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Trinkwasseranlage als Testszenario für das IIoT

Wie Merck neue Technologien erprobt
Trinkwasseranlage als Testszenario für das IIoT

Die Merck KGaA betreibt am Standort Darmstadt und an zahlreichen weiteren Standorten Prozessanlagen für die chemische und pharmazeutische Produktion. Für die Steigerung der Produktivität, Sicherheit und Nachhaltigkeit setzt man auf innovative Technologien aus den Bereichen Industrial Internet of Things und Industrie 4.0. Vor dem Einsatz in der Produktion werden die neuen Technologien in der Trinkwasserspeicherung des Werks auf Herz und Nieren getestet.

Unter den Produkten, die die drei Unternehmensbereiche von Merck herstellen, finden sich zahlreiche biotechnologisch erzeugte Pharmazeutika, ultrareines Laborwasser oder hochempfindliche Diagnosetests sowie Produkte und Services der industriellen Mikrobiologie. Das Unternehmen produziert darüber hinaus Materiallösungen z. B. für die elektronische Halbleiterproduktion, den Automobil- sowie den Kosmetikmarkt. Bei der Produktion liegt das Hauptaugenmerk auf der Steigerung von Effizienz und Sicherheit, aber auch der Nachhaltigkeit: so hat sich das gesamte Unternehmen ambitionierte Klimaziele gesteckt. Um alle diese Ziele zu erreichen, setzt Merck auf smarte Sensorik sowie Konnektivitätslösungen und testet das IIoT-Ökosystem Netilion von Endress+Hauser.

Produktionsanlagen ungeeignet

In produktiven Anlagen wären Geräte- und Technologietests jedoch mit einem hohen Risiko verbunden. Im biotechnologischen Bereich unterliegen die Anlagen z. B. GMP-Regularien, die es quasi unmöglich machen, ein Messgerät zu Testzwecken ohne Konformitätscheck zeitweilig gegen ein anderes auszutauschen. In der Chemieproduktion sind es hingegen explosionsgeschützte Bereiche oder SIL-Sicherheitseinrichtungen, die die Erprobung neuer Technologien deutlich erschweren. Zu den regulatorischen Einschränkungen und den Anforderungen der Anlagensicherheit gesellen sich außerdem praktische Gründe, Tests nicht in produktiven Anlagen durchzuführen: So müsste beispielsweise für den Austausch eines Messgeräts der laufende Prozess unterbrochen werden, was zu hohe Kosten verursacht.

Tests in der Trinkwasserspeicherung

Aus diesen Gründen identifizierte man bei Merck die Anlage für die Trinkwasserspeicherung als ideale Umgebung für Proof-of-Concept-Szenarien. In Darmstadt dient diese Anlage als Trinkwasserspeicher für das gesamte Werk. Bei externen Versorgungsunterbrechungen kann die Trinkwasserversorgung aus den Pufferspeichern aufrecht erhalten werden. Die beiden Speichertanks decken etwas mehr als den Tagesbedarf des Werks ab. Weil die Trinkwasserbedarfe des Werks stark schwanken, soll der Trinkwasserspeicher auch die Entnahmeschwankungen aus dem kommunalen Netz ausgleichen – der Zufluss vom Versorger erfolgt gleichmäßig über 24 h. Die Speicherung sowie die Versorgung des internen Netzes ist dabei voll redundant aufgebaut, sodass die Wasserversorgung sogar bei einem Wasserrohrbruch in der Anlage aufrechterhalten werden kann. Und sollte die interne Trinkwasserversorgung dennoch einmal ausfallen, fährt das System zurück auf den kommunalen Versorger. Die Trinkwasserspeicheranlage ist also die ideale Anlage, um Technologien zu testen. Sie kommt ohne explosionsgeschützte Bereiche aus, alle Anlagenbereiche sind gut zugänglich. Außerdem, verbaut Merck in dieser Anlage dieselben Assets, die auch in der Chemie- und Pharmaproduktion verwendet werden.

Merck testet in der Trinkwasseranlage zum Beispiel das IIoT-Ökosystem Netilion von Endress+Hauser und auch Augmented-Reality-Anwendungen mit Lidar Scanning von anderen Anbietern. Weil verschiedene Innovationen parallel getestet werden, ist das Unternehmen in der Lage, die neuen Technologien zu verknüpfen. Netilion kann als Datenplattform dienen und die aufbereiteten Daten via Connect und API anderen Systemen verfügbar machen. Durch die Redundanz der Trinkwasseranlage lassen sich Geräte einfach tauschen. Die Anlage bietet außerdem auch noch genügend Platz für raumgreifende Ein- und Ausbauten sowie für verschiedene Tests. Geplant ist, neue Technologien, die sich hier bewähren, dann ebenfalls in Produktionsbereichen einzusetzen und diese auf das ganze Werk auszurollen.

Messtechnik im Testbetrieb

Im Fokus der Tests stehen auch verschiedenste neue Messgeräte. Die Messinstrumente decken dabei ein breites Spektrum an Messparametern ab: Neben Temperatursensoren und Drucktransmittern wird ein Analysepanel für Testmessungen der Chlor-Konzentration im Trinkwasser, das Cloud-only-Füllstandsmessgerät Micropilot FWR30 oder das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät Promag W mit Heartbeat Technology eingesetzt.

Geräte eingehend zu testen, bedeutet auch, diese zu stressen: Beim Durchflussmessgerät Promag W wird damit experimentiert, Alterung oder Ansatzbildung zu simulieren, um Erkenntnisse über die Geräte im produktiven Einsatz zu gewinnen. Beispielweise können hier die Elektroden manipuliert werden, worauf die geräteinterne Heartbeat-Diagnose dann entsprechende Fehlermeldungen und Wartungsbedarfe ausgibt. Das Wunschziel für die Zukunft ist es, dass ein Prüfzyklus automatisiert im Sensor durchlaufen und ein Bericht automatisch angelegt wird. So müsste das Wartungspersonal für Routineprüfungen gar nicht mehr zum Gerät geschickt werden. Diese als Heartbeat-Verifikation bekannte Funktion ist
schon heute Bestandteil vieler smarter Endress+Hauser-Messgeräte. Damit sie in der Praxis genutzt werden kann, muss sie noch in die Arbeitsabläufe implementiert werden. Was also technologisch bereits funktioniert, kann in der Praxis nicht immer 1:1 umgesetzt werden.

Große Potenziale der derzeit im Test befindlichen neuen IIoT-Technologien bieten sich bei der Wartung und Instandhaltung von Anlagen. Merck will die Wartung in Zukunft möglichst zustandsorientiert durchführen, im Gegensatz zur momentanen Wartung nach festen Zeitintervallen. Zukünftig sollen die Wartungsintervalle dynamisch am Bedarf des Sensors ausgerichtet werden.

WirlessHart in Bestandsanlagen

Begeistert ist man bei Merck auch vom WirelessHart-Adapter FieldPort SWA50, mit dem sich jede Hart-fähige Messstelle in das WirelessHart-Netzwerk integrieren lässt. Das Gerät ist schleifstromgespeist und lässt sich mit geringem Aufwand für alle Hart-fähigen Messstellen nachrüsten. So kann jede Messstelle in die Cloud gebracht werden. Der Adapter funktioniert auch mit Fremdherstellern und er ist robust. Theoretisch könnten die ganzen Assets der Anlage im Nachbargebäude mit dem FieldPort SWA50 über WirelessHart in Netilion integriert werden. Mit den Daten lässt sich mithilfe des IIoT-Ökosystems Netilion leicht ein Überblick über die Anlage generieren, es lassen sich Strategien zur vorausschauenden Wartung entwickeln, Kalibrierintervalle optimieren oder ein mobiles Asset Management implementieren, um nur einige Möglichkeiten aufzuzählen.

Digitale Dashboards für Füllstand

Ein weiteres Gerät von Endress+Hauser, das bereits die Aufmerksamkeit einiger Mitarbeitenden auf sich ziehen konnte, ist das cloudbasierte Füllstandsmessgerät Micropilot FWR30. Dieses wurde auf einem Kunststofftank platziert, der ein Edukt für den Chlorgenerator enthält. Das Gerät kommt vollständig ohne Kabel aus, denn es funkt seine Messwerte per Mobilfunk direkt in die Netilion-Cloud. Die Messwerte sowie weitere Daten, z. B. die aktuelle Position, den Batteriestatus oder die Außentemperatur, werden in der Netilion-Anwendung Value auf verschiedenen Dashboard-Ansichten dargestellt, die über Smartphones, Tablet PCs oder stationäre Rechner abgerufen werden können.

Positives Fazit

Bei Merck in Darmstadt hat man sehr positive Erfahrungen damit gemacht, neue Technologien wie smarte Sensoren und Industrie-4.0-Lösungen vor dem produktiven Einsatz in der Testumgebung der Trinkwasserspeicherung zu erproben. Hier ist es möglich, unter Realbedingungen die Geräte zu testen und Know-how über die eingesetzte Technologie zu erlangen, bevor diese dann für andere Anlagen verwendet und in die werkseigenen Standards übernommen werden. In dieser Umgebung sind die Hürden bezogen auf Regularien, Ex- und SIL-Anforderungen gering. Die Erkenntnisse der Tests lassen sich dann auf die Instrumentierung bei Neubau oder Modernisierung von Anlagen übertragen.

Endress+Hauser (Deutschland) GmbH+Co. KG, Weil am Rhein

Halle 4A, Stand 145


Autor: Florian Kraftschik

Sales Marketing Manager Communication,

Endress+Hauser

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