mA signaal. Het HART protocol maakt tevens gebruik van dat signaal, met de toevoeging van een superimposed signaal waarmee data kan worden verstuurd. Smulders: “Dat is een heel stabiele connectie, maar is wel enorm traag.”

IO-link is een digitaal protocol dat een zeer snelle data-overdracht oplevert en gebruik maakt van een driedraads verbinding.

Voor de process automation wordt er hard gewerkt aan een nieuwe manier van data-overdracht die de gebruiker in staat stelt om met kabellengtes langer dan twintig meter te kunnen werken. Over deze techniek, Advanced Physical Layer (APL) werd bijvoorbeeld geschreven in Process Control no. 7 van 2022. “APL gebruikt echter per definitie een tweedraads netwerk”, verduidelijkt Smulders. “Daarmee kunnen weliswaar hoge snelheden worden gehaald, maar tweedraads verbindingen zijn gelimiteerd in vermogen. Om die reden kunnen tweedraads verbindingen worden ingezet in ATEX omgevingen. Driedraads verbindingen zijn ongelimiteerd in vermogen, maar kunnen niet in ATEX omgevingen worden ingezet.”

Dat driedraads verbindingen een ongelimiteerd vermogen hebben, heeft een groot voordeel voor instrumentmakers. Smulders: “Door een ongelimiteerd vermogen kunnen we veel meer vermogen naar de sensor sturen, waardoor we veel snellere sensoren kunnen maken.” En dat is exact wat de VEGAPULS 42 zo bijzonder maakt. Deze radarniveaumeter heeft een verversingssnelheid van 18 Herz, terwijl een ‘gewone’ radarniveaumeter een verversingssnelheid van 4 tot 5 Herz heeft. “Die benadering levert dus een sensor op die je weliswaar niet onder ATEX omstandigheden kunt inzetten, maar die wel ontzettend snel meet.”

Het toepassingsgebied van de VEGAPULS 42 ligt dan ook in situaties waarin veel metingen per tijdseenheid plaats moeten vinden. Daarbij moet men vooral denken aan factory automation toepassingen, bijvoorbeeld in de food. Smulders: “Denk aan een frisdrankfabriek waarbij je een afvulcaroussel hebt, waarin diverse kleine tanks staan die worden ingezet om flessen en flesjes af te vullen. Dat proces gaat met een enorme snelheid en de niveaus in die tanks gaan dus navenant snel mee omhoog en omlaag. Tot nu toe worden voor dat soort applicaties capacitieve metingen ingezet. Die zijn weliswaar snel genoeg, maar hebben als nadeel dat je een staaf in je tank hebt zitten die het schoonmaken bemoeilijkt. De coatings van deze meetstaven kunnen na verloop van tijd afbreken, waardoor je die weer moet vervangen. Ook heb je bij meting met slechts één staaf in je medium een schaduw aan de andere kant van je medium. Kortom, een contactloze radarniveaumeting is simpelweg veel praktischer dan een capacitieve meting.”

De VEGAPULS 42 is voor bovenstaande toepassing in de frisdrankfabriek een ideale oplossing, weet Smulders. “De meting vindt contactloos plaats, kan moeiteloos de gevraagde meetsnelheden behalen die in dit soort processen worden gevraagd en onze radarniveaumeting heeft zich inmiddels al jaren in de praktijk bewezen als een zeer robuuste meting.” Het voordeel van een dergelijke meting ten opzichte van een capacitieve meting beperkt zich overigens niet tot hygiënische voordelen. “Je kunt ook besparen op het energieverbruik”, weet Smulders. “Als je alleen een min-max meting hebt, zoals met een capacitieve meting, kun je weliswaar je pomp in- en uitschakelen, maar op het moment dat je het energieverbruik van je pomp wilt optimaliseren, heb je meer nodig dan alleen de onder- en bovengrens.”

Met de VEGAPULS 42 wordt duidelijk met welke snelheid de voorraadtanks in het proces worden geleegd en gevuld. “Als je die snelheid duidelijk in beeld hebt, kun je bepalen op hoeveel procent van het vermogen je pomp moet draaien om het proces continu door te laten lopen, zonder dat je de pomp voortdurend moet starten en stoppen. Doordat je niet meer elke keer hoeft te starten en stoppen, bespaar je energie. Met alleen een min en max meting heb je te weinig gegevens om die energiebesparing te realiseren.”

De VEGAPULS 42 heeft een bereik van vijftien meter en kan dus ook op grotere tanks worden ingezet. Maar, zo denkt Smulders, de sensor zal in de toekomst vooral in razendsnelle installaties met kleine tanks worden ingezet. “Bij veel andere toepassingen kun je uitstekend gebruik maken van onze andere sensoren, maar wil je echte snelheid, dan heb je vermogen nodig en dan kom je bij de VEGAPULS 42 uit.” Ook prettig is dat de VEGAPULS 42 een uitermate compacte footprint heeft. “Bij zo’n vulcaroussel in de food wil je echt geen sensoren installeren die zo groot zijn als een schoenendoos. Dat past gewoon niet. Onze nieuwe niveaumeter kun je echt boven elke tank of vulbunker installeren, omdat hij zo klein is. Omdat we de footprint klein wilden houden, is er gekozen voor een compacte antenne. Dat betekent dat je de sensor niet kunt inzetten in silo’s die dieper zijn dan vijftien meter.” Bovendien heeft een radarniveaumeter geen enkele last van roerwerken in de silo’s of vaten, iets wat in de food veelvuldig voorkomt.

De VEGAPULS 42 wordt met diverse aansluitmogelijkheden geleverd. Hij wordt vanaf ¾ duims geleverd, voor hygiënische toepassingen vanaf 1 duims. Toch heeft elke gebruiker vaak weer zijn eigen aansluiting, weet ook Smulders. “Je hebt triclamp, melkkoppelingen en ga zo maar door. Gelukkig hebben wij een adaptersysteem ontwikkeld waarmee elke VEGA sensor kan worden omgebouwd naar de benodigde procesaansluiting, ook hygiënisch.” 

De techniek in de VEGAPULS 42 is afkomstig uit de PRO serie van VEGA. In de sensor zit dus de beproefde 6X chip, die door VEGA in huis wordt geproduceerd (zie ook het kader). “Die chip is feitelijk een doorontwikkeling van onze voorgaande chips, die ook al ontzettend goed waren.” Kenmerk van de 6X chip is de 80 GHz radar met een hoog dynamisch bereik, waardoor veel verschillende media uitstekend gemeten kunnen worden. 

Net als de andere niveaumeters van VEGA, is ook de VEGAPULS 42 voorzien van een app waarmee de sensor ingeregeld kan worden. Smulders: “Ik zeg voor de grap vaak tegen klanten dat zelfs mijn moeder zo’n sensor in gebruik kan nemen, maar het is ook echt zo. Het is gewoon super makkelijk. Als jij me vijf minuten geeft, heb ik binnen die tijd een sensor ingeregeld en kun je door met je proces. De app maakt het voor de klant echt een stuk aantrekkelijker om met ons product aan de slag te gaan. Overal zijn personeelstekorten en TD’s hebben helemaal niet meer de tijd om zich een dag lang te verdiepen in een nieuwe sensor.”

Prijzen van de VEGAPULS 42 beginnen bij 1.100 euro in RVS uitvoering. Met dezelfde chip kunnen zowel vaste stoffen als vloeistoffen worden gemeten. Smulders: “Waar je vroeger bij andere sensoren je echt druk moest maken om het medium waarin je wilde meten, is dat nu totaal geen issue meer. Ook schuimvorming is steeds minder een probleem. Ik maak hierbij wel de kanttekening dat er schuim is in allerlei vormen. Van het schuim op een vergister tot het soort dat je op je biertje in je glas vindt. Dat laatste type vormt totaal geen probleem meer. Daar meten we gemakkelijk doorheen.”

Hoewel de VEGAPULS 42 als IO-link instrument aan te sluiten is, kan hij ook met 4-20 mA worden aangesloten. “Voor sommige partijen is het een prettig idee dat ze nu vast met 4-20 mA aan de slag kunnen en in de toekomst, als ze besluiten met IO-link te gaan werken, dezelfde sensor te kunnen gebruiken middels het IO-protocol”, verduidelijkt Smulders. Of IO-link hét protocol voor de toekomst gaat worden, kan niemand zeggen. “Feit is dat de grote instrumentbouwers nu behoorlijk inzetten op IO-link voor factory automation. Ik zie dit protocol dus zeker niet zomaar verdwijnen.”

VEGA bracht in 2021 een nieuwe radarniveaumeter voor de procesautomatisering uit waarmee niveaumeting nog simpeler wordt. De VEGAPULS 6X is een niveaumeter die voor alle applicaties inzetbaar is. Waar voorheen een sensor werd geselecteerd op specifieke proceseigenschappen zoals medium, temperatuur en procesaansluitingen, is dat bij de 6X niet meer nodig. De VEGAPULS 6X is daarnaast nog intuïtiever geworden. Ingebruikname is slechts een kwestie van een paar muisklikken. In veel gevallen kunnen de specifieke instellingen voor de klant al af-fabriek in het instrument worden ingevoerd. Daarna is het een kwestie van monteren en aansluiten.

De allernieuwste radarsensor VEGAPULS 42 is ontwikkeld op basis van de VEGAPULS 6X en brengt alle voordelen naar de fabrieksautomatisering. De nieuwe sensor is gebaseerd op de in eigen huis ontwikkelde 80 GHz radarchip, die vanwege zijn grote dynamische bereik en veelzijdige toepassingsmogelijkheden als de beste op de markt wordt beschouwd.