new prozessautomatisierung - chemie technik · 2019. 10. 18. · chemie technik · special...

SAMSON UND KROHNE GRÜNDEN JOINT VENTURE

Alle Macht dem Feld

2020

PROZESSAUTOMATISIERUNG

Das ePaper für Prozessautomatisierer

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Lösungen für die Industrie

Actemium ist ein kompetenter Anbieter von elektro- und automatisierungstechnischen Lösungen und Services.

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3CHEMIE TECHNIK · Special Prozessautomation 2020

Wie sich die Namur die Zukunft der Leit- und Feldgerätetechnik in der Prozessindustrie vor-stellt, erfahren Sie ab Seite 11

Der Anschluss an die neue NOA-Welt erfor-dert mehr als nur eine Kabelklemme. Was da-zugehört, finden Sie ab Seite 14

Cyberattacken nehmen auch in der Prozess-industrie zu. Abschotten alleine hilft nicht, weiß Experte Erwin Kruschitz. Seite 33

Revolution von unten und von obenSo viel Veränderung war selten bis nie: Die Prozess-automation wird derzeit vom Kopf auf die Füße und von den Füßen auf den Kopf gestellt. Denn: Die Revolution hat gleich mehrere Treiber. Einerseits die Digitalisie-rung, die auch von den Unternehmenslenkern in Che-mie, Pharma-, Lebensmittel- und anderen Prozessindus-trien angestrebt wird, um die Basis für künftige Ge-schäftsmodelle zu schaffen. Die Stichworte lauten hier Individualisierung der Produkte, Plattformen für das Geschäft mit den Kunden und Optimierung der Prozes-se. Andererseits wachsen aus der Produktionsbasis (Au-tomatisierungs-)Technologien zusammen, die isoliert betrachtet zunächst keinen Durchbruch brachten (Asset Management, Predictive Maintenance...) und nun, ein-gebettet in das Gesamtbild einer digitalisierten Anlage, plötzlich enormen Mehrwert schaffen können. Nutzbar werden diese durch neue Automatisierungsstrukturen wie die Namur Open Architecture und die Vernetzung.

Enorme Rechenleistung auf kleinstem Raum erlaubt es, Funktionen in Feldgeräte zu integrieren, die bislang gro-ßen Leitsystemen und Ingenieurkonsolen vorbehalten waren. Zu hören war das bereits auf der Namur-Haupt-sitzung im November 2018: Das smarte Feld übernimmt die Macht, König Leitsystem ist tot – so mein damaliges, zugegeben etwas zugespitztes Fazit. Die Entwicklung ei-nes Prozessknotens, wie er in der Titelstory dieses ePa-pers beschrieben wird, ist da nur konsequent: Komplexe Regelkreise, die vom Leitsystem nur noch einen Sollwert

erhalten, werden zukünftig von einem Gerät erledigt werden – und dieses trägt seinen für Optimierungs- und Verifikationszwecke genutzten digitalen Zwilling gleich in sich. Wer so weit zu denken bereit ist, für den ist auch die autonome, sich selbst optimierende Prozessanlage kein Tabu mehr.

Wie breit die revolutionäre Bewegung in der Prozessau-tomatisierung inzwischen ist, finden Sie in dieser Ausga-be eindrücklich dargestellt: Unsere Artikelsammlung in diesem ePaper reicht von klassischen Automatisierungs-themen über das aktuelle Namur-Thema Connectivity bis hin zu Aspekten der Cybersecurity. Und im Schwer-punkt Digitalisierung zeigen wir auch, wie sich Herstel-ler von Pumpen und Anlagen für die Verarbeitung von Schüttgütern die Digitalisierung vorstellen. Auch einem Lieblingsthema aller Smartphone-, Tablet- und Compu-ternutzer – dem Softwareupdate – haben wir uns in der beliebten Glosse „Spotlight“ gewidmet. Ich wünsche Ih-nen viel Spaß beim ganz analogen Lesen.

Was meinen Sie? [email protected]

EDITORIAL

4 CHEMIE TECHNIK · Special Prozessautomation 2020

Editorial 3

MarktCT exklusiv PCD Preisindex für Chemieanlagen – Preisrückgang bei Leittechnik und Rohrleitungen 6

AutomatisierungTitelstory Krohne und Samson stellen neuen Prozess knoten vor – Alle Macht dem Feld 8

Namur definiert Rolle der Sensoren in Prozess anlagen 11

Konnektivität als Grundlage der Digitalisierung 14

Mobile Konfiguration von Feldgeräten der Prozessindustrie 18

Siemens stellt Konzept für Namur Open Architecture vor 20

Automatisierung von Prozessventilen im Vergleich – Welches Konzept macht das Rennen? 24

Sicherer Einsatz von Glasfasern im ExBereich 30

Alle Macht dem Feld Der MesstechnikAnbieter Krohne hat gemeinsam mit dem Ventilspezialisten Samson für die Regelung von Flüssigkeitsströmungen eine Lösung entwickelt, die nicht nur das zentrale Leitsystem entlastet, sondern der Digitalisierung insgesamt Vorschub leisten soll. Seite 8

Anschluss an die Zukunft „Enhanced Connectivity“ lautet die Devise des diesjährigen NamurSitzungssponsors Phoenix Contact, der neben dem physikalischen Anschluss künftig vor allem auch die Logik einbringen will, damit die Namur Open Architecture Realität werden kann. Seite 14

INHALT

SAMSON UND KROHNE GRÜNDEN JOINT VENTURE

Alle Macht dem Feld

2020

PROZESSAUTOMATISIERUNG

Das ePaper für Prozessautomatisierer

Titelmotiv gespon-sert von Samson. Bild: Samson

CybersecuritySicherheit der Produktionsinfrastruktur erfordert Systembetrachtung – OTSecurity im Fadenkreuz 18

CT Interview Erwin Kruschitz, Anapur, zu Cybersecurity – „Geh davon aus, dass es bereits passiert ist“ 21

DigitalisierungBenchmarkstudie im Anlagenbau – Digitale Services verdrängen Technologie 32

CT Trendbericht Digitalisierung der Schüttguttechnik 34

CT Umfrage Schüttguttechnik – An der Schwelle zum digitalen Zeitalter 37

Pumpe wird zur Industrie4.0Komponente 44

Erstes Pumpenmodul mit Treibersoftware MTP – Pumpenintegration per Knopfdruck 47

Digitalisierungskonzepte beim Pumpenhersteller Grundfos – Transformation statt Revolution 48

CT Interview Götz Erhardt, Accenture – „Der digitale Zwilling lohnt sich fast immer“ 51

Funktionale SicherheitCT Marktübersichten Geräte für PLTSchutzfunktionen/SILKreise 66

MesstechnikCT Produktfokus Gasmessgeräte – Sicherheit für Mensch, Umwelt und Prozess 54

Füllstandradar sorgt für Überlaufschutz in Laugenbehältern 58

CT Produktfokus Durchflussmessgeräte – Eine Frage des Messprinzips 61

„Geh davon aus, dass es bereits passiert ist“ Im Schatten der Digitalisierung wächst auch in der Prozessindustrie die Bedrohung durch Cyberattacken. Im CTGespräch erläutert Erwin Kruschitz, Vorstand von Anapur, warum es keine hundertprozentige Sicherheit geben kann. Seite 21

CT Hotspots Energieeffizienz

Unternehmen in der Chemiebranche investieren immer mehr in ihre Energieeffizienz. Das trägt nicht nur zu einer gelingenden Energiewende bei, sondern kann auch bares Geld sparen. Unsere Hotspots zeigen, an welchen Stellen sich nach Einschätzung der Deutschen EnergieAgentur und der Bundesregierung das betriebliche Energiesparen besonders lohnt. Seite 82

CT Produktfokus GasmesstechnikEine ganze Armada von Modellen und Messprinzipien stellt den Anwender von Durchflussmessern vor die Qual der Wahl. Unsere Auswahl gibt einen Überblick über die jüngsten Entwicklungen für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgütern. Seite 61

SpotlightWenn der Schwanz mit dem Hund wackelt – SoftwareUpdate 84

ServiceImpressum 43

CT Hotspots Energieeffizienz – An den richtigen Stellen gespart 82


Markt


PCD Preisindex für Chemieanlagen

Preisrückgang bei Leittechnik und RohrleitungenNach drei Jahren des stürmischen Anstiegs der Preise für Rohrleitungen hat sich die Entwicklung zuletzt umgekehrt. Und auch Prozessleittechnik verliert an Boden. Signale für eine Trendwende im Chemieanlagen-Boom?

Nach einer deutlichen Aufwärtsbewegung bei den Preisen für Chemieanlagen im ersten Quartal 2019 hat die Entwicklung zur Jahres-mitte hin deutlich an Dynamik verloren. Stand Ende März noch ein Plus von 1,03 % zu Buche, legten Che-mieanlagen insgesamt zwischen April und Juni lediglich um 0,34 % zu. Die Ursache dafür ist, dass in fast allen für Chemieanlagen relevanten Gewerken nur moderate Preissteigerungen zu verzeichnen waren, während das

Statistische Bundesamt in zwei Gewerken sogar rückläu-fige Preise dokumentiert hat. Lediglich Maschinen und Apparate legten mit 0,89 % in etwa gleich stark zu wie in den Quartalen zuvor. Erstmals im Minus (-0,28 %) wa-ren dagegen Rohrleitungen, bei denen in den vergange-nen Jahren von Quartal zu Quartal relativ hohe Zuschlä-ge zu verzeichnen waren. So legten diese beispielsweise im ersten Quartal 2018 um 2,42 % zu und verteuerten sich seit 2016 ununterbrochen. Das Gewerk umfasst ne-

Profi-GuideBranche

Anlagenbau ● ● ●Chemie ●PharmaAusrüster ● ● ●

FunktionPlaner ● ●Betreiber ● ● ●Einkäufer ●Manager ● ● ●

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Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

Markt

CHEMIE TECHNIK · Special Prozessautomation 2020 7

ben Rohrleitungen aus Stahl und Edelstahl auch Arma-turen aus diesen Materialien.

Prozessleittechnik verliertIm Gewerk Prozessleittechnik sind die Preisentwicklun-gen für Mess- und regeltechnische Geräte sowie für Au-tomatisierungssysteme und PLT-Montagematerial zu-sammengefasst. Die Feldinstrumentierung bildet dabei mit fast zwei Drittel Anteil den größten Block. Während die Preise für Messgeräte im vergangenen Quartal nach einem Plus von zuletzt 0,9 Indexpunkten stagnierten, verloren Automatisierungssysteme über 2 % (2,5 Index-punkte).

Im Indexschwergewicht „Maschinen und Apparate“ lassen sich die Kostensteigerungen im Wesentlichen auf steigende Preise für Apparate zurückführen. So legten Behälter und Kolonnen um rund 1 % zu, während bei Maschinen wie Verdichtern und Pumpen lediglich ein moderates Plus von je rund einem halben Prozent zu verzeichnen war.

Bei der Bautechnik, die sich in den vergangenen Quartalen deutlich verteuert hat, hat sich die Dynamik im 2. Quartal 2019 abgeschwächt. Das Plus lag zuletzt bei 0,47 % – nach einem Zuwachs von 1,36 % im ersten Quartal.

Tendenz nach unten, aber kein einheitliches BildOb sich das Projektgeschäft in der Chemie ähnlich wie die Gesamtkonjunktur eintrübt, lässt sich anhand der Preisentwicklung in den für Anlagenprojekte wesentli-chen Gewerke noch nicht eindeutig sagen. Lediglich In-dizien für eine Tendenz nach unten sind insgesamt er-kennbar. Der Preisrückgang bei Automatisierungssyste-men reflektiert nicht nur die Entwicklung bei Prozess-steuerungssystemen, sondern im Wesentlichen auch die Preise für Systeme zur Fertigungsautomatisierung. Und speziell im Gewerk Rohrleitungen können Großprojekte wie Pipelines (z. B. Nordstream II) das Bild prägen. Die Beobachtung bestätigt sich auch bei einem Blick auf die Details: Rohrleitungsmaterialien verloren im Quartals-vergleich 0,7 Indexpunkte, während Armaturen um 0,4 Indexpunkte zulegten.

Deshalb bleibt es spannend abzuwarten, wie sich die Preise für Ingenieurleistungen im zweiten Quartal ent-wickelt haben. Denn einerseits bilden Ingenieurleistun-gen im PCD mit einem Anteil von 27 % das größte Schwergewicht, andererseits laufen die vom Statistischen Bundesamt veröffentlichten Zahlen für Ingenieurleis-tungen immer ein Quartal nach. D. h., der aktuelle PCD für das 2. Quartal gibt bei Ingenieurleistungen lediglich den Index für das 1. Quartal wider. Die Aktualisierung erfolgt dann erst Ende September.

Der Preisindex für Chemieanlagen in Deutschland (PCD) wird vierteljährlich aktualisiert. Er dient als Trendbarometer für Planer von Chemieanlagen sowie Betreiber, die die Kosten von Projekten näherungsweise abschätzen wollen. Im PCD werden nach einer vom Arbeitskreis Cost Engineering in der Dechema / Process Net entwickelten Methode die Gewerke Apparate und Maschinen, Rohrleitungen und Armaturen, MSR-Ein-richtungen, Isolierung und Anstrich, elektrotechnische Ausrüstung sowie Bauteilkosten zu einem Index berech-

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Bautechnik (Mat. & Mont.)

Maschinen und ApparateRohrleitungen H, I

Elektrische Energieversorgung

ProzessleittechnikMontageleistungen

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Preisentwicklung der im PCD-Index zusammengefassten Gewerke des Chemieanla-genbaus. Bild:CHEMIE TECHNIK

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Maschinen und ApparateRohrleitungen H, I


ProzessleittechnikMontageleistungen

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Indexbasis: 2015 = 100


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Maschinen und Apparate

Rohrleitungen H, I


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Montageleistungen

Ingenieurleistungen

PCD insgesamt Q2 - 19 vs Q1 -19

Veränderungen der Preise für Leistungen und Gewerke im Bau von Chemieanlagen im Quartalsvergleich (Q2-2019 gegenüber Q1-2019). Bild:CHEMIE TECHNIK

net, dessen Basis das Jahr 2015 (=100) bildet. Aus der Gewichtung der Einzelgewerke resultiert ein Index für die Preisentwicklung von Chemieanlagen.

Die detaillierten Daten senden wir Ihnen per E-Mail gegen Rechnung gerne zu. Anfragen an: [email protected]. ●

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Entscheider-Facts

● Die Preise für Chemieanlagen sind im 2. Quartal 2019 um 0,34 % gestiegen.

● Bei Rohrleitungen und Prozessleittechnik waren erstmals ne-gative Preisentwicklungen zu verzeichnen.

● Im Gewerk Maschinen und Apparate haben sich vor allem Apparate verteuert.


Titelthema


Profi-GuideBranche

Anlagenbau ● ● ●Chemie ● ● ●Pharma ●Ausrüster ● ● ●

FunktionPlaner ● ● ●Betreiber ● ● ●Einkäufer ● ● ●Manager ●

Autoren


Titelthema

S.8: Der neue Pro-zessknoten beinhal-tet ein Regelventil, eine Ultraschall-Durchflussmessung, eine Differenzdruck-messung und die Temperaturmes-sung.

André Boer und Kav-reet Bhangu (oben links) leiten das neue Unternehmen mit Sitz im nieder-ländischen Dordrecht.

Stephan Neuburger, CEO von Krohne (oben rechts) und Dr. Andreas Widl, Vor-standsvorsitzender von Samson, erklär-ten die Kooperation auf einer Pressekon-ferenz im September 2019. Bilder: Redaktion

Krohne und Samson stellen neuen Prozessknoten vor

Alle Macht dem FeldZentralistische Leittechnik steht einer autonomen und flexiblen Fabrik im Wege. Dieser Überzeugung folgend, hat der Messtechnik-Anbieter Krohne gemeinsam mit dem Ven-tilspezialisten Samson für die Regelung von Flüssigkeitsströmungen eine Lösung entwi-ckelt, die nicht nur das zentrale Leitsystem entlastet, sondern der Digitalisierung insge-samt Vorschub leisten soll.


Mit einem neuen, intelligenten Prozessknoten, der gleichzeitig Durchfluss, Druck und Tem-peratur misst und als autonomes Regelgerät agiert, beschreiten Krohne und Samson gemeinsam Neuland. „Bei der Umsetzung der Namur Open Ar-chitecture und einer offenen Plattform für die Prozess-automatisierung laufen wir immer wieder gegen die gleiche Mauer: Wir haben Sensoren und Aktoren, aber deren Daten bekommen wir nicht durch die Leittechnik-Architektur, um entsprechende Dienste und Services für die Optimierung bereitzustellen“, sagt Dr. Thomas Ste-ckenreiter, CTO von Samson.

Sensorik in den Aktor integriertSchon im Hauptvortrag zur Namur-Hauptsitzung im November 2015 hatte Krohne gezeigt, wie sich der Ge-rätehersteller die Integration von Sensorik und Aktorik vorstellt: „Wir sind sogar so weit gegangen, dass wir die zentrale Steuerung und das Durchflussmessgerät integ-riert haben. Das Leitsystem muss nur noch einen Soll-wert vorgeben“, beschreibt Dr. Attila Bilgic, CTO von Krohne, die Vision. Das Potenzial eines solchen dezent-ralen Regelgeräts verdeutlicht Bilgic anhand des Bei-spiels einer Abfüllsteuerung: Mithilfe künstlicher Intelli-genz und unter Einsatz eines geschlossenen Regelkrei-

ses, bestehend aus einer Durchflussmessung und einem Ventil, entwickelte die KI in 2.000 Lernzyklen einen Al-gorithmus zur Abfüllung von PET-Flaschen, der mit ei-ner völlig neuen Fahrweise schneller und genauer ab-füllt, als konventionelle Systeme.

Im 50:50-Joint Venture mit dem Namen Focus-On haben die Hersteller die Idee nun zu einem Produkt umgesetzt: Das Gerät beinhaltet nicht nur ein Ventil, sondern auch ein Ultraschall-Durchflussmessgerät, eine Differenzdruckmessung sowie die Temperatursensorik. Doch der neue Ventilknoten zielt nicht nur darauf, die Regelgüte in Prozessen zu verbessern. „Dadurch, dass wir vier Geräte durch eines ersetzen, spart der Anwen-der rund ein Drittel der Investitions- und Installations-kosten“, sagt André Boer, einer der beiden Geschäftsfüh-rer des neuen Unternehmens, das seinen Sitz im nieder-ländischen Dordrecht hat.

Zudem rechnet der Hersteller damit, dass sich das Engineering deutlich vereinfacht: Weil lediglich eine Sensor-Aktor-Stelle geplant werden muss, sinkt die Zahl der Engineering- und Einkaufsspezifikationen von vier auf eine. Auch die Zahl der Prozessanschlüsse und der damit notwendigen Flansche reduziert sich auf zwei Anschlüsse. Zudem sinkt das Risiko von Lecka-gen, und auch die Verkabelung ist deutlich einfacher,

Titelthema


wodurch Installation und Inbetriebnahme vereinfacht werden.

„Wir schätzen, dass wir durch das Einsparen von Flanschen und Verkabelung, aber auch im Engineering und der Inbetriebnahme gegenüber klassischen Regel-kreisen bis zu 50 Prozent Kosten sparen“, rechnet Kav-reet Bhangu, ebenfalls Geschäftsführer von Focus-On: „Im Betrieb profitieren die Anwender von einer höheren Regelgüte und höheren Regelgeschwindigkeit. Dort spielt es eine Rolle, wie schnell ein vorgesehener Prozess-punkt erreicht wird.“ Zusätzlich lassen sich durch die permanente Optimierung des Regelkreises Betriebskos-ten sparen. „Wir stehen noch ganz am Anfang, und können die neuen Möglichkeiten noch gar nicht alle abschätzen“, so Bhangu.

Doch bei allem Enthusiasmus wissen die Manager aber auch, dass für die Umsetzung des neuen Ansatzes erst einmal organisatorische Hürden zu nehmen sind. Denn bislang werden Rohrleitungen, Ventile und Mess-instrumentierung getrennt voneinander geplant. Dazu sind Änderungen an den Fließbildern notwendig, wel-che die Grundlage für den Engineering-Prozess bilden. „Wir müssen den Planungsprozess überarbeiten, wenn wir den Nutzen der Digitalisierung heben wollen“, sagt Steckenreiter, und Bilgic ergänzt: „Wenn die Planungs-prozesse so bleiben, dann wird man die Vorteile nicht heben können. Aber irgendjemand auf der Welt wird das tun, und sich dadurch einen Wettbewerbsvorteil ver-schaffen“, ist Bilgic überzeugt.

Digitaler Zwilling im VentilknotenIm Betrieb zeichnet sich der neue Ventilknoten gegen-über dem klassischen Aufbau auch aufgrund der kurzen Wege und der Abstimmung von Sensorik und Aktorik durch eine bessere Regelgüte aus. Die Kooperationspart-ner haben in das Gerät nicht nur einen Mikroprozessor mit hoher Rechenleistung integriert, sondern legen auch die Betriebsdaten im Gerätespeicher ab. Dadurch kann der autonome Ventilknoten eigenständige Optimierun-gen vornehmen und den aktuellen Betriebszustand mit einem im Gerät hinterlegten Modell ständig abgleichen. „Aus meiner Sicht ist die Anlagensteuerung heutzutage alles andere als optimal. Häufig stellen die Ingenieure die Messgenauigkeit über die Regelgüte. Dadurch kommt es oft zu unsinnigen Prozessführungskonzepten“, sagt Tho-mas Steckenreiter. Oft führe dies dazu, dass zusätzliche Sensoren und Aktoren verbaut werden, mit denen eine sichere Fahrweise erreicht werden soll: „Das geht zu Lasten der Prozesseffizienz.“

Ein im Gerät abgelegter digitaler Zwilling des Regel-kreises vergleicht die Messwerte mit den aus dem Pro-zessmodell berechneten. So können die aktuellen Mess-werte verifiziert werden und entsteht die Grundlage für

eine Geräte- und Prozessdiagnose. „In der Praxis lassen sich so präzise Vorhersagen zu Kavitationszuständen machen“, berichtet Steckenreiter. Weitere Überlegungen gehen dahin, die Ultraschallmessung für Analytik-Auf-gaben zu nutzen: beispielsweise um Viskosität und Dich-te zu bestimmen, Feststoffpartikel zu identifizieren und Verschleiß in der Anlage zu überwachen.

Um die neue Technik auch für existierende Anlagen nachrüsten zu können, haben die Entwickler nicht nur konventionelle elektrische Anschlüsse wie beispielsweise 4 bis 20 mA und Hart vorgesehen, sondern die Geräte auch so dimensioniert, dass sie sich einfach in bestehen-de Anlagen integrieren lassen. „Anwender können die Technik dadurch einfach in bestehenden Anlagen aus-probieren“, sagt Stefan Neuburger, CEO von Krohne. Gleichzeitig können nach der Namur Open Architecture NOA aufgebaute, rückwirkungsfreie Kommunikations-kanäle für Diagnosefunktionen genutzt werden. Dies geschieht entweder per WLAN oder Bluetooth.

Einen ersten Kundenkreis sieht Neuburger in den Herstellern von Skids, die als Module in Prozessanlagen beispielsweise der Lebensmittelindustrie, aber auch der Öl und Gasindustrie eingesetzt werden: „Für diese spie-len der Platzbedarf und das Gewicht eine entscheidende Rolle. Skid-Hersteller werden sich diese Vorteile sehr schnell zunutze machen wollen.“

Flexible Hard- und SoftwarearchitekturUm offen für zukünftige Entwicklungen zu sein, hat das Entwicklungsteam eine mehrstufige Hard- und Soft-warearchitektur entwickelt. „Unser Ansatz beruht ähn-lich wie bei der Entwicklung von Mobiltelefonen auf drei Schichten: Einem Application Layer, in dem Cloud-Dienste abgebildet werden, und ganz unten einem Phy-sical Layer, der das Produkt selbst darstellt. Dazwischen schafft der Orchestration Layer die Verbindung. Über diese Architektur sind wir in der Lage, jedem Gerät be-liebige Funktionen anzudienen“, beschreibt Dr. Andreas Widl, Vorstandsvorsitzender von Samson, die Überle-gungen und ist überzeugt: „Bei Focus-On geht es um mehr als die Integration von Sensorik und Aktorik – wir gehen hier den Schritt von der analogen in die digitale Welt.“ ●


Entscheider-Facts

● Der neue Prozessknoten misst gleichzeitig Durchfluss, Druck und Temperatur und agiert als autonomes Regelgerät.

● Neben einer besseren Regelgüte sollen vor allem auch gerin-gere Investitions- und Installationskosten erreicht werden.

● Das Gerät wird im 50:50-Joint Venture Focus-On entwickelt, produziert und vermarktet.

Eigenschaften des ProzessknotensDer neue Prozessknoten beinhaltet ein Re-gelventil, eine Ultraschall-Durchflussmes-sung, eine Differenzdruckmessung und die Temperaturmessung. Die Geräte sollen künftig für den Einsatz in explosionsge-

fährdeten Bereichen in den Zündschutzar-ten Ex d und Ex e angeboten werden und sollen ab dem ersten Quartal 2020 in der Nennweite DN 80 und Druckstufe PN 16/40 verfügbar sein. Die Genauigkeit der

Durchflussmessung gibt der Hersteller mit besser als ein Prozent vom Messwert an, damit wird eine exzellente Regelgüte er-reicht.


Automatisierung


Namur definiert Rolle der Sensoren in Prozessanlagen

Das Feld gewinnt

Es war Paukenschlag und Weckruf zugleich, als der damalige Noch-Vorstandschef der Anwenderver-einigung Namur im November 2018 seine Sicht auf die zukünftige Rolle smarter Sensoren in der Prozes-sautomatisierung formulierte: „Ich glaube, das eine oder andere System der Automatisierung wird von der Digi-talisierung weggewischt werden“, rammte Namur-Vor-

stand Dr. Wilhelm Otten damals gleich zu Beginn vor dem mit 650 Automatisierungsexperten voll besetzten Saal einen Pflock ein. „Feldgeräte werden dagegen über-leben“, so Otten. Denn diese haben als Augen und Oh-ren der Prozesse eine Zukunft. Allerdings zeichnen sich auch hier Veränderungen ab: Längst wünschen sich die Automatisierungsanwender, dass Feldgeräte nicht mehr

Profi-GuideBranche



Bild: Markus Herrmann – AdobeStock

Automatisierung


allein Messungen wie Druck und Temperatur liefern, die lediglich indirekt Rückschlüsse auf die Produktei-genschaften und den Prozesszustand zulassen, sondern direkte Aussagen zu Massenströmen, Konzentrationen und Produktqualität. Und natürlich sollen die Feldinst-rumente auch die digitale Transformation der Branche unterstützen. Wie dies geschehen kann, dafür wurden in Bad Neuenahr sowohl praktische Beispiele als auch Visionen gezeigt. Schon seit vier Jahren arbeitet die Namur beispielsweise intensiv an der Frage, wie Gerä-te- und Prozessinformationen über einen zweiten In-formationskanal aus der Anlage in moderne Auswer-tungssysteme übertragen werden können, ohne die klassischen Regelkreise zu belasten. Dazu wird fieberhaft an der Namur Open Ar-chitecture gearbeitet. „Wir erwarten, dass NOA 2019 reif für konkrete Produkte sein wird“, meldete Jan De Caigny, BASF in seinem Statusbericht zur NOA.

„Wir verstehen uns als Treiber und Ge-stalter der digitalen Transformation. Mit unseren Kernthemen Modularisierung und Namur Open Architecture und dem einheitlichen Datenmodell haben wir die wichtigsten Themen angesprochen, um die Digitalisierung gemeinsam mit den Herstellern vo-ranzubringen“, erklärte Dr. Felix Hanisch, Bayer, der den Vorstandsvorsitz der Namur inzwischen von Dr. Wilhelm Otten übernommen hat.

Prozessanalysentechnik hat PotenzialAus Sicht der Anwendervereinigung hat insbesondere die Prozessanalysentechnik noch sehr viel Potenzial. „Wenn wir in der Lage sind, Konzentrationen und Stoff-eigenschaften im Prozess zu messen, dann haben wir in Verbindung mit APC die Möglichkeit, unsere Prozesse am absoluten Optimum zu fahren“, so Otten.

Eine Kerbe, in die auch Hauptsitzungssponsor Endress+Hauser mit dem selbst gewählten Motto „em-power the field“ schlug: „Wir wollen, dass die smarten

Feldgeräte ein sicherer Bestandteil der OT- und IT-Welt werden, denn es geht darum, Wissen überall dort ver-fügbar zu machen, wo dieses benötigt wird“, erläutert CEO Matthias Altendorf. Das erfordert allerdings eine neue Kommunikationsstruktur, denn die für smarte Feldgeräte benötigten Bandbreiten sind in den vorhan-denen klassischen Leitsystemen nicht vorhanden. „Pro-zessleitsysteme sind der Flaschenhals, deshalb wollen wir das Feld stärken“, erklärt Dr. Andreas Mayr, Endress+Hauser. An entsprechenden Kommunikati-onstechniken, welche die benötigte Bandbreite bieten, arbeiten die Hersteller bereits. So soll im Projekt Ad-vanced Physical Layer (APL) eine 2-Draht-Ethernet-verbindung entstehen, mit der Feldgeräte künftig auch im Ex-Bereich angebunden werden können. Daneben entstehen neue Lösungen zur Nachrüstung von Wirel-ess-Hart-Drahtloskommunikation, die auch die Funk-tion der rückwirkungsfreien Kommunikation (Namur-Diode) unterstützen sollen. „Allerdings wird sich APL nur dann durchsetzen, wenn die Integration in die Anlagen einfach ist – denn das war der Grund, weshalb sich der digitale Feldbus bislang nicht durchgesetzt hat“, so Mayr.

„Es sind die einfachen Lösungen die sich durchset-zen“, zeigt sich auch Ulrich Schünemann, BASF, über-zeugt und definiert gemeinsam mit Frank Grümbel, Lanxess, die Faktoren, die für eine erfolgreiche Digita-lisierung der Prozessanalysentechnik wichtig sind:

● Komplexität ist gekapselt. ● Hoher Grad an Standardisierung. ● Infrastruktur im Feld vorhanden. ● Mindset der Anwender. ● Anwender hat von der Digitalisierung einen unmit-

telbaren Nutzen.Vor allem der letzte Punkt wurde in vielen Beiträgen

der Anwender betont: Nur wenn die Anwender einen unmittelbaren Vorteil für ihr eigenes Auf-gabengebiet haben, werden sie auch bereit sein, zusätzlichen Aufwand, beispielsweise zur elektronischen Dokumentation von Veränderungen, zu leisten. So setzt die Beschleunigung von Optimierungen und Erweiterungen, aber auch die vorbeugen-de Wartung und Instandhaltung eine kon-sistente Anlagendokumentation über den gesamten Lebenszyklus voraus. Ein Mehr-aufwand, der vom Betriebspersonal nur dann geleistet wird, wenn daraus unmittel-

barer Nutzen entsteht. Mit Anwendungsbeispielen – sogenannten „use cases“ – will die Anwendervereini-gung den Betreibern Lust auf Digitalisierung machen und den Nutzen zusätzlicher Sensoren in den Anlagen rechtfertigen. „Wir wollen mehr Daten schneller und einfacher nutzen. Das Feldgerät muss von Anfang an in die Überwachung eingebunden werden, und über den gesamten Asset Lifecycle müssen alle Informationen zur Verfügung stehen“, erklärt Thomas Schwerwietes, Evonik.

Dass sich die Digitalisierung allerdings nicht nur in der Betriebsphase auszahlt, sieht Endress+ Hauser-Manager Nikolaus Krüger: „Auch bei den vor- und nachgelagerten Prozessen lässt sich viel Geld sparen. So ermöglichen es digitale Abläufe in der Beschaffung, die

Wir verstehen uns als Treiber und Gestalter der digitalen Transformation. Mit unseren Kernthe-men Modularisierung und Namur Open Ar-chitecture und dem einheitlichen Datenmodell haben wir die wichtigsten Themen angespro-chen, um die Digitalisierung voranzubringen.Dr. Felix Hanisch, Bayer, ist Vorstandsvorsitzender der Namur

Ich glaube, das eine oder andere System der Au-tomatisierung wird von der Digitalisierung weggewischt werden. Feldgeräte werden aber überleben.Dr. Wilhelm Otten, Evonik, ist Vorstandsmitglied der Namur

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Es sind die einfa-chen Lösungen

die sich durchset-zen – deshalb

muss Komplexi-tät gekapselt

werden.

Automatisierung


Wir wollen, dass die smarten Feldgeräte ein sicherer Bestandteil der OT- und IT-Welt werden, denn es geht darum, Wissen überall dort verfügbar zu machen, wo dieses benötigt wird.Matthias Altendorf, CEO von Endress+Hauser

Modularisierung und Kapselung kann dazu füh-ren, dass Prozessautomatisierung nur noch aus intelligenten Feldgeräten besteht.Dr. Michael Maiwald, BAM

Digitale Abläufe in der Beschaffung ermögli-chen es, die Prozesskosten massiv zu reduzieren.Nikolaus Krüger, Vertriebsvorstand Endress+Hauser Bilder: Redaktion

Prozesskosten massiv zu reduzieren. Wir müssen mit Kunden häufig über Rabatte im Promillebereich disku-tieren, dabei werden Prozesskosten in Millionenhöhe vergeigt.“

Module kapseln die Komplexität von Geräten und AnlagenteilenDas Verringern von Komplexität sehen die Anwender als Schlüssel, um die digitale Transformation zum Erfolg zu führen. Dies soll beispielsweise durch die Modulari-sierung von Anlagen und Automatisierungssystemen erreicht werden. „Weil in Modulen verfahrenstechnische Funktionen gekapselt werden, sinkt die Komplexität im Engineering, bei der Inbetriebnahme und in der In-standhaltung“, ist Dr. Michael Maiwald von der Bundes-anstalt für Materialforschung überzeugt. Konsequent zu Ende gedacht, könnte die Modularisierung und Kapse-lung dazu führen, dass Prozessautomatisierung irgend-wann nur noch aus intelligenten Feldgeräten besteht, so Maiwald.

Eine Vision mit ähnlicher Automatisierungsstruktur verfolgt beispielsweise auch eine Gruppe von Anwen-dern um den Energieriesen Exxon-Mobil mit der Open Process Automation. Dass The Open Group mit „OPA“ ernst macht, wurde im Workshop-Beitrag von Don Bartusiak deutlich: Mit für die Verhältnisse der Prozes-sindustrie schwindelerregender Geschwindigkeit stampfen die Amerikaner eine neue Automatisierungs-struktur aus dem Boden, in der das klassische Prozess-leitsystem ausgedient hat und künftig Hard- und Soft-ware beliebiger Hersteller kombiniert werden sollen. Konkret arbeitet die Gruppe bereits an Prototypen für Feldtests.

Ebenfalls bereits sehr konkret ist die von der Namur bereits vor sechs Jahren angestoßene Modulautomation – Stichwort „Module Type Package“, MTP: Auch hier kommt die Intelligenz aus dem Feld. „Mit modularen Prozesseinheiten ändert sich der Engineering-Prozess – das ist einen neue Art zu denken und zu planen“, er-klärt Dr. Frank Stenger, Evonik. Statt Anlagen jedes Mal wieder komplett auszulegen, so die Vision, sollen künf-tig lediglich verfahrenstechnische Einheiten konfigu-riert werden. Langfristig ist auf diese Weise sogar eine neue Definition des Anlagenbetreibers denkbar: „War-um sollen Betreiber noch selbst in Anlagen investieren und diese nicht einfach leasen und für deren Nutzung bezahlen“, so Stenger.

Namur will Connectivity-Portfolio für verschiedene Anwendungsfälle definierenAuch wenn die bisherigen Ergebnisse ermutigend sind und zeigen, dass „Plug & Produce“ Realität werden wird, für die Digitalisierung der Prozessindustrie ist noch viel zu tun. Ein wesentliches Arbeitsfeld bleibt die Kommu-nikation. Neben dem erwähnten ex-fähigen 2-Draht Ethernet (APL) und der Drahtloskommunikation arbei-tet die Namur gemeinsam mit anderen Industrieorgani-sationen daran, dass der Industrie im künftigen Mobil-funkstandard 5G eigene Frequenzen reserviert werden. Ermutigt von Erfahrungen mit einem eigenen 4G-Netz, das beispielsweise die BASF bereits am Standort Lud-wigshafen für autonome Transportsysteme betreibt, wird der leistungsfähigen 5G-Technik großes Potenzial

zugetraut. „Allerdings gibt es nicht die eine Connectivi-ty-Lösung für alle Anwendungsfälle“, verdeutlicht Mar-tin Schwibach, BASF. Vielmehr muss für jeden Anwen-dungsfall unter den verfügbaren Systemen wie 5G, Lora, Bluetooth oder Wifi die Lösung mit dem besten Kosten-Nutzen-Verhältnis ausgewählt werden. Dazu will die Namur ein Connectivity-Portfolio für verschiedene An-wendungsfälle definieren. „Wenn Daten das Erdöl des 21. Jahrhunderts sind, dann ist Connectivity die Tank-stelle“, verdeutlicht Schwibach. Um das Thema vertieft zu behandeln, wird die Namur-Hauptsitzung 2019 des-halb unter dem Motto „Enhanced connectivity for smart production“ stehen. ●

Entscheider-Facts

● Feldinstrumente sollen die digitale Transformation der Prozessindustrie unterstützen. Wie dies gesche-hen kann, dafür wurden in Bad Neuenahr sowohl praktische Beispiele als auch Visionen gezeigt.

● Damit sich neue Lösungen zur Digitalisierung durch-setzen, müssen diese für den Anwender einfach sein – Komplexität muss gekapselt werden.

● Ein Mehraufwand zur Digitalisierung wird vom Be-triebspersonal nur dann akzeptiert werden, wenn da-raus unmittelbarer Nutzen entsteht.

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Konnektivität als Grundlage der Digitalisierung

Anschluss mit KontextOhne Kontext sind Daten nichts wert. Diese Feststellung gilt insbesondere in Anlagen der Prozessindustrie. „Enhanced Connectivity“ lautet deshalb die Devise des diesjähri-gen Namur-Sitzungssponsors Phoenix Contact, der neben dem physikalischen Anschluss künftig vor allem auch die Logik einbringen will, damit die Namur Open Architecture Realität werden kann.

Mehr Effizienz in der Produktion, weniger Energieeinsatz und eine vorausschauende Wartung bei geringerem Engineering-Auf-wand: Diese drei Wünsche sind nur einige Beispiele da-für, welchen Nutzen sich die Prozessbetreiber von der Digitalisierung erhoffen. Mit der Namur Open Architec-ture hat die Interessengemeinschaft Automatisierungs-technik in der Prozessindustrie – kurz „Namur“ – einen Weg skizziert, wie in Zukunft schnelllebige Technik der IT-Welt dazu genutzt werden kann, ohne die leittechni-sche Struktur einer Anlage zu überfrachten. Doch wie können Informationen rückwirkungsfrei aus bestehen-den Anlagen gewonnen werden? Wie lassen sich vor-handene Feldgeräte dafür verwenden, um beispielsweise Wartungsinformationen zu Geräten oder zusätzliche

Aussagen über Prozesszusammenhänge zu erlangen? Der Schlüssel dazu liegt in den Feldgeräten, die in den bestehenden Anlagen bereits verbaut sind. Denn obwohl es schon seit vielen Jahren digitale Bussysteme wie Foun-dation Fieldbus oder Profibus PA gibt, beherrscht aktuell nach wie vor analoge Technik die Szene. „In 80 % der Anlagen wird auch heute noch das 4…20-mA-Signal genutzt. Die Geräte verfügen in der Regel über Hart-Funktionen, doch diese sind in den Sensoren und Akto-ren meist gestrandet und werden nicht verwendet“, be-richtet Wilfried Grote, Global Industry Manager Chemi-cals and Pharmaceuticals bei Phoenix Contact.

Erschwerend kommt hinzu, dass die einzelnen per Hart-Protokoll verschlüsselten Parameter zum Teil un-terschiedlich und auch herstellerspezifisch sind. „Darin

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Anlagenbau ● ●Chemie ● ● ●Pharma ● ● ●Ausrüster ● ●

FunktionPlaner ● ●Betreiber ● ● ●Einkäufer ●Manager ● ●

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stecken sehr interessante Informationen für die Diagno-se von Geräten, aber ebenso von Anlagen, die man für eine vorausschauende Wartung einsetzen könnte“, ist Grote überzeugt: „Wir wollen auf der Namur-Hauptsit-zung zeigen, dass sich Hart-Daten auslesen lassen und kontextualisiert bereitgestellt werden können.“ Kontext bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise Informationen der Messstelle, wie die Seriennummer des Gerätes, verknüpft werden mit externen Datenban-ken, in denen Informationen abgelegt sind, wie die Hart-Signale eines spezifischen Gerätes zu interpretie-ren sind. Erst dieses „Mapping“ erlaubt es, Prozess- und Diagnosedaten für weiterführende Auswertungen zu nutzen.

In der Praxis ist dies bislang auch deshalb nicht mög-lich, weil die As-Built-Dokumentation in der Regel un-vollständig ist, wenn sie nach der Inbetriebnahme einer Anlage nicht lückenlos weitergeführt wird – zum Bei-spiel dann, wenn defekte Geräte ausgetauscht wurden, die zwar Messwerte liefern, aber nicht exakt den zuvor eingebauten entsprechen. „Es gibt in der Praxis wenig Transparenz über den Anlagenzustand und die Assets. Um den Nutzen der Digitalisierung zu heben, ist die Transparenz der Assets über deren Zustand jedoch un-verzichtbar“, ist Grote überzeugt.

Abgleich zwischen Planungswerkzeug und Datenbank mit GerätebeschreibungenDer Schlüssel dazu liegt in den Gerätebeschreibungen, die heute entweder als EDD, als FDT-DTM oder FDI-Package zur Verfügung gestellt werden. Den Abgleich zwischen „As Planned“ und „As Built“ stellen sich die Automatisierungsspezialisten aus Blomberg wie folgt vor: Zwischen dem Planungs- bzw. CAE-Werkzeugen und den in der Anlage vorhandenen Geräten findet ein automatischer Abgleich statt. Die per Hart-Kommunika-tion übermittelte Seriennummer eines Geräts wird über

die in einer zentralen Datenbank existierende Gerätebe-schreibung mit den Geräteeigenschaften verglichen. Die ebenfalls per Hart-Kommunikation übertragene TAG-Nummer eines Geräts ermöglicht es, die angereicherten Informationen zu einem Gerät der im CAE-Werkzeug hinterlegten Messstelle zuzuordnen.

Für die lesende Kommunikation wird einerseits ein Hart-Gateway, andererseits ein Edge Device genutzt. „Wir sehen Enhanced Connectivity als ein System, das aus einer Architektur von drei Schritten besteht: dem Prozess-Interface, über das Daten rückwirkungsfrei aus-gelesen werden, der Kontextualisierung, bei der Daten aggregiert und strukturiert bereitgestellt werden, und der Informationsverarbeitungsebene, in der Informatio-nen aufbereitet werden, um sie beispielsweise für die vorausschauende Wartung zu verwenden“, erklärt Wil-fried Grote.

Wo die Informationsebene realisiert wird, wird der-zeit zum Teil kontrovers diskutiert: Cloud-Lösungen werden von Unternehmen der Großchemie vor dem Hintergrund der IT-Sicherheit und des Know-how-Schutzes kritisch betrachtet. Komplexe Algorithmen sollen daher künftig nicht nur in Cloud-Systemen, son-dern auch direkt im Edge- oder Connectivity-Gateway verarbeitet werden. Dazu will der Hersteller sein aktuel-les PLCnext-System nutzen. Applikationen, wie zum Beispiel eine Motor- oder Pumpenüberwachung, wer-den über einen App-Store zur Verfügung gestellt und können entweder in Cloud-Systeme oder in das Edge-Gateway gelangen und mit niedrigem Engineering-Auf-wand verwendet werden.

Neu an diesem Ansatz ist nicht nur, dass Informatio-nen aus der Feldebene zugänglich werden, ohne die leittechnische Struktur zu belasten, sondern ebenfalls die Verknüpfung mit externen Datenbanken und die Möglichkeit, diese Informationen beispielsweise in Cloud-Applikationen zu nutzen. Zudem erlaubt der

Mit einer offenen Architektur werden die über ein Prozess-Interface ausgele-senen Felddaten kontextualisiert.

Zur Digitalisierung von existierenden Anlagen sollen weitgehend Daten dienen, die in den Feldgeräten bereits vorhanden sind. Das erfordert sowohl Hardware- als auch logische Verbindun-gen.

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So lassen sich Hart-Daten rückwirkungs-frei sowie NOA-kon-form für Monito-ring- und Optimie-rungszwecke ohne Programmierauf-wand nutzbar ma-chen. Bilder: Phoenix Contact

NOA-Ansatz offene Prozessschnittstellen, die nicht mehr herstellerspezifisch sind. Das Datenmodell für NOA, „PA DIM“ genannt, wird von den Anwendern selbst gemeinsam mit den Herstellern erarbeitet und basiert auf dem existierenden Profil Profibus PA 3.0. Eingesetzt werden soll die neue Konnektivität beispiels-

weise für die Überwachung von Motoren und Pumpen (Rotating Equipment): Längst verwenden beispielsweise Insellösungen zur Überwachung von Pumpen und Kompressoren Informationen wie die Stromaufnahme, die Wirkleistung und Phasenverschiebung, um Aussa-gen über den Zustand der Maschine zu gewinnen.

Tiefere Einblicke in den Zustand der Anlage mit weniger Aufwand gewinnenDies könnte zwar theoretisch ebenso mit Leitsystemen oder Wartungskonsolen umgesetzt werden, doch die Integration in die Leittechnik sowie die Installation zu-sätzlicher Sensoren scheitert oft an dem dafür entstehen-den Aufwand: Neben den Anforderungen an die Hard-ware geht es auch um die Einbindung in das Leitsystem und die notwendige Dokumentation. „Die Namur Open Architecture ermöglicht es uns, diesen Aufwand deut-lich zu reduzieren“, ist Grote überzeugt und sieht darin ebenfalls eine Option, mit weiteren Low-Cost-Sensoren tiefere Einblicke in den Zustand von Maschinen und Anlagen zu erhalten.

Die neue Offenheit erlaubt es dem Verbindungstech-nik-Spezialisten aus Blomberg, eigene Monitoring-Lö-sungen für unterschiedliche Anwendungsfälle zu entwi-ckeln. „Wir verstehen uns nicht als künftige Systeminte-gratoren für Großanlagen, sondern wollen verschiedene Applikationen und Lösungen gemeinsam mit den An-wendern erarbeiten, die den Betrieb von Prozessanlagen erleichtern helfen“, so Grote. Die Apps sind dabei nicht nur neue Software-Funktionen, sondern sollen gleich-zeitig dabei unterstützen, die Komplexität der erweiter-ten Konnektivität zu kapseln. Der Anbieter arbeitet derzeit an drei Pilotprojekten, in denen NOA und der

Das Enhanced Connectivity System besteht aus den drei Ebenen Prozess- Interface, Kontextu-alisierung der Daten und der Informati-onsverarbeitungs-ebene.

„Enhanced Connectivity“ genannte Ecosystem-Ansatz Realität werden sollen: In einer Testanlage der IGR bei Bilfinger im Industriepark Höchst wird der Einsatz einer generischen Hart-Diode untersucht: Hart-Diagnoseda-ten aus dem Feld werden NOA-konform ausgelesen und per Edge-Computing aggregiert. Dabei wird auch die Verwendung weiterer Apps für Cloud-Lösungen ergrün-det. In einem anderen Pilotprojekt wird analysiert, wie die Nutzung des MTP-Konzepts sowie der erweiterten Konnektivität helfen kann, den Engineering-Aufwand zu reduzieren. Und schließlich geht es in einem Pilotpro-jekt bei der BASF um die Umsetzung der Open Process Automation, OPAF – einem von Exxonmobil initiierten Ansatz, bei dem Prozessautomation in Zukunft auf kom-plett offenen Standards basieren soll und proprietäre Leittechnik vermieden wird.

Für das Enhanced Connectivity-Projekt plant der Automatisierungs- und Verbindungstechnikhersteller drei Ausbaustufen. Zunächst wird das Hart-Signal zwi-schen Feldgerät und Leitsystem abgegriffen. Dazu setzt der Hersteller eine eigene Schneidklemme ein, mit der die 4…20-mA-Leitung „angezapft“ wird, ohne die Ver-fügbarkeit des Feldgeräts zu beeinträchtigen. In der ers-ten Ausbaustufe wird ein Hart-IP-Gateway verwendet, um Diagnoseinformationen auszulesen und in Cloud-Applikationen zu nutzen. In der zweiten Ausbaustufe wird dem Hart-IP-Gateway das Edge-Gateway nachge-schaltet, das Daten aggregiert und in das Apps geladen

werden können. Das Edge-Gerät übermittelt zudem In-formationen via OPC UA in die Cloud oder an ein beste-hendes Monitoring- und Überwachungssystem. In der dritten Ausbaustufe wird ein IIOT-Server von Code-wrightseingesetzt, um den Abgleich der „As Built“- mit den „As Planned“-Informationen zu bewerkstelligen.

„Durch Enhanced Connectivity wird NOA anwend-bar und können Daten aus dem Feld einfach für die Prozessoptimierung und vorausschauende Wartung ver-wendet werden“, resümiert Wilfried Grote „Das Enhan-ced Connectivity-System sammelt Daten ein, bringt diese in einen Kontext und stellt sie auf der Informati-onsebene bereit. Dort können dann weitere Analysen sowie komplexere Algorithmen – auch durch Drittan-bieter – ausgewertet werden.“ ●


Entscheider-Facts

● Daten aus Feldgeräten lassen sich nur dann zur Digitalisie-rung nutzen, wenn sie mit Kontext angereichert werden.

● Neben der Verbindungstechnik geht es deshalb um die se-mantische Verknüpfung von Daten und Informationen.

● Mit einem dreistufigen Ansatz will Phoenix Contact dazu beitragen, dass die Namur Open Architecture anwendbar wird.

Kontextualisierung durch Geräteinformationen führt zu semantischen Daten, aus denen Spezialisten Anwendun-gen für die vorausschauende Wartung entwickeln können.Wilfried Grote, Global Industry Manager Chemicals and Pharmaceuti-cals bei Phoenix Contact

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Mobile Konfiguration von Feldgeräten der Prozessindustrie

Anschluss an die Moderne Intelligente Feldgeräte liefern deutlich mehr als nur Messwerte. Über verschiedene In-tegrationstechnologien werden Informationen zugänglich, die zur Prozessoptimierung genutzt werden können. Doch erst geeignete Asset-Management-Tools und geeignete Schnittstellen ermöglichen vor Ort einen mobilen Zugriff auf die Feldgeräte.

Intelligente Feldgeräte bieten unzählige konfigurier-bare Parameter. Bei einem Radarfüllstandsensor zum Beispiel liegt die Zahl der zu konfigurierenden Parameter in der Regel bei mehr als 500. Hinzu kommt, dass in typischen Installationen der Prozessindustrien sowie in explosionsgeschützten Bereichen Feldgeräte mit unterschiedlichen Protokollen im Einsatz sind. Die gängigsten Protokolle sind dabei Hart, Foundation Fieldbus und Profibus PA. Es ist keine Seltenheit, dass in Prozessanlagen mehrere Hundert oder sogar mehr als Tausend Feldgeräte verschiedener Hersteller mit unter-schiedlichen Protokollen im Betrieb sind. Die unter-schiedlichen Gerätehersteller liefern meist noch unter-schiedliche Schnittstellen zur Gerätekonfiguration. Das erhöht die Investitionskosten und macht das Sammeln und Auswerten von Daten unnötig kompliziert und w enig effizient.

Anfänglich schien es unmöglich, bei der Vielzahl unterschiedlicher Technologien den Überblick zu behal-ten, um den anfallenden Aufgaben gewachsen zu sein. Verschiedene Organisationen und Institutionen erkann-ten schon früh die Notwendigkeit der Standardisierung und entwickelten Integrationstechnologien und Techno-logien zur Datenbereitstellung, die auf offenen, proto-koll- und herstellerunabhängigen Architekturen basie-ren und eine nahtlose Interoperabilität sowie Flexibilität bei der Integration bieten. Allerdings konnte man sich

nicht auf eine allgemein gültige Lösung einigen. Aktuell stehen dem Endnutzer die folgenden Integrationstech-nologien mit unterschiedlichen Ansätzen zur Verfü-gung:

●● EDD (Electronical Device Descriptions) – eine textu-elle Gerätebeschreibungsdatei,

●● FDT/DTM (Field Device Tool, Device Type Mana-ger) – Gerätetreiber mit integrierter Bedienober-fläche,

●● FDI (Field Device Integration) – eine Kombination aus FDT und EDD.

Mobile Enterprise-LösungenDigitale, mobile, vernetzte und standardisierte Lösun-gen sind gefragt, welche Daten von Anlagen, Maschinen und Feldgeräten einfach zugänglich machen und War-tungsabläufe für die Konfiguration, Inbetriebnahme und Fehlerbehebung der Geräte verbessern und rationalisie-ren. Hier bieten sich tabletgebundene Asset Manage-ment Tools an, die es dem Wartungspersonal erlauben, vor Ort den gesamten Lebenszyklus der Feldgeräte zu verwalten und über standardisierte Integrationstechno-logien zu konfigurieren. Durch die Vernetzung des Tab-lets mit einem Gesamtsystem sind die Daten an jedem Ort jederzeit verfügbar. Solche Komplettlösungen wer-den durch Schnittstellen ergänzt, die einen mobilen Zugriff auf die Feldgeräte über die entsprechenden Inte-

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FunktionPlaner ●●●Betreiber ●●●●●Einkäufer ●Manager ●

AutorShkelqim Shala, Product Manager, Softing Industrial AutomationErstveröffentlichung in CT 7/2019. Die Zweitveröffentli-chung in dieser Aus-gabe wurde von Softing gesponsert.

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grationstechnologien und Protokolle vor Ort ermögli-chen.

Im Sinne der präventiven und vorausschauenden Wartungsstrategie werden Feldgeräte, noch bevor sie ausfallen, ausgetauscht. Bevor es jedoch für das War-tungspersonal in die Anlage geht, wird das Ersatzgerät schon auf der Werkbank vorkonfiguriert. Auch hier kommt das vernetzte Tablet in Kombination mit der Schnittstelle zum Einsatz, um einen schnellen und einfa-chen Geräteaustausch mit möglichst geringer Ausfallzeit zu ermöglichen. Es lässt sich auch eine Offline-Konfigu-ration der Geräte vorab durchführen, ohne dass das Gerät physikalisch vorhanden ist. Anhand der Beschrei-bungsdateien der Integrationstechnologien werden Pa-rameter in der Applikation hinterlegt und bei der Inbe-triebnahme des Gerätes geladen, was Zeit und Aufwand spart.

Ein ineinander verzahntes, kompatibles Lösungs-portfolio aus Tablet, mobilen Schnittstellen und profes-sionellen Applikationen ermöglicht den Technikern vor Ort, Prozesse umfassend zu überwachen und zu steuern, trägt zu mehr Flexibilität bei und steigert die Produktivi-tät der Mitarbeiter. Mit mobilen Lösungen sind Informa-tionen zu Assets über die gesamte Prozesskette perma-nent in Echtzeit verfügbar. Mensch, Prozesse und Syste-me sind somit im Sinne der Industrie 4.0 vernetzt.

Flexible KonfigurationsschnittstelleDie Anforderungen an Schnittstellen zwischen mobilen Endgeräten wie Tablets oder Smartphones und Feldgerä-ten sind sehr spezifisch. Je nach Use-Case und verwen-detem Endgerät sollte die Schnittstelle mit verschiede-nen Technologien kompatibel sein. Häufig decken die verfügbaren Schnittstellen aber nur einen definierten Bedarf ab und sind nicht flexibel für verschiedene Ein-satzszenarien in den oft komplexen Anlagen verwend-bar. Oft ist das Wartungspersonal gezwungen, mehrere verschiedene Schnittstellen zu verwenden, um den viel-fältigen Aufgaben in der Anlage gerecht zu werden.

Für Anwender, die nach einer Multiprotokoll-Lösung suchen, bietet Softing Industrial sein mobiles Interface Mobilink an. Das Interface ermöglicht den Zugriff auf die drei wichtigsten Kommunikationsprotokolle in der Prozessautomatisierung Hart, Foundation Fieldbus und

Damit Daten aus Feldgeräten an jedem Ort und zu jeder Zeit genutzt werden können, sind Schnittstellen notwendig.

Profibus PA über eine einzige Schnittstelle. Die Verbin-dung zum mobilen Endgerät kann über USB oder Blue-tooth erfolgen, dabei ist das Gerät mit Windows-, And-roid- sowie iOS-Betriebssystemen kompatibel. Treiber zur Anbindung von Feldgeräten über FDT/DTM sowie FDI-Technologie sind im Lieferumfang enthalten. Über die zusätzlich erhältliche Devcomdroid-App von Procomsol, einem in den USA ansässigen führenden Anbieter von Kommunikationslösungen für den Hart-Markt, ist sogar die Konfiguration von Feldgeräten über EDD einfach und intuitiv möglich. Das Interface scannt automatisch den Bus und meldet die gefundenen Geräte einschließlich Gerätestatus und grundlegenden Geräte-parametern und öffnet die richtige Gerätebeschrei-bungsdatei. Von dort aus kann der Benutzer intuitiv zu den Gerätedetails navigieren, wie z. B. Diagnose, Zu-standsüberwachung, Parametrierung und Konfigurati-on. Anwender, die Schnittstellen für mehrere Protokolle benötigen, sparen durch den Einsatz von Mobilink Kosten bei der Anschaffung, da sie nur ein Interface benötigen. Außerdem haben sie durch den Einsatz nur einer Schnittstelle deutlich weniger Aufwand bei Inbe-triebnahme und Wartung ihrer Feldgeräte. Aufgrund seiner Atex-Zulassung für Zone 1, seinem robusten De-sign und der Anschlussmöglichkeit an eigensichere Schaltkreise eignet sich das Mobilink für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. ●


Das mobile Interface ermöglicht den Zu-griff auf Hart-, Foun-dation Fieldbus- und Profibus-PA-Geräte.

Die Verbindung zum mobilen Endgerät kann über USB oder Bluetooth erfolgen. Bilder: Softing

Entscheider-Facts

●● Durch die Vernet-zung des Tablets mit einem Gesamtsys-tem sind die Daten an jedem Ort zu je-der Zeit verfügbar.

●● Schnittstellen erlau-ben den mobilen Zu-griff auf die Feldge-räte über Integrati-onstechnologien wie EDD, FDT oder FDI.

●● Ein mobiles Inter-face ermöglicht den Zugriff auf Hart-, Foundation-Field-bus- und Profibus-PA-Geräte.


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Siemens stellt Konzept für Namur Open Architecture vor

Gleisbau am NOA-Zug

Der Run auf die Daten ist in vollem Gang: Zur Optimierung ihrer Prozesse will die Chemie künftig alle verfügbaren Daten mobilisieren. Voraussetzung dafür ist eine Infrastruktur, mit der Daten zur Auswertung in Cloud-Applikationen übertragen wer-den können. Siemens will dazu eigene Komponenten er-weitern und den NOA-Ansatz der Namur vorantreiben.

Das Empfangskommittee steht bereits im Zielbahn-hof bereit, der Zug ist unterwegs, doch an der Schie-nenstrecke wird noch an vielen Stellen gebaut. In etwa so stellt sich die digitale Transformation der Prozessin-dustrie derzeit dar. In den Anlagen der Chemie- und Pharmaindustrie sind Messumformer installiert, die eigentlich deutlich mehr können, als lediglich Mess-werte via 4…20-mA-Signal zu übertragen. Selbst bei der Mehrzahl (85 %) der in Prozessen vorhandenen Hart-fähigen Geräte bleiben Diagnosedaten ungenutzt. Dasselbe gilt für Profibus-Geräte: Oft werden nur Da-ten des zyklischen Kommunikationskanals vom Leit-system verarbeitet, die azyklischen Geräteinformatio-nen bleiben ungenutzt.

„Eine der größten Herausforderungen ist die Ver-netzung in bereits bestehenden Anlagen“, weiß Dr. Ralf Huck, Chef des Produktmanagements für Prozessinst-rumentierung bei Siemens. Auch die in der Namur or-ganisierten Anwender aus der Prozessindustrie haben das erkannt und mit der Namur Open Architecture, kurz NOA, eine Struktur vorgeschlagen, um die bislang ungenutzten Daten über einen zweiten Datenkanal für die Auswertung zugänglich zu machen.

Wie das in der Praxis funktionieren kann, hat Sie-mens im Juni auf der Achema gezeigt: In einem NOA-Demonstrator wurden die bislang in Feldgeräten ge-strandeten Daten über NOA-Connectoren und einen sogenannten NOA Access Point beispielhaft in eine App übertragen, in der Daten visualisiert und angezeigt wur-den. Der Clou: Die dazu notwendige Technik basierte auf Erweiterungen bereits vorhandener Komponenten des Herstellers, die zur Erarbeitung des NOA-Standards genutzt und später dann auf den Markt kommen wer-den. Hart-Diagnosedaten wurden beispielsweise von dem Datenaufnahme-Gerät Sitrans Connect 2040 aus-gelesen und via Ethernet über den NOA Access Point in die Cloud übertragen. „Die Baugruppe wird immer dann zum Einsatz kommen, wenn die installierte, de-zentrale Peripherie selbst nicht in der Lage ist, die Hart-Information weiterzureichen“, erklärt Konstantin Sel-nack, Produktmanager für das Datenaufnahme-Gerät. „Vergleichbare Produkte bzw. Funktionen sind auch für die Profibus-Welt vorgesehen“, so Selnack.

Lokale Vorverarbeitung der Daten aus dem FeldAlle Daten dieser Connectoren laufen am NOA Access Point zusammen und werden von diesem verschlüsselt und über eine gesicherte Internetverbindung in die Cloud-Plattform Mindsphere übertragen. Damit unter-

schiedliche Gerätearten, Kommunikationsprotokolle und Semantiken künftig mit den unterschiedlichsten Cloud-Applikationen zusammenarbeiten können, ent-wickelt die Namur gemeinsam mit Herstellern derzeit das NOA-Informationsmodell, das auf dem Standard OPC UA aufsetzt. „Das NOA-Datenmodell ist die Vor-aussetzung für eine einheitliche und einfache Weiterver-arbeitung der Daten zu Informationen und Wissen“, unterstreicht Huck: „Fehlende Konnektivität und Stan-dardisierung sind die größten Herausforderungen. Wir unterstützen daher aktiv die zügige Realisierung eines solchen Modells im Rahmen der jetzt aufgesetzten Na-mur- und ZVEI-Arbeitskreise.“

Doch wird es künftig ausreichen, alle im Feld verfüg-baren Daten in die Cloud zu übertragen? Aus Sicht von Ralf Huck und seinen Kollegen greift dieser Ansatz zu kurz: „Das zukünftig vorstellbare Datenvolumen wäre sehr schnell wieder viel zu mächtig für das Netzwerk und die Auswertung in der Cloud unwirtschaftlich.“ Der Hersteller setzt deshalb auf sogenannte „Edge Devices“, die lokal Rechenleistung zur Verfügung stellen und die Datenflut verdichten. So werden schließlich nur solche Informationen an Cloud-Applikationen weitergeleitet, die einen verteilten Zugriff erfordern.

Dies wird insbesondere dann wichtig, wenn zu den klassischen Feldgeräten neue und zusätzliche Sensorda-ten, beispielsweise aus akustischen oder optischen Messungen dazu kommen. So werden künftig soge-nannte Multi-Sensoren zusätzlich zu den Regelgrößen auch Parameter wie Schwingungszustände, Feuchte, Temperatur oder Positionsdaten liefern, die zur Opti-mierung von Anlagen und Prozessen genutzt werden können. Durch das Erkennen von Abweichungen ge-genüber dem Normalbetrieb lässt sich ein eventueller Ausfall der Geräte oder eine notwendige Wartung vor-hersagen. Das Ziel: ungeplante Anlagenstillstände ver-meiden und Wartungseinsätze besser planbar zu ma-chen.

Einen besonderen Schwerpunkt bilden dabei die Ventile. Diese werden in den harschen Umgebungen der Chemieindustrie mechanisch besonders beansprucht und unterliegen einem starken Verschleiß. Die App „Val-ve Predictive Maintenance“ unterstützt das Wartungs-personal dabei, den Zustand aller Regelventile zu über-wachen und die Wartung vorausschauend zu planen. Dazu greift die Softwarelösung auf Big-Data-Funktionen der Simatic PDM Maintenance Station zurück und er-kennt, ob ein Ventil sofort oder in der Zukunft gewartet werden muss. Das im vergangenen Jahr vorgestellte System überwacht auf Basis ermittelter Daten den Zu-stand von intelligenten Stellungsreglern unabhängig vom eingesetzten Automatisierungs- und Leitsystem. Voraussetzung ist, dass die Geräte via EDD oder FDI beschrieben sind. Mit dieser Lösung zielt der Hersteller vor allem auch auf existierende Installationen, in denen die Diagnoseinformationen heute meist ungenutzt blei-ben.

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Investitionen in Konnektivität lohnen sich, um die Grundlage für die Digitalisierung zu legen.Dr. Ralf Huck leitet bei Siemens das Produktmanagement für Prozessinstrumentierung

Condition Monitoring und Predictive Mainte-nance sehen wir als einen der Schlüssel, um Betriebs- und Instandhaltungskosten zu redu-zieren und die Anlagenverfügbarkeit zu steigern.Marco Volz ist bei Siemens Produktmanager für Stellungsregler

Ventildiagnose soll helfen, die Anlagenverfügbarkeit zu steigern„Condition Monitoring und Predictive Maintenance se-hen wir als einen der Schlüssel, um Betriebs- und In-standhaltungskosten zu reduzieren und die Anlagenver-fügbarkeit zu steigern“, begründet Marco Volz, Produkt-manager für Stellungsregler, die Motivation des Herstel-lers. Mit Hilfe dieser Cloudlösungen ist es möglich, von einer zeitgesteuerten zu einer eventgesteuerten Service-planung zu kommen. Schon heute erkennt der millio-nenfach in Anlagen verbaute Stellungsregler Sipart PS2 beispielsweise, ob die Reibung innerhalb einer Armatur zunimmt oder sich die pneumatische Leckage einer Ar-matur vergrößert. Diese Informationen bilden die Basis für moderne Auswertungssysteme vor Ort oder in der Cloud. „Dabei ist es unser Anspruch, dass unsere Apps

nicht nur mit Siemens-Komponenten funktionieren“, erkärt Ralf Huck.

Experten-Wissen über Remote Services anzapfen Die Digitalisierung und Vernetzung ermöglicht den Anlagenbetreibern zudem, vergleichsweise einfach auf die Expertise von Spezialisten zuzugreifen. „Wenn sich ein Kunde beim Überwachen des Zustands der Ventile seiner Anlage unsicher ist, kann er unseren Experten ausgewählte Datensätze in verschlüsselter Form zur Begutachtung zusenden“, erklärt Volz das Remote Ser-vice-Angebot. Dazu kommt die Möglichkeit, dass Ex-perten des Herstellers lokale Techniker beim Service unterstützen, indem sie ihnen via Augmented Reality oder mit modernen Service Tablets über die Schulter

Bild: zhu difeng – AdobeStock

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Mit verschiedenen Komponenten bis hin zu Cloud-Applikationen will Siemens die Gleise für den künftigen Datenaustausch in der Namur Open Architecture legen. Bilder: Siemens

Neuheiten bei StellungsreglernIm Herbst 2018 hat Siemens seinem Stellungsregler-Bestseller Si-part PS2 einen weiteren Stellungsregler zur Seite gestellt. Der Si-partPS100 zielt auf Anwender, die Wert auf eine sehr einfache Be-dienung legen. Im Gegensatz zum PS2, der mittels vieler Optio-nen, Zubehör und Parameter an nahezu jede Anwendung flexibel angepasst werden kann, bietet der neue Stellungsregler einen maßgeschneiderten Funktionsumfang mit One-Push-Initialisie-rung und sehr schnellen Inbetriebnahmezeiten. So lässt sich der Sipart PS100 beispielsweise bei Bedarf mit einem weiteren Tasten-druck auf Ventilanwendungen wie z. B. „kleine oder große Arma-turen, Auf-Zu-Armaturen, Armaturen mit Boostern“ einstellen. Der Stellungsregler ist nach Wahl mit einem transparenten Kunst-stoff oder einem robusten Aluminiumgehäuse verfügbar. Um auch Anwendungen mit starken Vibrationen sicher meistern zu können, kommt ein berührungsloses und damit verschleißfreies Sensorsystem zum Einsatz. Auch für den Sipart PS2 werden zur Messe neue Funktionen vorgestellt. Mit zusätzlichen Drucksenso-ren schaut der intelligente Stellungsregler weit über seinen „Teller-

rand“ hinaus und überwacht den Zustand der Armatur zuverläs-sig. Bei einem Stromausfall in der Anlage ist es nun möglich, die noch vorhandene Druckluft so zu nutzen, dass die Armatur ihre Stellung hält. Ferner wird die Drucksensorik im Stellungsregler auch beim Partial Stroke Test von Sicherheitsarmaturen zu einer höheren Diagnoseabdeckung führen.

Der neue Stellungsregler Sipart PS100 ist sehr robust und einfach in Betrieb zu nehmen.

Auch für den Sipart PS2 werden zur Valve World neue Funktio-nen vorgestellt. Der Stellungs-regler wurde mit zusätzlichen Drucksensoren ausgerüstet.

schauen. Die im Stellungsregler bereits vorhandenen Diagnosemöglichkeiten will der Hersteller weiterentwi-ckeln: „Inzwischen können wir auch zu einem sehr frü-hen Zeitpunkt mögliche Leckagen detektieren und kom-pensieren“, so Volz. Zur Messe Valve World im Novem-ber 2018 hat der Hersteller zudem einen neuen Stel-lungsregler, den Sipart PS 100 vorgestellt, der einerseits für den Anschluss an die digitale Welt vorbereitet ist und andererseits sehr robust und einfach in Betrieb zu neh-men ist.

Fazit: Die aktuellen Entwicklungen zeigen, dass der Zug zur digitalen Transformation der Prozessindustrie bereits Fahrt aufgenommen hat. Auch wenn noch nicht alle Gleise liegen und beispielsweise das NOA-Informa-tionsmodell noch nicht ausdefiniert ist, lassen sich be-reits heute die Weichen stellen. Ralf Huck: „Investitio-nen in Konnektivität lohnen sich, um die Grundlage für

die Digitalisierung zu legen. Außerdem sollten alle da-bei helfen, die notwendigen Standards in die richtige Richtung voranzutreiben.“ ●

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Entscheider-Facts

● Die Diagnosedaten smarter Feldgeräte bleiben bis-lang in Prozessanlagen meist ungenutzt. Mit der Na-mur Open Architecture steht nun ein zweiter Kanal zur Verfügung, um diese Daten verfügbar zu ma-chen.

● Mit verschiedenen Komponenten bis hin zu Cloud-Applikationen will Siemens den Ansatz nutzen, um die Verfügbarkeit von Prozessanlagen zu steigern und die Daten für Optimierungsmaßnahmen zu-gänglich zu machen.

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Automatisierung von Prozessventilen im Vergleich

Welches Konzept macht das Rennen?Einzelventile direkt am Antrieb oder (digitalisierte) Ventilinsel: Das Konzept für die pneumatische Automatisierung von Prozessventilen ergibt sich häufig direkt aus den – etwa räumlichen – Gegebenheiten der verfahrenstechnischen Anlage. Wenn diese aber mehrere Automatisierungskonzepte zulassen, hat der Anwender die Qual der Wahl.

Viele Unternehmen treffen ihre Entscheidung dann oftmals aufgrund von guten Erfahrungen in der Vergangenheit. Wer sich so zurückhält und sich vor dem Risiko scheut, neuartige Technologien zu implementieren, verspielt aber die Chance, über den gesamten Lebenszyklus von Produktionen bares Geld zu sparen. Dies gilt insbesondere für solche Technologien,

welche die Möglichkeiten der Digitalisierung konse-quent umsetzen und völlig neue Funktionen der Auto-matisierung ermöglichen. Welche Vorteile die verschie-denen Möglichkeiten, pneumatische Antriebe zu auto-matisieren, bei verschiedenen Gegebenheiten haben können, zeigt ein modellhafter Vergleich auf Basis einfa-cher Auf-/Zu-Ventile.

http://www.festo.com

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25CHEMIE T ECHNIK · Special Prozessautomation 2020

AutorenThomas Bertsch und Dr. Eckhard Roos, beide Globales Industrie- und Key Account Manage-ment Prozessindust-rie, FestoErstveröffentlichung in CT 7/2019. Die Zweitveröffentli-chung in dieser Aus-gabe wurde von Fes-to gesponsert.

Verschiedene Konzepte zur AutomatisierungBei der Ansteuerung über Einzelventile ist das Einzel-ventil direkt am Antrieb montiert. Die Ansteuerung er-folgt über ein elektrisches Signal aus der überlagerten Steuerung. Die Druckluft wird über eine Ringleitung direkt an das Einzelventil angeschlossen, so dass der Steuerdruck unmittelbar nach dem Schaltvorgang an dem Antrieb ansteht. Die Rückmeldungen der Prozess-ventil-Stellungen erfolgt traditionell über Sensorboxen an die überlagerte Steuerung. Im Vergleich zu den ande-ren Möglichkeiten lässt diese Automatisierungsvariante nur sehr eingeschränkt Diagnosefunktionen in Bezug auf mögliche sich ändernde Prozessgegebenheiten oder die Feldkomponenten selbst zu.

Bei der Automatisierung über Ventilinseln wird die Funktion des Einzelventils in eine Ventilinsel integriert, das heißt, die Ansteuerung der Antriebe erfolgt über die Ventilscheiben auf der Ventilinsel. Binäre Ausgänge in der überlagerten Steuerung können im Vergleich zur Einzelventil-Variante entfallen. Das spart Investitions-kosten bei den I/Os und bei der Verkabelung. Grenzen gesetzt sind dieser Variante bei räumlich ausgedehnten Anlagen, wenn definierte Öffnungs- und Schließzeiten der Prozessventile gefordert sind. Gegenüber der Einzel-ventil-Lösung bietet diese Ventilinsel eine Vielzahl von vorkonfektionierten Diagnosemöglichkeiten der Kom-ponenten selbst und zusätzlich noch Monitoringfunkti-onen – zum Beispiel in Bezug auf die Anzahl von Schalt-zyklen des Antriebs, die die Basis für Preventive Mainte-nance bieten können.

Die dritte Variante besteht in digitalen Feldkompo-nenten. Ein Beispiel dafür ist die neue digitale Ventilinsel von Festo, das Motion Terminal VTEM. Diese ergänzt zusätzliche Sensorik und integriert Mechanik, Elektronik und Software konsequent und erschließt damit neue monetäre Vorteile in allen Phasen des Anlagenlebenszy-klus. Auf einer standardisierten Hardware-Plattform las-

Bei den Konzepten für die pneumatische Automatisierung

von Prozessventilen lohnt sich der direkte Vergleich.

Bild: soupstock – AdobeStock

Bei der Ansteuerung über Einzelventile ist das Einzelventil di-rekt am Antrieb montiert. Bilder: Festo

Automatisierung


Oben: Bei diesem Automatisierungs-konzept wird die Funktion des Einzel-ventils in eine Venti-linsel integriert.

Unten: Die digitale Ventilinsel ergänzt zusätzliche Sensorik und integriert Me-chanik, Elektronik sowie Software.

Eine Indoor-Anlage ohne Explosionsschutz-Anforde-rungen sowie eine Outdoor-Anlage mit Anforderungen gemäß Atex-Zone 2. Berücksichtigt wurden dabei die Kosten für die Automatisierungskomponenten inklusive der Schaltschränke sowie die Montageleistungen und -materialien. 16 Antriebe wurden über Kabel und Pneu-matikschläuche mit einer durchschnittlichen Länge von 25 m angeschlossen. Die pneumatische Ringleitung, die bei der Einzelventil-Variante erforderlich ist, wurde mit den gleichen Kosten wie die Verschlauchung der Antrie-be bei den anderen Varianten berechnet.

Der Vergleich für die Anlage ohne Explosionsschutz-Anforderungen zeigt, dass die Investitionskosten der Ventilinseln etwa 20 % unter denen bei den Einzelventi-len liegen. Die Einsparungen resultieren im Wesentli-chen aus der Montage und den niedrigeren Kosten der Automatisierungskomponenten. Die digitale Ventilinsel liegt bei den untersuchten Kosten auf einem Niveau vergleichbar mit der Standard-Ventilinsel. Betrachtet man die Einzelpositionen, zeigen sich jedoch deutliche Unterschiede: Dadurch, dass bei der digitalen Lösung die Stellungsrückmeldungen wegfallen, ist als Verbin-dung nur noch der Pneumatikschlauch erforderlich. Dies reduziert die Montagekosten deutlich, die Investiti-onskosten für die Automatisierungskomponenten liegen dafür jedoch höher als bei den anderen Varianten.

Auch bei der Outdoor-Anlage mit Explosionsschutz-Anforderungen liegen die Kosten für die Ventilinsel-Variante deutlich niedriger als diejenigen der Einzelven-til-Lösung, nämlich bei etwa der Hälfte. Grund hierfür sind die deutlich höheren Anforderungen an die Einzel-ventile beim Einsatz im Ex- und Außenbereich. Derarti-ge Unterschiede treffen auch auf die Indoor-Variante zu, sofern man dort die für die Chemie typischen Einzelven-tile mit Magnetsystem und Anschlusskasten vorsieht. Im ersten Beispiel wurde dagegen die einfachste Variante an Einzelventilen verwendet. Bei der Variante der digitalen Ventilinsel zeigt sich in der Outdoor-Anlage eine deutli-che Kostensteigerung gegenüber der Standard-Ventilin-sel. Dieser ergibt sich derzeit noch daraus, dass über-druckgekapselte Schränke vorzusehen sind, denn das Terminal ist momentan noch nicht mit Atex-Zertifika-ten verfügbar. Aber auch diese Variante ist bei den Inves-titionskosten immer noch deutlich günstiger als die Einzelventil-Variante.

Weitere Merkmale von VentilinselnÜber die reinen Investitionskosten hinaus bringen (digi-tale) Ventilinseln weitere Merkmale mit sich, die zu großen Kosteneinsparungen führen können. Zu diesen Zusatzfunktionen gegenüber der Variante mit Einzel-ventilen gehört die bessere Zugänglichkeit der Schränke bei Wartung und Instandhaltung. Denn diese sind im direkten Zugriffsbereich montiert. Die Automatisie-rungskomponenten sind bei Ventilinseln außerdem dia-gnosefähig, und ein Monitoring der Schaltspiele der pneumatischen Antriebe ist möglich.

Durch Apps, die den Druckluftverbrauch auf das Mindestmaß reduzieren und es ermöglichen, Leckagen antriebsbezogen zu erkennen, sorgt speziell die digitale Ventilinsel für eine höhere Energieeffizienz. Durch die Standardisierung am Standort bei verschiedenen pneu-matischen Funktionen müssen auch weniger Hardware-

sen sich durch die Installation von Software-Apps bis zu 50 unterschiedliche pneumatische Anwendungen reali-sieren. Die Vorteile der Hardware-Standardisierung wer-den hier kombiniert mit der Flexibilisierung der Automa-tisierungsfunktion durch Software-Apps. Dabei kommen laufend neue Apps hinzu – zum Beispiel die Endpositi-onserkennung bei Auf/Zu-Prozessventilen, die auf tradi-tionelle Endschalter oder Sensorboxen verzichtet.

Investitionskosten zeigen deutliche UnterschiedeDa sich die Investitionskosten je nach Umgebungsbe-dingungen und Anlagencharakteristiken unterscheiden, nahm der Modellvergleich zwei Szenarien in den Blick:

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Outdoor, ATEX Zone 2

Einzelventil Ventilinsel Motion TerminalAutomatisierungskomponenten Montagematerialien Montageleistungen

120%

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80%

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40%

20%

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Einzelventil

Indoor, non Ex

Ventilinsel Motion TerminalAutomatisierungskomponenten Montagematerialien Montageleistungen

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Outdoor, ATEX Zone 2

Einzelventil Ventilinsel Motion TerminalAutomatisierungskomponenten Montagematerialien Montageleistungen

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Einzelventil

Indoor, non Ex

Ventilinsel Motion TerminalAutomatisierungskomponenten Montagematerialien Montageleistungen

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Im Indoor-Szenario liegen die Investiti-onskosten der digi-talen Ventilinsel am niedrigsten – vor al-lem die Montage.

Im Outdoor-Szenario zeigt die digitale Ventilinsel eine deutliche Kosten-steigerung gegen-über der Standard-Ventilinsel.

Komponenten auf Lager gehalten werden. Insgesamt ermöglichen die Ventilinseln den Einstieg in das globale Monitoring und die Optimierung der Anlagen. All diese Merkmale tragen dazu bei, die Kosten über den gesam-ten Lebenszyklus der Anlage zu senken.

Digitalisierung wird sowohl die Automatisierungs-technik von Produktionsanlagen als auch die damit ver-bundenen Prozesse über den Lebenszyklus der Anlagen signifikant verändern. Der Vergleich der Investitions- und sonstigen Kosten zeigt jedoch, dass es sich schon lohnen kann, bisher ungenutzte, schon seit längerem bestehende Technologien wie die Ventilinsel konsequent einzusetzen. ●


Impressum

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Jona Göbelbecker, M.A. ( jg), Tel.: DW –206 E-Mail: [email protected]

Bianca Bechtel (Assistenz), Tel.: DW –244 E-Mail: [email protected]

Susanne Berger (Assistenz), Tel.: DW –247 E-Mail: [email protected]

ANZEIGEN Anzeigenleitung:Sabine Wegmann, Tel.: DW –207 E-Mail: [email protected]:Holger Wald, Tel.: DW –298 E-Mail: [email protected] Hagen Reichhoff, Tel.: DW –304, E-Mail: [email protected]:Martina Probst, Tel.: DW –248 E-Mail: [email protected] gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 48 vom 01.10.2019

VERLAGHüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg, Telefon 06221/489–300, Fax: 06221/489–490, www.huethig.de Handelsregister-Nr. / Amtsgericht Mannheim HRB 703044

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Entscheider-Facts

● Wenn es die Gegebenheiten hergeben, stehen für die pneu-matische Automatisierung von Prozessventilen verschiedene Automatisierungskonzepte zur Wahl.

● Mit Ventilinseln, die es mittlerweile auch in einer digitalisier-ten Variante gibt, lassen sich gegenüber Einzelventilen direkt am Antrieb Investitionskosten sparen – insbesondere bei An-lagen mit Atex-Anforderung.

● Daneben bieten Ventilinseln eine Reihe weiterer Vorteile wie eine bessere Zugänglichkeit sowie Diagnose- und Monito-ring-Funktionen.


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Automatisierung

CHEMIE TECHNIK · Special Prozessautomation 2020

Glasfaserkabel und Steckverbindungen im Ex-Bereich ber-gen das Risiko, zur Zündquelle zu wer-den.

Sicherer Einsatz von Glasfasern im Ex-Bereich

Optisch vernetzt – auch in Ex-ZonenDie Nachfrage nach Glasfasern wächst. Die Technologie ist insbesondere im Zeitalter der fortschreitenden Digitalisierung gefragt. Doch für den Einsatz im Ex-Bereich gibt es einige Aspekte zu beachten, damit aus dem schnellen Netz kein Risikofaktor wird.

Seit über 20 Jahren ermöglicht die Glasfasertechno-logie die blitzschnelle Kommunikation und Daten-übertragung in alltäglichen Anwendungen. Die Gründe für die Bevorzugung der Glasfaser gegenüber dem Vorgänger Kupfer im Alltagsgebrauch sind zahl-reich. Sie ist leicht, störstrahlungssicher und kann Daten (nahezu) in Lichtgeschwindigkeit übertragen. Allerdings gibt es eine Branche, die das Potenzial dieser Technolo-gie noch nicht ganz ausgeschöpft hat: Glasfaser eignet sich zwar auch ideal für Kommunikations- und Sensor-anwendungen in ex-gefährdeten Bereichen, aber es wa-ren langwierige Untersuchungen erforderlich, um genau zu erfassen, wie diese Technologie mithilfe bestehender Schutzkonzepte sicher in diesen Gefahrenbereichen zur Anwendung gebracht werden kann.

In der Chemie- und Pharmaindustrie vertritt man allgemein die Ansicht, dass Glasfasern in Ex-Bereichen kein Sicherheitsproblem darstellen. Aufgrund der gerin-gen Funkenbildungsgefahr und der langen Lebensdauer

ging man davon aus, dass die Glasfaser sich ohne zusätz-lichen Schutz in Ex-Bereichen verwenden ließe. Aber das stimmt nicht. Mit der Installation der Glasfaser in Ex-Anwendungen könnten Nutzer dort eine Zündquelle einbringen. Es gibt vier Fälle, in denen Lichtbündel zur Zündquelle werden können:

●● Optische Strahlung kann von durch Licht erhitzten Oberflächen absorbiert werden, sodass die Umgebung Zündtemperatur erreicht.

●● Wenn die Wellenlänge der optischen Strahlung mit der Absorptionsbande des explosiven Gases überein-stimmt, kann es zur thermischen Zündung kommen.

●● Lichtemissionen treten in vielen verschiedenen Wel-lenlängen von Infrarot bis UV auf. Unter Umständen können diese zur Spaltung von Sauerstoffmolekülen führen, wodurch ein sehr reaktives „Oxidationsmittel“ entsteht.

●● Trifft ein „Laserstrahl“ aus optischer Strahlung auf ein potenziell explosives Gas, kann eine Plasmawelle

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Anlagenbau ●●●●●Chemie ●●●●●Pharma ●●●●●Ausrüster ●●●●●

FunktionPlaner ●●●●●Betreiber ●●●●●Einkäufer ●Manager

Erstveröffentlichung in CT 7/2019. Die Zweitveröffentli-chung in dieser Aus-gabe wurde von Fa. Jacob gesponsert.

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oder eine Druckwelle entstehen, wobei beide zur Zünd-quelle werden können.

Spezielle Zündschutzart schafft die Grundlage für den Ex-EinsatzUm zu verhindern, dass derartige Zündquellen entste-hen, wurden 2006 als Teil der Norm IEC 60079-28 (Ex-plosionsgefährdete Bereiche – Teil 28: Schutz von Gerä-ten und Übertragungssystemen, die mit optischer Strah-lung arbeiten) drei Schutzkonzepte bzw. Zündschutzar-ten entwickelt. Diese Norm wurde im Jahr 2015 aktualisiert. Bei Anwendung dieser Zündschutzarten für die Installation von Glasfaserverkabelungen in Gefah-renbereichen lässt sich diese Technologie sicher nutzen. Es gibt folgende Zündschutzarten:1. „Ex op is“ steht für inhärent sichere optische Str

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