Bürkert-System-Bus

Bürkert-System-Bus aus vier Mass-Flow-Controllern Typ 8741 mit System Control Unit Typ ME2X zur Industrial-Ethernet-Anbindung. Bild: Bürkert

Schon seit 1996 entwickelt Bürkert Massendurchflussmesser (MFM) und Massendurchflussregler (MFC) für Gase. Die Geräte stehen in verschiedenen Baugrößen, Sensorvarianten und Ausstattungen zur Verfügung und kommen dort zum Einsatz, wo hohe Präzision und Reproduzierbarkeit gefordert werden: Für die Bereitstellung exakter Mischungsverhältnisse von Brenngas und Sauerstoff in der Flammensteuerung, die Herstellung und Regelung von Gasgemischen für Plasmaanwendungen in der Beschichtungstechnik, in Härtereiöfen sowie für die Darstellung definierter Atmosphären für Schweißanwendungen.

Mass Flow Controller

Der neue Mass Flow Controller (MFC) / Mass Flow Meter (MFM) 8741 ist mit dem auf CANopen basierenden Bürkert-System-Bus (Büs) ausgestattet und bietet Kostenvorteile bei verbesserter Netzwerkkommunikation.
Bild: Bürkert

Eines haben alle bisherigen MFC und MFM gemeinsam: Sie verfügen über eine eigene Elektronik für die Signalverarbeitung, Regelung und Ventilansteuerung. Zusammen mit dem Durchflusssensor und einem Proportionalventil als Stellglied ergibt sich ein geschlossener Regelkreis.

Steuerung betreibt mehrere MFC

Beim neuen Mass Flow Controller (MFC) und Mass Flow Meter (MFM) des Typs 8741 hat Bürkert steuerungsrelevante Elemente herausgelöst. Diese Steuerungsaufgaben übernimmt eine übergeordnete Steuerung, welche Sensor-Aktor-Module (SAM) wie die Mass Flow Controller über einen Systembus anspricht. Die SAMs sind mit einer Schnittstelle für diesen proprietären Bürkert-System-Bus (Büs) ausgestattet. Enthielt bisher jeder MFC/MFM eigene Steuerungshardware, kommt jetzt die Systemsteuereinheit Typ ME2X zum Einsatz.

Diese kann bis zu 16 Regelkreise auf einmal kontrollieren und fungiert als Gateway zwischen Industrial Ethernet und dem Büs.Damit kann die Feldgeräteebene kostengünstig direkt an Industrial Ethernet angebunden werden. Der Büs ist die standardisierte digitale Schnittstelle aller Geräte im System. Er basiert auf CANopen, arbeitet jedoch mit Autoadressierung und ohne einen Master im System.

Ist in der Kundenanwendung bereits ein CAN-Bus vorhanden, kann mit einem Kippschalter am Gerät von Büs zu CAN-open umgeschaltet werden. Durch den Wegfall der Steuerungshardware in den MFC und MFM ergeben sich deutliche Kostenvorteile in Anwendungen mit vielen Regelkreisen.

Nicht nur die vereinfachten Durchflussregler und -messer, sondern auch die Verlagerung der Ethernet-Schnittstelle in die zentrale Steuereinheit tragen zur Kosteneinsparung bei. Die Preise von MFCs und MFMs in Ethernetsystemen werden so nicht – wie zu erwarten – deutlich höher, sondern deutlich niedriger.

System Control Unit

Mit der System Control Unit (SCU) ME2X bringt Bürkert das Ethernet auf die Feldbusebene. Als Gateway bindet sie bis zu 16 MFC oder MFM per Bürkert-System-Bus ein. Bild: Bürkert

Gerätespezifische Parameter eines SAMs sind auf einer Micro-Sim-Karte abgelegt, die beim Austausch von Geräten einfach umgesteckt werden kann. Bürkerts Typ 8741 ist für die direkte Durchflussmessung in Gasen mit MEMS-Technologie (Mikro-Elektro-Mechanische Systeme) ausgestattet und für Nenndurchflüsse von 0,01 Nl/min bis 80 Nl/min ausgelegt. Das Gerät punktet durch Genauigkeit, Reaktionszeiten und Wiederholgenauigkeit.

Im Prozess erreicht es außerdem kurze Ausregelzeiten. Der im MFM und MFC integrierte MEMS-Sensor ermittelt den Massendurchfluss nach dem Prinzip der thermischen Messung. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Heizwiderstand und zwei Temperaturfühlern. Das durch das Gerät strömende Betriebsmedium verändert die gemessene Temperaturdifferenz zwischen beiden Fühlern. Anhand der thermischen Messung kann der MFC den erforderlichen Massendurchfluss regeln. Das geschieht nahezu unabhängig von Druck- und Temperaturänderungen der betreffenden Anwendung.

Als Stellglieder kommen im MFC Proportionalventile der Serie 287x zum Einsatz. Sie sind direktwirkend, stromlos geschlossen und stehen in Ventilnennweiten von 0,05 bis 4 Millimeter bereit. Alle Geräte vom Typ 8741 sind in einem stabilen Polycarbonat-Gehäuse untergebracht, das auf dem fluidischen Grundblock aus Aluminium oder Edelstahl sitzt. Erstmals im MFC- und MFM-Bereich wird die elektrische Verbindung über einen Klemmenstecker realisiert. Dieser kann mit einem nur vieradrigen Kabel konfektioniert werden und wird dann in das Gegenstück des MFCs und MFMs gesteckt.

Vorteile in der Buskommunikation

Die zentrale Steuereinheit (SCU) Typ ME2X ist modular konzipiert. Die benötigte Anzahl an Gatewaymodulen ME23 wird nebeneinander auf eine gemeinsame Backplane gesteckt, die Hutschienenmontage erlaubt. Hinzu kommt noch je ein Büs-Input- und -Output-Modul vom Typ ME29. Optional können I/O-Module vom Typ ME24 in die SCU integriert werden. Diese Eingangs- oder Ausgangsmodule liefern oder verstehen Analog- oder Digitalsignale, die dann weiter genutzt werden können, um Prozesse zu steuern.

Ein Analogeingang nimmt zum Beispiel ein 4 bis 20 Milliampere-Signal eines Drucktransmitters einer Regelstrecke auf und legt dieses auf den proprietären Bus, um den Druckwert der SCU mitzuteilen. Die Software der SCU kann dieses Drucksignal dann für bestimmte Zwecke weiterverarbeiten. Die SCU sitzt in einem Gehäuse aus Polycarbonat und verfügt auf der Unterseite über einen SD-Karten-Slot für einen austauschbaren Datenspeicher, auf dem die gerätespezifischen Daten abgelegt sind. Über die im Gateway integrierte kundenspezifische Softwareplattform User-f(x) werden die SCUs und SAMs anwendungsspezifisch programmiert.

Zwei RJ45-Steckverbinder stellen die Verbindung zum Ethernet her, ein Mini-USB-Port dient dem werksseitigen Service. Die Konfiguration und Parametrierung der Komponenten erfolgt über die standardisierte Software Bürkert Communicator und den als Zubehör erhältlichen Büs-Stick. Als Teil der neuen Geräteplattform Edip ermöglicht dies eine komfortable Parametrierung.

Die Softwareplattform User-f(x) wird aus diesem Programm ebenso gestartet und ermöglicht die schnelle und einfache Programmierung einer Systemsteuerung. Signale, die die SCU einliest (zum Beispiel über ein I/O-Modul ME24), können mitverarbeitet und so Ereignisse gesteuert werden.

Einheitliche Geräteplattform EDIP

Die Software Bürkert Communicator bietet als Teil der neuen Geräteplattform Edip (Efficient Device Integration Platform) eine komfortable Parametrierung. Edip wird zukünftig Bedienung, Kommunikation und Schnittstellen vieler Prozessgeräte vereinheitlichen. Dank Edip können alle Bürkert-Geräte in das proprietäre Büs-System integriert und mit dem Bürkert Communicator betrieben werden. bf

Autor:Thomas Sattler, Bürkert