Hier wird ein allgemeiner Überblick über Flow Computer und ihre Anwendung in der Be- und Entladungssteuerung und in der Mengenermittlung von Flüssigkeiten und Gasen gegeben. Beispiele für einige Flow Computer sind hier beschrieben.

Ein Flow Computer ist ein Bestandteil eines Messsystems. Seine Grundfunktion ist das Sammeln unkorrigierter Messwerte von Messgeräten und das Berechnen korrigierter Volumen und Masse nach Industriestandard, wenn Flüssigkeiten oder Gase durch einen Zähler eines segmentierten Rohrleitungsabschnitts strömt und die Aufzeichnung dieser Daten. Typische Messungen sind hier die von Differenzdruck, Strömungsdruck, Strömung, Temperatur und/oder das Zählen von Impulsen.

Dabei werden Messgeräte, Ultraschallmessgeräte, Coriolis-Messgeräte, Turbinenzähler, Rotationszähler oder Membranzähler genutzt. Diese Messgeräte fungieren i.d.R. als Impulsgeber. Zusätzlich werden Temperaturfühler und Drucksensoren genutzt. Die Messwerte werden über digitale und analoge Eingänge vom Flow Computer aufgenommen umgerechnet und dessen Ergebnisse im Messwertspeicher abgelegt.

Zusätzlich können auch andere Geräte Flow Computer speisen, z.B. Lichtschranken, Waagewerte, Ventilstellungen, Erdungssignal, Totmannschalter und Überfüllsicherungen.

Die Steuerung der Beladung kann über I/O Signale durchgeführt werden.

Ein Flow Computer hat typischerweise folgende Hauptbestandteile:

• Gehäuse
• Stromversorgung
• Prozessorplatine(n)
• Fernwartungssoftware
• Display
• Tastatur
• Digitalen Ein- und Ausgängen
• Analogen Ein- und Ausgängen
• Kommunikationsschnittstelle zum Host oder SCADA System

Angeschlossen werden Druckwandler, Temperatursonden, Impulserzeugende Geräte, Ventile, Pumpen und Fernanzeigen.

Das Gehäuse ist wetterfest und durch ein Sicherheitssiegel und ein Schloss gesichert und besitzt optional den EX-Bedingungen.

Das Prozessorboard ist der zentrale Baustein eines Flow Computers. Es verfügt über die entsprechenden Anschlüsse und Klemmen für die Verbindungen zu anderen Komponenten und den digitalen und analogen Schnittstellen. Es beheimatet Mikroprozessor(en), Speicher, Analog/Digital-Wandler, analoge Ein-/Ausgänge, digitale Ein-/Ausgänge sowie mehrere unterstützende Schaltkreise. Prozessorboards werden intern mit 5 oder 3,3 Volt Gleichstrom (DC) versorgt. Regler ermöglichen die externe Versorgung mit 7-12 Volt DC. Das Netzteil des Flow Computer muss Notromfähigkeit haben, um zu garantieren, dass bei Stromausfall kein Messdatenverlust auftritt. Die Akkus sind direkt im Gehäuse installiert, ihre Kapazität und Spannung wird permanent überwacht und bei Unterschreitung eines Grenzwertes ein Alarm ausgelöst. Zusätzlich ist der Betrieb einer Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) empfehlenswert.

Das Display bietet die Möglichkeit der Anzeige und Konfiguration der Systemparameter, die Anzeige für Live-Daten während des Be- und Entladungsablaufs und der Kommunikation mit dem Fahrer. Die meisten Anzeigen sind so konzipiert, dass sie eine nur eine begrenzte Anzahl von Zeichen darstellen können. Die Tastatur wird für die lokale Dateneingabe verwendet.

Ein Druckmessumformer ist ein Sensor, der zur Durchflussmessung verwendet wird und findet bei der Mengenermittlung über den Gasdruck Verwendung. Der Druckaufnehmer erzeugt proportional elektrische Signale als Funktion des auf sie ausgeübten Drucks. Hier werden Differenz- und statischer Druck als Eingangswerte verwendet.

Eine Temperatursonde ist ein resistiver Temperatursensor zur Messung der Durchflusstemperatur. Es erzeugt proportionale elektrische Signale als Funktion der Temperatur, die auf einen analogen Eingang geschaltet sind. Temperatursonden werden in einem Schutzrohr in der Leitung installiert, um die Temperatur im Füllstrom zu messen. Sie sind also kein direkter Bestandteil eines Flow Computers, sondern werden an ihn angeschlossen. Externe Transmitter für Druck oder Temperatur benötigen möglicherweise 24V DC-Versorgung, da deren Sender über 4-20 mA Strom kommuniziert.

Ein Impulserzeugungsgerät liefert Impulseingangssignale proportional zur Menge, die durch einen Zähler fließt. Die Impulserzeugungseinrichtung ist ein Teil des Zählers. Auf dem Zählersockel eines mechanischen Zählers ist manchmal auch ein Zählwerk montiert, welches über einen Wellenmechanismus die mechanische Welle des Zählwerkes antreibt. Sie sind also kein direkter Bestandteil eines Flow Computers, sondern werden an ihn angeschlossen.

Beim Einrichten des Flow Computers muss der K-Wert angepasst werden. Vereinfacht gesagt gibt er das Verhältnis zwischen Impulsen und geflossener Menge wieder.

Oft wird ein Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) oder ein Terminal Management System (TMS) an die Kommunikationsschnittstelle angeschlossen. Sie wird zur Fernsteuerung, Überwachung oder Einstellung verwendet.

Mit der Fernwartungssoftware, die vom Hersteller bereitgestellt wird, kann man die Systemeinrichtung, Konfiguration, Wartung und Fehlersuche durchführen. Für die Kommunikationsschnittstelle gibt es im wesentlichen folgende Möglichkeiten mit den jeweils notwendigen Konfigurationsparametern:

• Ethernet – LAN-Anschluss (Ethernet Adresse, Ethernet Port, Gateway und Adressmaske)
• RS232 – Serielle (1:1-) Verbindung (Baud, Rate, Parität, Stop und Datenbits)
• RS485 – Serielle (N:1-) Verbindung (Baud, Rate, Parität, Stop und Datenbits)

Je nach verwendeter Schnittstelle und je nach Hersteller ist zusätzlich zu den technischen Parametern auch die des genutzten Übertragungsprotokolls einzustellen.

Darüber hinaus muss für jeden Flow Computer bzw. jeden der über ihn gesteuerten Verladearme eindeutige Identifikationsadresse(n) konfiguriert werden. Das ist wichtig für das TMS oder SCADA zur Identifizierung des Flow Computers bzw. den über ihn gesteuerten Verladearm.

Das Netzteil des Flow Computer muss Notromfähigkeit haben, um zu garantieren, dass bei Stromausfall keine Messdaten verlieren gehen. Die Akkus sind direkt im Gehäuse installiert. Die zur Verfügung stehende Kapazität und Spannung des Akkus wird permanent überwacht und bei Unterschreitung eines Grenzwertes ein Alarm ausgelöst. Der Akku sorgt dafür, ermöglicht es, dass alle Daten im Speicher des Geräts für nicht weniger als 35 Tage gespeichert werden. Bei einem primären Stromausfall werden Datum und Uhrzeit des Fehlers im Audit Trail protokolliert. Ebenso müssen Datum und Uhrzeit, zu der das Gerät in den normalen Stromversorgungsstatus zurückkehrt, protokoliert werden. Zusätzlich sollten Flow Computer an eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) angeschlossen werden.

Flow Computer haben kaum bewegliche Teile, deshalb beschränkt sich deren Wartung auf die Gehäusewartung und die Anschlüsse. Wenn sie im geeichten Betrieb eingesetzt werden, müssen in vorgegebenen Intervallen Eichungen durchgeführt werden. In diesem Rahmen wird zumeist auch eine Wartung durchgeführt, da dadurch auch der eichpflichtige Bereich geöffnet wird, der eine neue Eichung notwendig macht. Eine Eichung ist die geprüfte Kalibrierung des Flow Computer. Dabei handelt es sich um eine Softwarekalibrierung. Typische Arbeiten bei einer Wartung sind also:

• Leiterplatten, Kabelverbindungen und verschiedene Metalloberflächen auf Korrision prüfen
• Aufhängung und Montage auf Stabilität prüfen
• Deckeldichtung, Schläuche, Zugentlastungen, Leitungen und Gehäuse auf Unversehrtheit prüfen.
• Spannungspegel prüfen
• Batteriepacks prüfen und ggf. ersetzen

Historische Daten müssen im Speicher des Flow Computer gespeichert werden, oder auf einem (Urbelegs-)Drucker über eine zertifizierte Schnittstelle protokolliert werden. Typische historische Daten sind z.B. unkorrigierter Volumenwert, korrigierter Volumenwert, mittlerer Fließdruck, mittlere Fließtemperatur, Zulauf, Spannung, Umgebungstemperatur usw. Der Hauptgrund für die Aufbewahrung historischer Daten ist die Bereitstellung von früher geflossenen en Mengen und den damit verbundenen Messdaten. Alle Datensätze müssen gemäß API MPMS 21.1 in den historischen Daten auf eine Weise gespeichert werden, dass sie nicht geändert werden können. Sowohl Original- als auch bearbeitete Daten müssen aufbewahrt werden.

Alarme werden ausgelöst, wenn bestimmte Ereignisse auftreten, dies kann z.B. sein, wenn Werte bestimmte Alarmgrenzen überschreiten.  Die Konfiguration dieser Alarmgrenzen sind notwendiger Bestandteil der Inbetriebnahme. Der Auftritt von Alarmen kann dazu führen, dass der Benutzer über die Anzeige gewarnt wird oder bestimmte Aktionen automatisch gestoppt werden (Typische Alarme).

Die grundsätzlichen Anforderungen sind im „Manual of Petroleum Measurement Standards, Chapter 21—Flow Measurement Using Electronic Metering Systems“ der American Gas Association, kurz API MPMS 21.1, festgelegt.

Die Audit Trail ist schreibgeschützt. Es werden in ihm über die historische Daten hinaus auch Ereignisprotokolle, Feldtestberichte, Bearbeitungsgründe und Konfigurationsprotokolle gespeichert.

Ein Audit Trail ist ein wichtiges Feature, um im Konfigurationsprotokoll aufzuzeichnen, wann Änderungen durchgeführt wurden. Typische Aufzeichnungen umfassen Datum, Uhrzeit, alte und neue Parameterwerte.

Das Ereignisprotokoll ist auch ein Teil des Audit-Trails. Es dient zum Aufzeichnen von aufgetretenen Ausnahmen (Exceptions, Alarmen) und Änderungen der enthaltenen Durchflussparameter im Konfigurationsprotokoll (1.6.4 CONFIGURATION LOG), die auftreten und Auswirkungen auf die Messungen haben.

Im Audit Trail werden auch die Quantity Transaction Records gespeichert (1.6.2 QTR). Jedes Mal, wenn sich Parameter ändern, werden der alte und der neue Wert, zusammen mit Datum und Uhrzeit protokolliert.

Gemäß API MPMS 21.1 (1.6.2.2 Hourly Quantity Transaction Record for Differential Type Meters) muss das Gerät muss stündlich QTRs schreiben mindestens und gemeinsam mit den täglichen Betriebsdaten sieben Tage aufbewahren (1.6.2.3 Daily Quantity Transaction Record for Linear Type Meters). Unter Betriebsdaten versteht man die Parameter und die manuell eingegebener Variablen, die die Mengenberechnungen beeinflussen. Das können aktuelle Werte der Eingangsvariablen sein oder berechnete Werte.

Die Inbetriebnahme ist der Prozess der Erstprüfung, nachdem ein Flow Computer installiert wurde. Hier muss dokumentiert werden, dass das System gemäß seinen Spezifikationen und den behördliche/vertragliche Anforderungen funktioniert. Dazu ist in der Regel auch eine Kalibrierung nach vorgeschriebenen Inbetriebnahme- und Kalibrierungs-/Verifizierungsverfahren notwendig. Kalibriert werden insbesondere statische Druckmessumformer, Differenzdrucktransmitter und Temperaturtransmitter. Die Genauigkeit wird durch die Verwendung von Mess- oder Bezugsnormale für einen definierten Betriebsbereich geprüft.

Der Flow Computer müssen so konfiguriert sein, dass sie unbefugten den Zugriff auf die Konfiguration verweigern. Parameter und Messdaten müssen über eindeutige Zugangscodes und/oder Benutzername und Passwort geschützt werden.

Auf Flow Computern befindet sich eine Software für Messalgorithmen und Betrieb. Diese muss durch eine Softwareversion gekennzeichnet sein und es muss nachvollziehbar sein, wann welche Version auf dem Gerät lief.