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Fit für heute und morgen

Zukunftsfähiges Netzwerk für Druckluftstationen
Fit für heute und morgen

Kommunikation ist der zentrale Punkt, wenn es darum geht, Produktionssysteme zu vernetzen. Machine-to-Machine-Communication und Industrie 4.0 stellen dabei besondere Anforderungen – auch bei der Druckluftversorgung. Die Herausforderung: Die Standards stehen noch nicht fest, zeichnen sich inzwischen aber ab. Positiv: moderne Netzwerke ermöglichen schon heute eine optimale Überwachung und effiziente Steuerung der Druckluftstation und sind fit für jeden kommenden Standard.

Um eine Druckluftstation möglichst effizient überwachen und steuern zu können, ist es nötig, so viel wie möglich über den Prozess, der in dem System abläuft, zu wissen. Sensoren sind die Fühler dieses Prozesses, die Augen und Ohren, die das von ihnen „Gesehene“ an Steuerung, übergeordnete Steuerungen und eventuell die Leittechnik weitergeben, damit dann der Mensch die gewonnenen Daten sinnvoll nutzen kann.

Dreh- und Angelpunkt einer erfolgreichen Datenübermittlung sind die Schnittstellen, die netzwerkfähig sein müssen, und das an sie anschließende Netzwerk, welches die Daten übermittelt. Genau hier liegt noch die Unsicherheit. Denn soweit die Schnittstellen betroffen sind, ist in der Automatisierung von Prozessanlagen die Standardisierung noch in Arbeit. Starke Tendenzen zeichnen sich aber bereits ab.

Trotzdem haben viele Betreiber von Druckluftstationen bisher abgewartet, sich mit Neuerungen zu beschäftigen, um zu sehen, wohin die Reise geht, anstatt schon heute die durchaus sinnvollen Schritte zu unternehmen, um ein effiziente, zeitgemäße Druckluftversorgung zu etablieren, die darüber hinaus zukunfts- und Industrie-4.0-fähig ist.

Diese Unsicherheit ist unnötig, denn es gibt bereits Systeme, die schon heute eine Druckluftversorgung bieten, die effizient ist und Energiekosten spart, die gleichzeitig den Betrieb auf Industrie 4.0 vorbereitet und die so gestaltet ist, dass sie auch kommende Entwicklungen mitträgt.

Ethernet wird zum Standard

Wie im November letzten Jahres verlautbart, wird die ODVA, eine internationale Organisation führender Automatisierungsunternehmen, gemeinsam mit dem internationalen Verband der Anwender von Automatisierungsindustrie in der Prozessindustrie Namur e.V. zusammenarbeiten, um die Verwendung des industriellen Ethernets in der Prozessindustrie voranzubringen. Die ODVA verfolgt den Ansatz eines „Standard unmodified Ethernet“, kurz „SUE“ genannt. Aktuelle Standardisierungsinitiativen wie IEEE 802.3cg, auch als 10SPE bekannt, gehen in Richtung einer einfachen Zweidraht-Technologie, die für die Anbindung von Sensoren und intelligenten Endgeräten im Feld geeignet ist und weite Verkabelungsstrecken abdecken kann. Der Einsatz von Ethernet liefert den Schlüssel zur Integration in moderne IoT- und Industrie-4.0-Infrastrukturen im prozesstechnischen Umfeld.

Viele Daten schnell übertragen

Ethernet und die damit verbundenen digitalen Bussysteme erfüllen in jeder Phase des Lebenszyklus einer Anlage wichtige Anforderungen der Anwender und sind der analogen Kommunikation in Bezug auf Qualität, Kosten und Geschwindigkeit deutlich überlegen.

Somit steht einer sofortigen Investition und Nutzung moderner Netzwerke nichts mehr im Weg. Netzwerke, die ein Einsteigen und Losfahren ermöglichen, sind bereits erhältlich. Zum Beispiel das Kaeser Sigma Network, das auf Ethernet basiert. Ethernet ist die Basis-Technologie in der Industrie, die grundsätzlich geeignet ist, IP-fähige Kommunikation zu betreiben. Das Sigma Network hat zusätzlich auch noch Innovationsreserven eingebaut, die kommende Entwicklungen in der Industrie berücksichtigen. Das System ist protokolloffen und kann gängige Standards der Prozesstechnik wie z. B. Modbus-TCP bereits abdecken. Unter der Voraussetzung, dass sie IP-basiert sind, können künftige Entwicklungen in der Vernetzung prozesstechnischer Anlagen abgedeckt werden. Dies kommt dem Betreiber bei eventuellen Erweiterungen oder Neuinstallationen in der Zukunft zugute, weil es Investitionssicherheit mit sich bringt. Ein bedeutsamer Aspekt für den Betrieb langlebiger Anlagen.

Doch zunächst einmal ist das Kaeser Sigma Network ein lokales Netzwerk innerhalb der Druckluftstation, das eine optimale Integration der Komponenten einer Druckluftstation ermöglicht. Der weit verbreitete Protokollstandard TCP/IP – auch als Lingua Franca des Internets bekannt – bildet die Grundlage des Datenverkehrs im Sigma Network. Im Unterschied zu gängigen Feldbuslösungen wie Profibus, CAN oder ähnlichen, die relativ langsam arbeiten (zum Beispiel 12 Mbit/s), ist dieses Fast-Ethernet-Netzwerk enorm schnell. Es verfügt über eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Mbit/s. Diese Datenautobahn bietet eine sehr hohe Bandbreite für Prozessdaten, die dem künftigen Datenaufkommen im Zuge der Digitalisierung gewachsen ist. Sigma Network ist auch im Hinblick auf Übertragungsgeschwindigkeit zukunftsfit.

Sigma Network bildet zusammen mit der übergeordneten Steuerung Sigma Air Manager 4.0 eine perfekt aufeinander abgestimmte Infrastruktur und stellt Daten für künftige Services wie vorausschauende Wartung oder Energiemanagement zur Verfügung. Dies senkt die Kosten und erhöht die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit.

Betriebsdaten im Zugriff

Wenn vom Betreiber gewünscht, können die Betriebsdaten der Druckluftstation über eine Breitbandverbindung an das Datencenter des Systemanbieters übertragen werden. Dies ermöglicht eine Ferndiagnose der Druckluftversorgung durch die Spezialisten und künftige Services wie vorausschauende und bedarfsorientierte Wartung. In der Kombination bietet dies dem Betreiber der Druckluftstation nicht nur höchste Versorgungssicherheit, sondern auch geringste Life-Cycle-Kosten, da die Fachleute das energetische Verhalten der Druckluftstation konstant im Auge behalten und bei Bedarf so anpassen können, dass die Station immer am energetischen Optimum betrieben wird.

Zusätzlich können die Betriebsdaten ohne weiteres in die vorhandene eigene Leittechnik eines Unternehmens eingebunden werden. Flexible Schnittstellenmodule mit den gängigen Protokollen und Technologien, wie Ethernet/IP, Modbus-TCP, Profinet usw. ermöglichen die Plug-&-Play-Anbindung vor Ort.

Sicherheit für Netzwerk und Daten

Die Daten der Station sind jederzeit auch zum Beispiel vom eigenen PC oder Laptop aus abruf- und einsehbar. Mithilfe modernster Webtechnologien (HTML5, Javascript, CSS3) wird der browserbasierte Zugang ermöglicht. Der Betreiber braucht nur die entsprechende Web-Adresse aufrufen und hat sofort eine komplette Darstellung der Station mit der aktuellen Live-Ansicht vor sich.

Dadurch, dass über das Netzwerk konstant alle Daten ermittelt werden, ist für den Betreiber ein exaktes Energiemanagement nach ISO 50001 auf komfortabelste Weise möglich. Durch einen Klick auf die entsprechende Taste auf dem Datenbildschirm werden automatisch alle notwendigen, vorher ausgewählten Daten generiert und, falls gewünscht, weitergeleitet. Auch eine automatische Zusendung entsprechender Berichte per E-Mail in vorausgewählten Zyklen ist unter anderem möglich. Wenn gewünscht können Vergleiche, Diagnosen und Analysen des Druckluftverbrauchs erstellt werden. Die Daten der Station werden mehr als ein Jahr intern gespeichert und können zu Auswertungszwecken herangezogen werden.

Natürlich ist auch Datensicherheit immer ein Thema. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass es eine 100-prozentige Sicherheit gar nicht geben kann. Aber ein System lässt sich so gestalten, dass ein hoher Grad an Sicherheit zustande kommt. Bei der Handhabung von Daten wird Sicherheit durch die Infrastruktur gewährleistet und durch die Maßnahmen, die die Infrastruktur ergänzen. In der Abstimmung zwischen Hersteller und Betreiber kann so die Forderung nach Verfügbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit einer vernetzten Infrastruktur erfüllt werden.

Netzwerke lassen sich so organisieren, dass Zellstrukturen entstehen, das heißt intern redet jeder mit jedem, aber: der Zugang rein oder raus ist beschränkt und stark kontrolliert. Intern arbeitet das Sigma Network mit spezifischen Adressen und bildet ein abgeschlossenes, betriebssicheres Netzwerksegment entsprechend den Empfehlungen für industrielle Steuerungssysteme (ICS), in dem nur bekannte Kommunikationsteilnehmer akzeptiert sind. Die übergeordnete Steuerung Sigma Air Manager 4.0 (SAM 4.0) ist eine zentrale Komponente dieses Kommunikationsverbundes. Mithilfe der hier eingebauten Maßnahmen findet eine datentechnische Isolation zwischen dem stationsinternen Sigma Network und den extern verbundenen Netzen statt.

Geht es nun darum, die Daten aus der Druckluftstation weiterzugeben, so ermöglicht es ein definierter Übergangspunkt, Daten sicher mit externen Partnern auszutauschen. Durch diese trennende Instanz kann ein Durchgriff auf das stationsinterne Network verhindert werden. Die Richtung der Daten geht stets von „Innen“ nach „Außen“.

Fazit

Ethernet ist als künftiger Standard in der Prozessindustrie absehbar. Moderne Netzwerke in der Druckluftversorgung basieren bereits darauf und sind zukunftsfähig. Sie bieten dem Anwender eine moderne, effiziente, versorgungssichere, leistungsstarke und energiekostensparende Druckluftversorgung bei gleichzeitig höchstem Komfort in Anwendung und Betrieb. Darüber hinaus sind sie zukunftsfähig im Hinblick auf kommende Kommunikationsstandards, Erweiterbarkeit, technische Entwicklung, Kapazität und Übertragungsgeschwindigkeit.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0617kaeser


Autorin Daniela Koehler

Pressesprecherin, Kaeser Kompressoren


Autor Andreas BirkenfelD

Leiter Entwicklung/Konstruktion für Elektro- und Automatisierungstechnik, Kaeser Kompressoren

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