Mit 530 Teilnehmern hat die Namur-Tagung 2015 einen neuen Rekord aufgestellt.

Mit 530 Teilnehmern hat die Namur-Tagung 2015 einen neuen Rekord aufgestellt. Redaktion Chemietechnik

Dass in der Prozessautomatisierung einiges in Bewegung gekommen ist, zog sich wie ein roter Faden durch das diesjährige Anwendertreffen in Bad Neuenahr. Einerseits sorgt der Marktzwang zur flexiblen Produktion für Innovationsdruck, andererseits werden durch die vom Management in der Chemie geforderte Umsetzung der Vision Industrie 4.0 bisherige Paradigmen der Prozessautomatisierung in Frage gestellt. Eines davon ist die stringente Kommunikation mit Feldgeräten über lediglich zwei Drähte: Sowohl vom Sitzungs-Sponsor Krohne als auch von der Namur selbst kam der Vorschlag, die Übertragung der zur Prozessteuerung notwendigen Messwerte von der Übermittlung komplexer Sensordaten zu trennen.

WLAN parallel zu 4 bis 20 mA und Feldbus

Um dieses zu erreichen, befürworten die Anwender inzwischen die Einführung eines weiteren Kommunikationskanals, der parallel zum klassischen 4-bis-20 mA-Signal oder Feldbus-Netz genügend Bandbreite bietet, um umfangreiche Informationen von smarten Sensoren nutzbar zu machen. „Eine zweite Kommunikationsebe könnte eine Lösung für die Zukunft sein – und aus heutiger Sicht ist das Ethernet in the Field“, sagte beispielsweise der Namur-Vorstandsvorsitzende Dr. Wilhelm Otten.

Die Namur-Vorstände Dr. Matthias Fankhänel, BASF, und Dr. Thomas Steckenreiter, Bayer Technology Services, berichteten, dass Betriebsingenieure und -leiter bereits heute dazu übergehen, ihre Anlagen komplett mit WLAN-Routern auszuleuchten, um Bandbreite für die Übertragung von Daten und Informationen aus Geräten im Feld zu schaffen. „Der Zug ist bereits auf der Strecke. Wenn sich die Automatisierung nicht darum kümmert, dann wird das von der Büro-IT in die Anlagen migrieren“, verdeutlicht Steckenreiter. Dass die Gespräche zu einer einheitlichen Ethernet-in-the-Field-Physik im Oktober zum Stillstand gekommen sind, wird von den Anwendern kritisiert. Die in der APL-Gruppe organisierten Hersteller hatten zuletzt einen im Juni gefundenen Kompromissvorschlag für eine künftige Lösung wieder verworfen.

Um wieder Bewegung in die festgefahrene Situation zu bringen, plant die Namur über den Arbeitskreis Feldbus kurzfristig einen Vorstoß zu unternehmen: Gemeinsam mit den Herstellern soll ein Anforderungspapier für Ethernet in the Field entwickelt werden, das die Grundlage für die Entwicklung des künftigen ‚Advanced Physical Layer‘ sein könnte.

Nicht mehr Sensor, sondern Applikation im Vordergrund

Künftige smarte Sensoren könnten weiter per 4 bis 20 mA ans PLS angebunden werden, nutzen für umfangreichere Daten parallel dazu aber eine zwei Kommunikationsebene, zum Beispiel WLAN.

Künftige smarte Sensoren könnten weiter per 4 bis 20 mA ans PLS angebunden werden, nutzen für umfangreichere Daten parallel dazu aber eine zwei Kommunikationsebene, zum Beispiel WLAN. Redaktion Chemietechnik

Wichtig ist die leistungsfähige Kommunikation schon allein wegen der schieren Datenmengen, die smarte Sensoren in Zukunft liefern. Den erweiterten Sensor-Begriff erläuterte Dr. Michael Maiwald, BAM, anhand der aktualisierten Technologie-Roadmap ‚Prozess-Sensoren 4.0‘: Der ‚smarte‘ Sensor unterscheidet sich vom klassischen Sensor darin, dass er in einem Netzwerk Dienste bereit stellt und Informationen aus dem Netzwerk nutzt. Aus Sicht von Krohne gehört dazu, dass in Zukunft der Sensor mehr zu einem anwenderspezifischen Sensor wird. „Smarte Sensorik ist applikationsorientiert und modellbasiert“, erklärte Krohne-Geschäftsführer Stephan Neuburger und skizzierte smarte MSR-Module, bestehend aus Sensor, Analyse, Regelung und Aktorik, die ihre Informationen direkt an das ERP-System des Unternehmens liefern.
Entwicklungschef Dr. Attila Bilgic verdeutlichte dies am Beispiel eines Abfüllvorgangs: Der klassische Regelkreis – bestehend aus Durchflussmessung, Ventil und Steuerung, erweitert um eine optische Inline-Analyse – könnte künftig in einem intelligenten Abfüllkopf zusammengefasst werden. Der Abfüllkopf ist dann nicht mehr an ein Prozessleitsystem angebunden, sondern wird direkt vom ERP-System oder über das Internet ‚beauftragt‘. „Smarte Sensoren ermöglichen neue Geschäftsmodelle. Betreiber sollten den Mut aufbringen, sich für diese Geschäftsmodelle zu öffnen“, erklärt Bilgic. Um solche Lösungen für die hohen Ansprüche der Prozessindustrie zu entwickeln, investiert der Hersteller 85 Prozent seines Gewinns zurück ins Unternehmen. „Wir können als Familienunternehmen nur bestehen, wenn wir bei Innovationen vorne mit dabei sind“, ist Inhaber und Geschäftsführer Michael Rademacher-Dubbick überzeugt.

Viel Beachtung fanden die mit Methoden der Mikrosystemtechnik entwickelten neuen Analysatoren. Darunter ein Flammenionisationsdetektor, der künftig in Feldgeräte integriert werden soll: Neben den klassischen Prozessgrößen liefern die Sensoren dann gleichzeitig Aussagen zur Produktzusammensetzung. Der einstmals aufwändige und teure Analysenschrank schrumpft dadurch auf Messumformer-Größe. Die Analysedaten werden inline gemessen und online zur Verfügung gestellt. „Solche miniaturisierte Sensoren können dann an zahlreichen Stellen im Prozess eingesetzt werden und helfen dabei, den Prozess genau zu verstehen“, erklärt Dr. Martin Gerlach von Bayer Technology Services.

Doch einen Haken hat die künftige Sensorik: Sie kann enorme Datenmengen erzeugen. „Um diese zu beherrschen, sind kontextsensitive Sichtweisen notwendig“, erklärt Bilgic. Während der Anlagenfahrer weiterhin auf die klassischen Prozessgrößen und einfache Analysedaten über das 4-bis-20-mA- und Feldbusnetz zugreifen, werden beispielsweise chemische Analysedaten und tomographische Daten so genannte Prozessoptimierer nutzen. Der Asset Manager wird dagegen die Diagnosedaten der Geräte und Anlagen auswerten und daraus seine vorausschauende Instandhaltungsstrategie entwickeln.

Daten wie Strom aus der Steckdose

Smarte Sensoren stellen in einem Netzwerk komplette Dienste bereit, zum Beispiel die Funktion ‚Abfüllen‘ oder ‘Wiegen‘.

Smarte Sensoren stellen in einem Netzwerk komplette Dienste bereit, zum Beispiel die Funktion ‚Abfüllen‘ oder ‘Wiegen‘. Redaktion Chemietechnik

Die großen Datenmengen für Optimierer und Asset-Manager müssen über einen breitbandigen zweiten Kommunikationskanal – beispielsweise per WLAN oder Ethernet übertragen werden. Dass Diagnosedaten bislang nicht genutzt werden, obwohl die Technik dazu in den Feldgeräten sowie via Prozess-Feldbus bereits vorhanden ist, erläuterte Tobias Schlichtmann von der BASF: „Die Gerätehersteller haben ihre Hausaufgaben gemacht und die Empfehlungen der NE107 implementiert,“ erklärt Schlichtmann, „doch die Prozessleitsysteme verstehen das in der Regel nicht.“ Bislang, so Schlichtmann, verfolgt die Instandhaltung meist immer noch einen reaktiven Ansatz. Zu den Gründen dafür gehört, dass Instandhaltung bislang häufig vom Betriebsingenieur delegiert wird, ein ‚Kümmerer‘ für Prozess-Asset-Management fehlt. Dazu kommt: Condition Management wird selten bereits bei der Erstellung einer Instandhaltungsstrategie berücksichtigt. „Der Instandhalter versteht sich bislang nicht als proaktiver Optimierer der Equipment-Zuverlässigkeit.“ Eine Ursache dafür sind bestehende Informationsbrüche zwischen den Diagnoseinformationen aus dem Feld und den Instandhaltungssystemen. „Um Ungeplantes planbar zu machen, wollen wir Methoden der Big Data Analytics nutzen. Dafür brauchen wir Daten, die wie Strom aus der Steckdose zur Verfügung stehen müssen“, stellt Schlichtmann fest und fordert ebenfalls einen Parallelkanal zur Übertragung von Diagnosedaten der einfach konfigurierbar, flexibel und kostengünstig ist. „Wenn wir die Chancen der Industrie 4.0 agil nutzen möchten, müssen wir uns die Frage stellen, ob die Prozessautomatisierung nicht Open Source-Software nutzen sollte“, stellte Schlichtmann zur Diskussion.

Industrie 4.0 bewegt auch die Prozessindustrie

Die Diskussionen zeigen, dass über das Leitbild ‚Industrie 4.0‘ in der Prozessautomatisierung einiges in Bewegung geraten ist. Der smarte Sensor wird künftig nicht nur zusätzliche Informationen zum Messwert und Gerätezustand liefern, sondern im Netzwerk komplette Dienste übernehmen, beispielsweise eine Dosieraufgabe. Die bisherige Arbeitsteilung zwischen Anwendern, Geräteherstellern und vor allem im Hinblick auf Automatisierungs-Systemanbieter wird dabei zum Teil in Frage gestellt – für Sensorhersteller entstehen dabei neue Geschäftsmodelle.