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Die Anlage immer im Blick

Transparenz durch Digitalisierung
Die Anlage immer im Blick

Wenn es um die Steigerung der Anlagenverfügbarkeit geht, zählt vor allem eines: Information direkt von der Quelle. Daten über den Zustand jeder einzelnen Anlagenkomponente. Umfassendes Wissen, wie es nur digital erfasst, analysiert und aufbereitet werden kann. Ein umfassendes Plant Asset Management (PAM) ist daher die entscheidende Voraussetzung, um eine Prozessanlage insgesamt zuverlässiger und damit wirtschaftlicher und produktiver zu betreiben.

Um eine Anlage wirtschaftlicher und produktiver betreiben zu können, sind Lösungen gefragt, die sich über den gesamten Lebenszyklus der Anlage auswirken. Von der Planung bis zum Engineering. Und von der Inbetriebnahme über den laufenden Betrieb bis hin zu Wartung und Instandhaltung. Einen entscheidenden Beitrag leisten dabei die eingesetzten Sensoren und Aktoren der Prozessanlage im Zusammenspiel mit den Schnittstellenkomponenten des Automationssystems. Die Funktionalität all dieser Komponenten bestimmt nicht nur die reibungslose Steuerung der Prozessabläufe. Sie kann auch ganz entscheidend dazu beitragen, ungeplante Anlagenstillstände zu vermeiden und die Verfügbarkeit der Anlage auf ein maximales Niveau zu heben.

Die technische Basis dafür sind Feldgeräte, die weit mehr beherrschen als nur ihre eigentlichen Kernaufgaben. Sie erfassen nicht nur Prozessdaten und liefern die Signale zur Prozesssteuerung. Sie stellen auch wichtige Diagnosedaten bereit, die über Betriebszustand, Verschleißverhalten und Störungen informieren. Vor allem aber können sie entweder über eine konventionell analoge Anlagenverkabelung oder über ein modernes Bussystem kommunizieren.
Derzeit ist es allerdings so, dass bei den meisten Prozessanlagen gut 85 % dieser Signale brach liegen. Dabei gibt es längst Lösungen, um in praktisch jeder Systemumgebung darauf zuzugreifen und zusätzliche Potenziale zu erschließen, die eine Anlage effizienter, wirtschaftlicher und zuverlässiger machen.
Hart als Brückentechnologie
Die Hart-Technologie (Highway Adressable Remote Transducer) ist das Bindeglied zwischen der analogen und digitalen Welt. Sie hat sich mittlerweile weltweit bewährt und gilt als vielseitige Brückentechnologie. Durch die Nutzung herkömmlicher Leitungen nach dem 4…20-mA-Standard für die Übertragung digitaler Signale ist nicht nur eine fließende Migration zu einer modernen Datenbus-basierten Infrastruktur möglich. Es können auch problemlos analoge und digitale Steuerungen nebeneinander betrieben und miteinander vernetzt werden. Vor allem aber ist Hart ein wirtschaftlicher Weg, um bestehende Investitionen zu schützen und bewährte analoge Feldinstrumente nahtlos in eine moderne Leittechnik einzubinden.
Beispiel Modernisierung: Oftmals ist der Platz in der Leitwarte begrenzt und die bestehenden Feldgeräte sollen weiterhin eingesetzt werden. Über ein Remote-I/O-System können die oftmals vor Jahren bereits mit Hart ausgestatteten Feldgeräte eingebunden werden, deren volles Potenzial bis dato ungenutzt geblieben ist.
Die Hart-Kommunikation gehört zum erweiterten Funktionsbereich einer Remote I/O. Sie kann zusätzlich zu den 4…20-mA-Stromkreisen eingesetzt werden, wie sie zum Beispiel für die analogen Eingänge von Durchfluss- und Drucktransmittern oder die Ausgänge von Positionsgebern, I/P-Wandlern und analogen Anzeigen genutzt werden. Mittels Remote I/O lassen sich darüber hinaus zusätzliche Informationen über den Bus (z.B. Hart über Profibus) übertragen. Die im Hart-Signal enthaltenen Informationen reichen dabei von Skalierungsparametern für den Anfangs- und Endwert eines Bereichs bis zu umfangreichen Zusatzdaten, die über den Status, Sekundärvariablen und erforderliche Maßnahmen zur proaktiven Wartung Aufschluss geben.
Diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten haben zur Entwicklung eines breiten Spektrums an Hart-kompatiblen Komponenten geführt, die vor allem im Bereich der Instandhaltung neue Konzepte erschließen. Ein typisches Beispiel dafür ist der Hart Loop Converter, wie ihn Pepperl+Fuchs im Programm hat. Er ist in der Lage, bis zu vier digitale Signale von Hart-kompatiblen Feldgeräten zu erfassen und kann drei davon in Form analoger 4…20-mA-Stromsignale in eine analoge SPS einspeisen. Mithilfe dieses Konverters ist es möglich, eine analoge Signalschleife mit mehreren digitalen Messwerten zu kombinieren, die simultan auf dem analogen Signal mittransportiert werden. So kann beispielsweise ein Drucksensor gleichzeitig auch Temperaturmesswerte bereitstellen. Auch der Hart Multiplexer von Pepperl+Fuchs ist Teil der Hart Interface Solution des Unternehmens. Er dient unter anderem dazu, die Informationen aus mehreren Feldgeräten abzufragen, zu speichern und einem PAM-System zur Verfügung zu stellen. Hart-kompatible Endgeräte sind auch ideal, um analog arbeitende Feldinstrumente wie zum Beispiel Ventile über ein und dieselbe Leitung digital anzusteuern. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel über ein PAM Partial-Stroke-Tests auslösen, um die Betriebsfähigkeit von Sicherheitsventilen sicherzustellen und damit die Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage zu gewährleisten.
Drahtlos bis in jeden Winkel
Während ein Kernvorteil der Hart-Technologie darin besteht, digitale Kommunikations-Infrastrukturen auch über bereits vorhandene Verkabelungen realisieren zu können, bietet WirelessHart völlig anders geartete Vorteile. WirelessHart beruht auf einer maschenförmigen Netzwerkstruktur, bei der jedes beteiligte Gerät gleichzeitig als Router und Repeater dient. Durch diese inherente Flexibilität des Netzwerks bleibt der Datenverkehr auch bei lokal auftretenden Störungen erhalten. Wird zum Beispiel eine Verbindung vorübergehend durch einen Kran oder einen vorbeifahrenden LKW abgeschattet, werden die Datenpakete automatisch über andere Netzwerkkomponenten geroutet. Das erhöht ganz besonders in industriellen Umgebungen ganz erheblich die Übertragungssicherheit.
WirelessHart ist eine interessante Alternative, um zum Beispiel Tankanlagen, Pipelines oder andere entfernt liegende Bestandteile einer Prozessanlage in ein PAM-System einzubinden. Dabei sorgen batteriegespeiste Adapter dafür, dass weder zur Kommunikation noch zur Energieversorgung kostspielige Kabelverbindungen erforderlich sind. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise auch schwer zugängliche Anlagenkomponenten überwachen. Ist bereits ein 4…20-mA-Loop vorhanden, bietet Pepperl+Fuchs auch schleifengespeiste Adapter an, bei denen die Energieversorgung direkt über die Stromschleife erfolgt.
Typischerweise wird WirelessHart zur Überwachung von Prozessparametern eingesetzt, die zwar für den laufenden Prozess weniger kritisch sind, aber langfristig zu Qualität, Effizienz und Verfügbarkeit der Prozessanlage beitragen.
Mehr Transparenz durch Datenbus
Feldbussysteme vereinfachen nicht nur den Aufbau des Automationssystems und seiner Kommunikationsinfastruktur. Sie erleichtern auch ganz entscheidend die Montage, denn die aufwendigere Verkabelung jedes einzelnen Feldgeräts entfällt zugunsten eines durchgängigen Bussystems, das vom Control Room bis zur Feld-Ebene reicht. Doch dazu kommt noch ein weiterer entscheidender Aspekt: Moderne Feldgeräte liefern nicht nur Prozessdaten mit digitaler Präzision oder setzen Steuerimpulse in mechanische Vorgänge um. Sie können die Fülle von Informationen, die Aufschluss über ihren Betriebszustand, Wirkungsgrad und Verschleiß geben, durchgängig über ein digitales Protokoll übertragen. Diese direkt vor Ort erfassten Daten wirken sich zwar nicht unmittelbar auf den Produktionsprozess aus. Aber sie ermöglichen es, den Zustand der jeweiligen Komponente sichtbar zu machen und damit aussagekräftige Einblicke in den Betriebszustand der gesamten Anlage zu gewinnen. Ein feldbusbasiertes Automationssystem erlaubt den Zugriff auf diese Daten völlig ohne zusätzliche Infrastruktur-Komponenten und macht sie im Control Room sichtbar.
Das PAM-System dient dabei dazu, alle gerätebezogenen Daten innerhalb der Prozessanlage abzurufen und gezielt auszuwerten. Dafür wird normalerweise ein separater Server in der Wartungsstation der Prozessanlage eingesetzt, der laufend alle Feldinstrumente überwacht, indem er ihre aktuellen Performance- und Zustandsdaten abfragt. Diese Informationen fließen dann in einen Prozess zur kontinuierlichen Analyse des Anlagenzustands ein. Das Wartungspersonal erkennt schleichende Veränderungen, um rechtzeitig eingreifen zu können. Ungeplante Ausfälle werden zur Ausnahme und lösen einen Alarm aus, der mit konkreten Informationen zur Fehlerquelle angereichert wird.
Hat das PAM ein Problem mit der Netzwerk-Infrastruktur erkannt, ist der Fieldbus Diagnostic Handheld FDH-1 von Pepperl+Fuchs interessant. Das handliche Gerät gehört eigentlich in den Koffer jedes Servicetechnikers, der am Feldbus arbeitet. Es enthält ein komplettes Expertensystem, das dabei hilft, Probleme direkt vor Ort zu erkennen und deren Ursachen einzugrenzen. Dafür besitzt es ein integriertes Display zur Anzeige des erkannten Fehlers, dessen wahrscheinliche Ursache und Handlungsanweisungen zur Behebung in Klartext. Der FDH-1 ist Bestandteil der Fieldconnex-Feldbuskomponenten von Pepperl+Fuchs, die darauf ausgelegt sind, Installation, Inbetriebnahme und Wartung einer Feldbus-Infrastruktur so effizient und einfach wie möglich zu machen. Das Gerät kann auch bereits während der Installationsphase eingesetzt werden, um jedes einzelne Feldbussegment zu überprüfen und damit von vorn herein seine fehlerfreie Funktion sicherzustellen und zu dokumentieren.
Gezielte und zeitsparende Wartung
Pepperl+Fuchs ergänzt die Fähigkeiten eines PAM-Systems mit seinem Advanced Diagnostic Modul zur Überwachung der Feldbusphysik. Dabei reicht die Funktionalität von der Erfassung sämtlicher Betriebsparameter bei Inbetriebnahme bis zur Echtzeit-Überwachung bei laufendem Betrieb. Lösungen wie Advanced Diagnostics weisen auf schleichende Veränderungen der Installation hin und machen kritische Betriebszustände, Signalverluste oder erhöhten Verschleiß, etwa bei Wassereinbruch im Gerät oder Verteiler vor Ort deutlich. Damit wird das Wartungspersonal einer Prozessanlage in die Lage versetzt, proaktiv und geplant zu handeln. Instandhaltungsarbeiten laufen mit PAM-Unterstützung erheblich schneller und gezielter ab. Der Servicetechniker muss nicht erst vor Ort nachsehen, welches Problem vorliegt. Er erhält bereits mit der Alarmmeldung konkrete Hinweise auf die mögliche Fehlerursache und kann damit bestens informiert und mit den richtigen Ersatzteilen ausgestattet ausrücken. Außerdem müssen ausgetauschte Geräte nicht erst zeitraubend konfiguriert werden, sondern beziehen die korrekten Einstellungen direkt aus dem System.
Den Prozess jederzeit im Blick
Beim Plant Asset Management dreht sich alles um erkennen, wissen, vorhersagen. Und das ohne zeitaufwendige Überprüfungen vor Ort, sondern direkt vom Control Room aus. Das spart Ressourcen, sichert die Anlagenverfügbarkeit und gewährleistet eine gleichbleibend hohe Qualität bei maximaler Wirtschaftlichkeit. Damit spricht PAM genau die Forderungen an, die für jeden Anlagenbetreiber im Mittelpunkt stehen. Wer vom Control Room aus erkennen kann, ob sich in Rohrleitungen Feststoffe abgesetzt haben, die den Transport des Prozessmediums behindern, kann rechtzeitig reagieren, ohne den Prozess zu gefährden. Wer die Temperatur von Transportbändern im Auge behält, merkt auch, wenn zum Beispiel ein Rollenlager beginnt, heiß zu laufen. Wer Ventile und andere Verschleißteile der Anlage im Blick hat, ist nicht auf Erfahrungswerte und starre Serviceintervalle angewiesen, sondern kann die Wartung oder einen Austausch gezielt verschleißabhängig vornehmen. Das heißt, wer alle Prozessparameter im Blick hat, erreicht mehr Effizienz bei weniger Ressourceneinsatz. Dabei haben sich Hart, WirelessHart und Feldbus-Systeme mit Advanced Diagnostics als die entscheidenden Schlüsseltechnologien erwiesen, die ein wirksames Plant Asset Management ermöglichen. Wobei es mehrere Migrationswege gibt, um das Automationssystem in die Lage zu versetzen, eine Prozessanlage transparenter, beherrschbarer und zuverlässiger zu machen.

Andreas Hennecke
Produktmarketingmanager Fieldconnex,
Pepperl+Fuchs
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