Instrumentatie in het Procesveld
Sikko de Jong Sr.
1 1 1
Temperatuurmetingen Toepassingen
1 1 1
Praktijk Temperatuur is de meest gemeten natuurkundige grootheid. In feite gaat het om de thermische bewegingen van atomen en moleculen. In onze praktijk komt het er op neer dat we de temperatuur willen weten van vloeistoffen, gassen en omgevingsruimte, maar ook van metalen, zoals lagers in draaiende machinerie.
1 1 2
Historie Temperatuur en temperatuurmeting staat heel dicht bij de mens. Immers onze lichaams- en omgevingstemperatuur is letterlijk van levensbelang. Het bevolken van werelddelen was in de eerste plaats afhankelijk van de daar heersende temperatuur en de daarbij behorende voedselbronnen. Hoewel het bij onze lichaamstemperatuur normaal gesproken gaat om marges van maar enkele graden, moeten we beseffen dat de ‘temperatuurschaal’ die we kunnen meten begint bij het absolute nulpunt van 0 Kelvin (-273,15˚ Celcius) tot aan de kerntemperatuur van de zon van +/- 15.000.000˚ Celcius. Dus een enorme ‘range’. Nadat Galilei in de 16e eeuw de thermometer had uitgevonden is er veel gebeurd. De belangrijkste wetenschappers en natuurkundigen op dit gebied waren Fahrenheit, Celcius en Kelvin. Tot op de dag van vandaag hebben we te maken met de door hen gedefinieerde temperatuurschalen (de temperatuurschalen van Réaumur, Rankine, Delisle en Rømer laat ik buiten beschouwing). Hoewel de officiële SI-basiseenheid voor temperatuur de graden Kelvin is, is het in onze industrie gebruikelijk om in graden Celcius te spreken. De omrekening naar Kelvin is eenvoudig. Het verschil = 273,16˚ en ‘lineair’. Van Celcius naar Fahrenheit of omgekeerd geldt de formule:
2 Instrumentatie in het procesveld | Temperatuurmetingen
Temp. ˚C = 5/9 x (Temp. ˚F -32 ) Temp. ˚F = 9/5 x (Temp. ˚C +32) Temperatuurschaal
100˚ C
Water kookpunt
400 K 373 K 350 K
Water vriespunt
300 K 273 K 250 K
50˚ C 0˚ C -40˚ C -50˚ C -78˚ C -100˚ C
200 K 195 K 150 K
-150˚ C -191˚ C -200˚ C -250˚ C -273˚ C
Lucht vloeibaar
100 K 82 K
Absolute nulpunt
0K
Celsius
50 K
Kelvin
Relatie tussen de belangrijkste temperatuurschalen.
1 1 3
Problematiek en uitdagingen In veel gevallen komt het meten van temperatuur niet aan op een graadje meer of minder, maar soms is een meting tot ver achter de komma vereist. Denk aan de mogelijke opwarming van de aarde. TijTemperatuurmetingen | Instrumentatie in het procesveld 3
2 2 1
Drukmeting Toepassingen
2 1 1
Praktijk Drukmeting is een uitermate belangrijke factor in het regelen en beveiligen van het productieproces. Onder drukmeting verstaan we, in de context van dit hoofdstuk, het meten van statische druk van een gas of vloeistof in een gesloten vat of leiding. In werkelijkheid meten we het drukverschil tussen de druk in het vat of leiding en de druk daarbuiten, de atmosferische druk.
2 1 2
Historie Om bepaalde verschijnselen te verklaren (rond 1635 spoot een fontein in Florence minder hoog dan men had verwacht) hebben wetenschappers als Galileo en Torriceli hiervoor een verklaring gezocht en zodoende het natuurkundige verschijnsel van de luchtdruk aangetoond. Torricelli heeft hierop voortgeborduurd en had reeds in 1643 de met kwik gevulde barometer ‘bedrijfsklaar’. In 1657 bewees Otto van Guericke met zijn proef met de Maagdenburger halve bollen de enorme kracht van de atmosferische luchtdruk. Volgens de overlevering waren zestien paarden niet genoeg om de vacuüm gezogen bollen weer te scheiden. Drukmeting in de vorm zoals wij die in de procesindustrie kennen, is begonnen met de aloude manometer. De rond gebogen, vrijwel luchtledige stalen buis waarvan de kromming wisselt met de buitendruk, beter bekend als de bourdonbuis, heeft de neiging zich te strekken en al doende die beweging over te zetten op een tandheugel, tandwieltje en wijzer. Het principe van de membraandoos vormt in feite nog altijd de basis van vele hedendaagse druktransmitters.
4 Instrumentatie in het procesveld | Drukmeting
Bourdonbuis
Overbrenging
Wijzer
Bourdon buis
Druk aansluiting
Manometer met Bourdonbuisprincipe.
2 1 3
Problematiek en uitdagingen De opbouw van statische drukmeetinstrumenten is in grote lijnen gelijk aan de instrumenten voor het meten van drukverschil, zoals bij niveau en flow (dynamische druk). Bij drukmeetinstrumenten ontbreekt echter vaak de ‘min’ aansluiting; die heeft plaats gemaakt voor een statische opening naar de atmosfeer, die als tegendruk werkt. Verder is het zo dat het meetelement in de drukverschilinstrumenten is ontworpen voor relatief kleine drukverschillen. Een drukverschil van 1000 mbar is bij een flowtransmitter al vrij groot. Dit in tegenstelling tot de meetelementen van druktransmitters die leverbaar zijn met een range tot vele honderden Bars. Drukmeting | Instrumentatie in het procesveld 5
3 3 1
Niveaumeting Toepassingen
3 1 1
Praktijk Onder niveau verstaan we in dit verband de hoogte waarop een vloeistof zich bevindt in een vat, bassin, tank of ketel. Het meten van vaste stoffen in silo’s of bunkers laat ik hier buiten beschouwing vanwege de vaak zeer specifieke eisen.
3 1 2
Historie De meting van een vloeistofniveau moet een van de oudste vormen zijn van de metrologie. Onze voorouders zullen immers van tijd tot tijd nieuwsgierig geweest zijn naar het niveau in hun waterput. Zeer waarschijnlijk hebben ze daarvoor een peilstok of het emmertje als vlotter gebruikt. Een vlotter geeft al meer mogelijkheden voor een meting ‘op afstand’. Denk hierbij aan de niveau-indicatie op de zijwand van een tank, die met een kabel is verbonden aan de vlotter. Hierbij hoeft door de operator geen contact te worden gemaakt met de vloeistof (wat potentieel een gevaar kan zijn).
3 1 3
Problematiek en uitdagingen Aangezien onze moderne controlesystemen graag gevoed worden met elektronische signalen, zodat aflezing en controle op afstand plaats kan vinden, worden meestal elektronische schakelaars dan wel transmitters gebruikt. Vanwege operationele eisen worden deze vaak in combinatie met peilglazen en dergelijke geïnstalleerd. Bij eventueel falen van de elektronica, bijvoorbeeld spanninguitval, moet het immers mogelijk blijven het niveau te zien. Ook voor een quick-check van de aanwijzing van de elektronische apparatuur is het zeer handig om even in het glaasje te kunnen kijken. Let wel, kalibreren is en gaat anders!
6 Instrumentatie in het procesveld | Niveaumeting
Vlotter
Vlotter
0
Leeg
5
Contragewicht
10
Vol
Principe van de niveaumeting met vlotter.
Elektronische niveaumeetapparatuur beperkt zich allang niet meer tot het weergeven van alleen het niveau, maar kan door ge誰mplementeerde algoritmen informatie verschaffen over het volume, gewicht, soortelijke massa en dergelijke. Dat door het toenemen van de mogelijkheden ook het aantal valkuilen toeneemt moge duidelijk zijn. Overleg daarom tijdens de selectie van een instrument, uitgebreid met uw proces engineer en leverancier, om alle proces- en productparameters duidelijk te krijgen. Want de uiteindelijke kosten zitten niet in de eenmalige aanschaf, maar in de cost of ownership. Niveaumeting | Instrumentatie in het procesveld 7
4 4 1
Flowmetingen Toepassingen
4 1 1
Praktijk Onder flow- of debietmeting verstaan we het meten van de doorstroming van een gas of vloeistof per tijdseenheid. Flowmeting is ongetwijfeld de meest lastige meting die we in ’t veld hebben. Waar we bij druk, niveau, temperatuur of kwaliteitsmeting de aanwijzing van het instrument redelijk eenvoudig kunnen controleren tegen een bekende standaard, is dit bij flowmeting veel lastiger of zelfs ‘onsite’ onmogelijk.
4 1 2
Historie Flowmeting speelt een zeer belangrijke rol in de handel en industrie. Reeds in de Romeinse tijd werd flow- of volumemeting gebruikt voor het meten van waterverbruik. Tot op de dag van vandaag wordt flowmeting gebruikt voor overdracht van eigendom, ook wel bekend als custody transfer, sales metering, fiscal metering of ijkwaardige meting. Ook zien we flowmeting bij afvalstromen, bewaking van productiekwaliteit, regeling van receptuur of mengverhouding.
4 1 3
Problematiek en uitdagingen De uitlezing van flow, die op uw beeldscherm verschijnt, is in principe slechts het resultaat van een juiste keuze van het meetprincipe, de opstelling en onderhoud in ‘t veld. We dienen bij selectie en gebruik van een flowmeter voor vloeistof of gas rekening te houden met allerlei product- en proceseigenschappen zoals: • zuiver product of vervuild c.q. gemengd met andere stoffen, deeltjes of gasbelletjes • statische druk en/of temperatuur constant of wisselend • snelheid van het doorstromende product
8 Instrumentatie in het procesveld | Flowmetingen
• • • • •
flow pulserend of redelijk constant corrosief of abrasief elektrisch geleidend of juist niet thermische capaciteit Reynoldsgetal
mechanische flowmeter
Watermeter volgens tandradprincipe.
• • • • • • • • •
Maar ook: vereiste nauwkeurigheid turn-down ratio maximaal toegestane drukval over de meetopstelling horizontale of verticale opstelling vereiste mechanische sterkte stromingsprofiel en al dan niet een strainer beschikbare ruimte i.v.m. vereiste rechte leidingstukken voor en na het instrument eventuele vibraties en geproduceerd geluid van het leidingwerk of regelkleppen geluidsproductie van de meetopstelling zelf Kortom, een heel scala aan parameters en afwegingen, die als het goed is de revue passeren alvorens een selectie gemaakt kan worden. Beslist niet eenvoudig en een hele uitdaging. Flowmetingen | Instrumentatie in het procesveld 9
5 5 1
5 1 1
Procesregelkleppen Toepassingen Praktijk In ’t Procesveld is heel wat te meten, maar ook te regelen. Hierbij is de procesregelklep een onmisbaar hulpmiddel. Onder procesregelklep verstaan we de regelklep die een variabele restrictie of doorlaatopening heeft en die op afstand proportioneel bestuurbaar is. Gemonteerd in een leidingsysteem is de regelklep meestal opgenomen in een regelkring die druk, temperatuur, flow, niveau of een combinatie van grootheden controleert in het proces. Een regelklep moeten we niet verwarren met een al dan niet op afstand bedienbare afsluiter. Bij afsluiters gaat het meestal om opendicht controle waarbij een lekdichte afsluiting wordt verlangd. Dit in tegenstelling tot de regelklep, die elke positie tussen 0-100% van zijn ‘travel’ kan innemen. In principe kan men van een regelklep ook niet verwachten dat hij lekdicht afsluit in gesloten stand. Soms wordt de regelklep ten onrechte ook aangeduid als regelventiel. Bij regelventielen gaat het echter om zelfregelende apparaten waarbij geen hulpenergie van buitenaf nodig is, zoals instrumentenlucht. Bij ventielen is het te regelen medium de energiebron.
5 1 2
Historie In de 17e eeuw werden in sommige korenmolens centrifugaal regulateurs gebruikt om de afstand tussen de twee maalstenen te regelen. In 1788 heeft James Watt, geholpen door Matthew Boulton, de centrifugaal regulateur toegepast op stoommachines. Het ging hier om een werkelijke regelkring, waarbij via een stangenstelsel een regelklep werd bediend in de stoomtoevoer. De procesregelklep zoals wij die vandaag kennen zal in de dertiger jaren van de vorige eeuw zijn intre-
10 Instrumentatie in het procesveld | Procesregelkleppen
de hebben gedaan. Pas in 1947 werd door de ISA de eerste norm voor regelkleppen uitgegeven.
P&ID piping and instrumentation diagram
TIC 100
TT 100
TE 100 Product
TV 100 Stoom
FT 101 FE 101
Stoom
FIC 101 FV 101 Product
P&ID met twee door kleppen gestuurde regelkringen.
5 1 3
Problematiek en uitdagingen De procesregelklep is vaak het stiefkindje van de regelkring. Het ding zit altijd buiten in ’t veld, is meestal zwaar, soms vies en altijd weerbarstig als het gaat om afstellen of inregelen. Maar als corrigerend orgaan, helaas onmisbaar. De keuze in regelkleppen is enorm en hierbij bestaan veel valkuilen. De regelklep is zowel onderdeel van de instrumentatie als van het leidingnetwerk, wat extra ‘uitdagingen’ inhoudt. Een volledige berekening die zowel rekening houdt met piping, proces en instrumentatieeisen, is noodzakelijk en altijd een karwei voor specialisten. Procesregelkleppen | Instrumentatie in het procesveld 11
6 6 1
Veldcommunicatie Toepassingen
6 1 1
Praktijk Uw controle- of procesbesturingsysteem kan op diverse manieren verbonden zijn met de apparatuur in het veld. Enkele communicatiemethodes waarvan de installed base het laatste decennium sterk is toegenomen, zijn remote I/O en netwerken of veldbussen. Globaal kunnen we netwerken indelen naar de maximaal overbrugbare afstand en transmissiesnelheid. Telecommunicatie en Wide Area Networks (WAN) zijn. zoals de benamingen al doen vermoeden, geschikt voor de grotere afstanden en u zult in de procesbesturing dit type netwerk niet veel tegenkomen. Een Local Area Network (LAN), geschikt voor de procesindustrie zoals Foundation Fieldbus en Profibus-PA, remote I/O en HART, kan echter uitermate geschikt zijn om de traditionele één op één bedrading te vervangen, dan wel functionaliteit toe te voegen.
6 1 2
Historie Begin jaren tachtig van de vorige eeuw begon de Personal Computer (pc) aan zijn opmars. Al snel ontstond de behoefte om binnen een bepaalde omgeving deze stand-alone workstations en eventuele randapparatuur te koppelen middels een netwerk. In feite het ontstaan van het Local Area Network (LAN). Hoewel het LAN ook wel werd gebruikt op de werkvloer met vaak zelf ontwikkelde RS-232/485 protocollen, ontstond aan het eind van diezelfde jaren tachtig de behoefte aan een industrieel netwerkprotocol. Distributed Control Systems (DCS) voorzagen in die behoefte en boden al snel de mogelijkheid om digitaal data uit te wisselen tussen de verschillende onderdelen van het DCS en met apparatuur in het veld middels ‘smart’ processoren opgenomen in de elektronische veldinstrumenten.
12 Instrumentatie in het procesveld | Veldcommunicatie
Hiermee was het begrip veldbus geboren en begon de toeleveringsindustrie met het ontwikkelen van apparatuur geschikt om te koppelen aan zo’n veldbus. Het ontwikkelen van remote I/O heeft gelijke tred gehouden.
Procesnetwerk
WAN
LAN
Overzicht van veldcommunicatie.
6 1 3
Problematiek en uitdagingen De gehele of gedeeltelijke overstap van traditionele instrumentatie naar digitale is niet iets wat even tussen koffietijd en lunch wordt bepaald. Uiteraard heeft u zich vooraf op de hoogte gesteld van de technische, organisatorische en economische toegevoegde waarde Veldcommunicatie | Instrumentatie in het procesveld 13
7 7 1
7 1 1
ATEX behoud Toepassingen Praktijk De verbinding tussen het beeldscherm in de controlekamer en het veld bestaat meestal uit een ingewikkelde structuur van kabels, junction boxen, schakelaars en verdeelkasten. Hiermee meet en regelt u het proces, stuurt u machines aan of uit, en regelt u de stand van kleppen. U staat er waarschijnlijk niet altijd bij stil, maar al die meeten regelapparatuur kan zich in een zone bevinden die geclassificeerd is als Ex of explosiegevaarlijk. Explosieveiligheid zou een vanzelfsprekendheid moeten zijn. Immers, in een fractie van een seconde kan uw wereld, en wellicht die van vele anderen, er heel anders uitzien. Niets is zo verwoestend als een gasof stofwolk die ongecontroleerd tot ontbranding komt. Ontploffingen kunnen zich overal voordoen, ook daar waar geen ‘open’ vuur is. Vonken, hete oppervlakken, statische elektriciteit en handgereedschap hebben al veel te vaak als ontstekingsbron gediend. Maar ook chemische reacties kunnen lijden tot een enorme verwoesting en veel leed. Samengevat zijn de hoofdoorzaken van explosies: elektrische, chemische of ‘mechanische’ ontsteking, maar vooral menselijk handelen. De Europese ATEX richtlijnen (wat staat voor ATmosphère EXplosive) geven een bindende wettelijke richtlijn ter bescherming en voorkoming van ongelukken en rampen.
7 1 2
Historie Al vaker is de noodzaak voor intrinsieke veiligheid op de industriële werkplek aangekaart. Intrinsieke veiligheid door ‘Safety by Design’ of ‘Prevention by Design’. Als dit ergens geldt, dan is het wel voor
14 Instrumentatie in het procesveld | ATEX behoud
explosieveilige apparatuur. Hieraan moet in feite veilig handelen (Safety by Conduct) worden toegevoegd. Dat hiervoor regelgeving nodig is, moge duidelijk zijn.
ATEX bord
Officieel ATEX 137 bord voor plaats waar een explosieve atmosfeer kan voorkomen.
Reeds in 1975 heeft de Europese raad een kaderrichtlijn goedgekeurd betreffende elektrisch materieel, bestemd voor gebruik in bovengrondse explosieve omgevingen (76/11/EG). In 1996 is de richtlijn 94/9/EG door het Europese parlement aangenomen en bekend geworden onder de naam ATEX 95. Deze directive is een geharmoniseerde richtlijn die, na een gedoogperiode, sinds 1 juli 2003 alle andere Europese en nationale regelgeving op het gebied van explosieveilige apparatuur vervangt. De ATEX 95 is een richtlijn voor ontwerp en productie van apparatuur en is in de eerste plaats van belang voor fabrikanten en leveranciers, maar uiteraard ook voor eindgebruikers. ATEX behoud | Instrumentatie in het procesveld 15
8 8 1
SIL behoud Toepassingen
8 1 1
Praktijk Om dit hoofdstuk maar eens te beginnen met een understatement: het domein van SIL (Safety Integrity Level) staat bol van de afkortingen en begrippen, en is mede daardoor weinig transparant. Toch moet u uw HIPS (High Integrity Protection System), ook wel SIS (Safety Instrumented System) genoemd, van tijd tot tijd controleren op het correct functioneren binnen de van tevoren vastgestelde toleranties. Het gaat hierbij in principe niet om een eenvoudige maintenance handeling, maar om het behoud van het SIL certificaat dat u, als het goed is, bij het desbetreffende systeem heeft ontvangen na de initiële installatie en start-up van het systeem.
8 1 2
Historie De noodzaak voor intrinsieke veiligheid (intrinsiek = in zichzelf) op de industriële werkplek is waarschijnlijk voor het eerst daadwerkelijk aangetoond en toegepast in de mijnen. De Engelsman Sir Humphrey Davy verbeterde de veiligheid in de mijnen door het gebruik van een elektrische booglamp voor mijnwerkers te promoten en zodoende de tot dan toe gebruikelijke kaarsverlichting, met alle voor de hand liggende risico’s van open vuur in een mijngang, uit te bannen. Omdat deze booglamp te kostbaar was, heeft Davy rond 1815 gezorgd voor de introductie van de olie gestookte ‘Davy safety lamp’, die tot ver in de twintigste eeuw in gebruik is geweest. Kortom, een apparaat dat een risicoreductie heeft bewerkstelligd bij de kolenwinning. Door de ‘uitvinding’ en de opkomst van elektrische energie en apparatuur in de negentiende eeuw, werd de roep om standaardisering steeds groter. In Amerika werd reeds in 1884 het Institute of Electri-
16 Instrumentatie in het procesveld | SIL behoud
cal & Electronics Engineers (IEEE, voorheen AIEE) opgericht. In 1906 werd in Londen de International Electrotechnical Committee (IEC) opgericht, die inmiddels in Genève is gevestigd. In 1916 volgde het Nederlandse Normalisatie Instituut (NNI). Het NNI beheert en publiceert inmiddels de NEderlandse Norm (NEN).
Risicoanalyse Proces beschrijving
Nodes
P&ID
HAZOP team Documentatie
Afwijkingen Raport
Aanbevelingen
Oorzaak Risico Ongewenste gebeurtenis
Consequenties
Effecten
Risico Beveiliging
Risicoanalyse volgens HAZOP methode.
8 1 3
Problematiek en uitdagingen Om de absolute noodzaak te verduidelijken van regelmatige, functionele controle en correct onderhoud van een SIL gecertificeerd systeem, is enig inzicht in de totstandkoming van een SIL-certificatie gewenst. Als u na uw risicoanalyse van de installatie, ook wel HAZOP (HAZard OPerability) genoemd, tot de conclusie komt dat een gedeelte van de installatie of het proces een verhoogd risico geeft voor mens of milieu, zal dit risico moeten worden teruggebracht tot een acceptabel niveau. SIL gaat over ‘risk reduction’ tot een toelaatbaar of ‘tolerable’ niveau. Aangezien risico’s praktisch gezien niet tot nul kunnen worden teruggebracht, komen we zodoende terecht bij het begrip risicoreductie en ALARP (As Low As Reasonable Practicable). SIL behoud | Instrumentatie in het procesveld 17
9 9 1
Natte Analyse Toepassingen
9 1 1
Praktijk De natte analyse betreft de scheikundige metingen van processen en producten waarin vragen opspelen als ‘wat zit er in’ en ‘hoeveel er van bepaalde componenten in zitten’, beter bekend als de kwalitatieve en kwantitatieve analyse. U moet hierbij niet alleen denken aan toepassingen in drink- en oppervlaktewater, maar ook aan chemie, olie & gas, raffinage, voedsel, bierbrouwerijen, farmacie en staal. De meest bekende meting in de natte analyse is die van de pH, wat staat voor Potentia Hydrogenii, en zoals deze Latijnse naam al aangeeft, in feite de meting is van de concentratie van waterstofionen in een vloeistof. Als ik in het voorjaar de kwaliteit van het water in mijn vijver meet, sta ik daar niet echt bij stil, maar de verkleuring van de testvloeistof blijft fascinerend (en spannend met zo’n 20 paar vissenogen op je gericht). Het gaat bij mijn vijver natuurlijk om een ‘spot check’ terwijl het in onze industrie meestal gaat om een continue meting middels elektrodes.
9 1 2
Historie Lange tijd hebben we stoffen geanalyseerd met datgene wat direct voorhanden was: onze smaakpapillen die, gelegen op de tong, het onderscheid tussen zoet, bitter, zout en zuur voor ons vaststelden. Ook onze reukzin (ruikend proeven) behoedt mens en dier voor bijvoorbeeld het eten van bedorven voedsel. Ondanks het feit dat ‘smaken verschillen’, kunnen we het er wel over eens zijn dat deze methode niet volstaat voor de hedendaagse industriële toepassing. Hoewel er in de loop van vele eeuwen steeds meer elementen bekend werden, was het de Rus Dmitri Ivanovitsj Mendelejev (1834-1907) die de ‘credits’ kreeg voor het vastleggen van het periodieke systeem
18 Instrumentatie in het procesveld | Natte Analyse
waarin alle bekende elementen zijn benoemd. Niet onbelangrijk voor onze analyse apparatuur. Immers, bij scheikundige metingen moeten we wel weten waar we naar zoeken en een maatstaf hebben om een en ander te kunnen vergelijken. In 1906 maakte de bioloog Cremer de eerste meetopstelling die aantoonde dat een scheiding middels glas het potentiaalverschil in water ten gevolge van H + ion activiteit, meetbaar maakte. Dit was het begin van de klassieke pH-elektrode die in principe nog altijd wordt gebruikt.
Elektrode
Referentie Elektrode Zilverdraad Zilver Chloride
Glas Membraan
Principe pH elektrode.
9 1 3
Problematiek en uitdagingen Analyse in onze industrie heeft meestal betrekking op het uiterst nauwkeurig bepalen van kleine tot zeer kleine hoeveelheden stoffen of producten in een grote hoeveelheid andere stof. Daarbij kan gedacht worden aan lage concentraties van kostbare of juist gevaar足 lijke stoffen, maar ook stoffen die bijvoorbeeld als katalysator nodig zijn voor een proces. Ook kunnen kleine hoeveelheden in een eindproduct nodig zijn, maar ook zeer ongewenst. Daarmee is ook direct duidelijk wat de grootste problematiek, en daarmee uitdaging is. In feite gaat het dus vaak om sporenanalyse, ook wel bekend als het zoeken naar de naald in de hooiberg. Gangbare concentraties in de Natte Analyse | Instrumentatie in het procesveld 19
10 1
Datatransmissie Toepassingen
1 1
Praktijk Uw beeldscherm in de controlekamer is ongetwijfeld met een kabel verbonden aan een ‘computer’ en niet te vergeten aan de netvoeding. De computer is op zijn beurt weer verbonden met een netwerk van allerlei vormen van datatransmissie, via bedradingskasten, convertors, connectors, remote I/O et cetera, met als doel het procesbesturingsignaal op de juiste plaats in ’t Veld te halen of te brengen. Datatransmissie kan plaatsvinden in ‘pakketvorm’ (digitaal) of continu (analoog). Hoe dan ook, u wilt dat het ‘bericht’ tussen zender en ontvanger zonder vervorming overkomt. Het lijkt redelijk eenvoudig, maar correcte datatransmissie is zeker niet vanzelfsprekend en vereist aandacht in de ontwerp-, installatie- en operationele fase.
1 2
Historie Samuel Morse (1791-1872) is de uitvinder van de morsecode. In 1844 zag hij kans om voor het eerst succesvol een bericht te sturen van Washington naar Baltimore. Een afstand van zo’n zestig kilometer. De geschiedschrijving vermeldt dat hij daarvoor slechts twee draden nodig had, ongetwijfeld gemaakt van koper. Het verband tussen elektriciteit en magnetisme was slechts kort daarvoor aangetoond. Morse had zijn eigen ‘protocol’ geschreven, de welbekende Morsecode van puntjes en strepen. Deze simpele vorm van datatransmissie, die wereldwijd razendsnel populair werd, is in feite de bakermat voor onze huidige communicatiemiddelen, en genereerde de vraag naar meer. Al in 1876 vroeg Alexander Graham Bell patent aan op zijn ‘telephon’ waarin twee belangrijke uitvindingen waren verwerkt: de microfoon
20 Instrumentatie in het procesveld | Datatransmissie
en de luidspreker, die beide werkten met een magneetspoel waaraan een membraan verbonden was. De snel opeenvolgende elektrische puls, gegenereerd en ontvangen door een toestel, was hiermee een feit.
telefoonpaal
Datatransmissie.
1 3
Problematiek en uitdagingen Datatransmissie is in feite het ‘transporteren’ van een elektrische lading. Een elektrische lading oefent altijd een kracht uit op een andere elektrische lading. Deze kracht wordt echter snel kleiner wanneer de onderlinge afstand toeneemt of de afscherming voldoende is. Datatransmissie | Instrumentatie in het procesveld 21