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Cloud first?

Prozessindustrie im digitalen Wandel
Cloud first?

Anlagen in der Prozessindustrie werden oft jahrzehntelang betrieben und dabei permanent umgebaut, erweitert und modernisiert. Bestrebungen, Prozesse effizienter zu machen, sind dabei fast so alt wie die Branche selbst. Die digitale Transformation der Wirtschaft eröffnet durch zahlreiche innovative Ansätze und Technologien wie Cloud-Services ganz neue Möglichkeiten, um Prozesse vorteilhafter zu gestalten.

Mittlerweile ist es Konsens, dass Maschinen miteinander kommunizieren müssen, um mit höchster Effizienz arbeiten zu können. Das Internet of Things ist damit längst Realität – auch wenn es bisweilen unterschiedlich interpretiert und umgesetzt wird. Daten werden an verschiedene Ebenen geliefert, gesammelt, ausgewertet, genutzt … Doch wie profitieren Unternehmen in der Prozessindustrie eigentlich von Big Data?

Am Beispiel der Öl- und Gasindustrie wird die große Relevanz effizienzsteigernder Maßnahmen besonders deutlich. Durch den hohen Ölpreis ließen sich technologisch anspruchsvolle Projekte mit hohem Investment in der Vergangenheit gegenfinanzieren. Um in Zeiten des niedrigen, instabilen Ölpreisniveaus flexibel Projekte umzusetzen, sind effizientere, günstigere Systeme notwendig. An dieser Stelle ist insbesondere das Stichwort Standardisierung zu nennen.

Standards für mehr Effizienz

Dahinter verbergen sich Konzepte, die Funktionsbausteine, Schnittstellen und Protokolle für die Automatisierung von Maschinen und Anlagen vereinheitlichen. Namhafte Ölkonzerne setzen bereits auf festgeschriebene Standards bei der Programmierung. Jeder einzelne Schritt des Engineerings ist hierbei genauestens dokumentiert und festgeschrieben, sodass immer wieder auf gleiche Bausteine zurückgegriffen werden kann.

Dasselbe Prinzip wird bei der Visualisierung von Systemen und Prozessen angewendet; hier sind Seitenaufbau und Darstellungsformen detailgenau definiert. Dadurch kann sich jeder, der an der Anlage arbeitet, schnell und problemlos zurechtfinden. Norsok I-500 beispielsweise ist so ein Standard. Er wurde von der norwegischen Ölindustrie aufgesetzt und bestimmt neben grundlegenden Sicherheitsvorschriften auch herstellerübergreifende Standards. Mithilfe von einheitlichen Schnittstellen zwischen den unterschiedlichen Systemen werden zum einen die Fehlerquote beim Engineering und im Betrieb der Anlage gesenkt und zum anderen die Anlagenverfügbarkeit erhöht. Insbesondere in der Offshore-Ölförderung setzen Unternehmen darum vorwiegend auf die Vorteile von Standardisierung und damit Herstellerunabhängigkeit.

Verfügbarkeit steigern, Ausfallzeiten minimieren

Effizienzsteigerungen, die sich aus den Möglichkeiten der Digitalisierung und Vernetzung ergeben, lassen sich in der Prozessindustrie durch einen konsequent modularen Anlagenbau weiter steigern. Modularität bietet die Grundlage für Wandlungsfähigkeit und ein verkürztes Engineering; damit ist sie zweifelsohne einer der wesentlichen Bausteine zur Effizienzsteigerung. Genauso gewinnbringend wie der modulare Anlagenbau können für die Prozessindustrie aber auch Datenakquise und Cloud-Connectivity sein. Durch Datentransparenz wird beispielsweise die vorausschauende Wartung einer Anlage überhaupt erst möglich.

Der Begriff „Predictive Maintenance“ beschreibt die vorausschauende Wartung und Instandhaltung von Maschinen und Anlagen. Durch Effizienzanalysen, etwa durch die Auswertung relevanter Messwerte wie Leistung, Druck, Temperatur, Schwingung und Durchfluss, lässt sich ein Wartungsbedarf frühzeitig erkennen. So können einzelne Module gezielt ausgetauscht oder instand gesetzt werden, ohne dass die Anlagenverfügbarkeit dadurch beeinträchtigt wird. Dazu ist es notwendig, die gesammelten Maschinendaten in übergeordnete Systeme einzulesen und auszuwerten. Die Anlage kann dann sowohl über lokale Analyse-Tools als auch über die Cloud überwacht werden. Letztere Möglichkeit ist insbesondere mit Blick auf zukunftsweisende Technologien wie selbstlernende Algorithmen interessant. Speziell programmierte Software-Tools könnten dann anhand historischer und aktueller Maschinendaten Wartungsbedarfe und mögliche Fehlerpotenziale selbstständig errechnen und dadurch Vorhersagen zum Zustand der Maschine treffen, ohne dass die Daten von Menschen überwacht werden müssen.

Unabhängig und flexibel durch die Cloud

Trotz aller Bemühungen, an Industrie 4.0 zu partizipieren, ist die Skepsis gegenüber der völligen Datentransparenz oft noch groß. Besonders in der Prozessindustrie halten nur wenige Unternehmen „Cloud first“ für möglich. Viel zu groß ist die Angst davor, dass prozessrelevante Daten von Unbefugten abgegriffen und manipuliert werden. Dennoch wächst das Bewusstsein für die Vorteile, die Cloud-Anwendungen und -Lösungen bieten: Sie sind unabhängig von einzelnen Servern, denn Cloud-Anbieter garantieren ständige Verfügbarkeit, da die Daten auf mehreren Servern abgelegt werden. Gleichzeitig entfallen Kosten für riesige Speichervolumina und deren Wartung sowie die Einrichtung von Serverräumen, weil das Prinzip der Cloud lautet: Jeder bezahlt nur das, was er nutzt. Angebot und Nutzung von Cloud-Services erfolgen ausschließlich über Schnittstellen, Protokolle oder Browser über das Internet, ohne dass eine Software auf lokalen Rechnern installiert werden muss. Zudem ist es prinzipiell möglich, von überall auf der Welt auf prozessrelevante Daten zuzugreifen.

Prozessoptimierung standortunabhängig in Echtzeit

Sämtliche relevanten Daten sind standortunabhängig verfügbar. Prozesse lassen sich dadurch in Echtzeit verbessern und Anpassungsmaßnahmen können leicht nachverfolgt werden. Das Softwareunternehmen M&M beispielsweise setzt auf den Trend der dezentralen Datenerfassung. Dabei werden Daten verschiedener Maschinen, ganzer Produktionslinien, aber auch Gebäude- und Energiedaten in einzelnen Produktionsstandorten erfasst, von einem zentralen Cloud-Service gesammelt und ausgewertet. In der Cloud werden sämtliche Vorgänge kontrolliert und koordiniert; der Zugriff auf aktuelle und historische Daten erfolgt standortunabhängig. Dadurch können die unterschiedlichen Standorte eines Unternehmens wesentliche Kennzahlen untereinander vergleichen und erforderliche Optimierungsmaßnahmen einleiten. Auch Betriebszustände und Wartungsbedarfe von Maschinen und Anlagen werden durch konsequentes Monitoring automatisch ermittelt.

IT- und Daten-Sicherheit als zentrale Herausforderung

Speziell in Unternehmen der Prozessindustrie ist das Know-how über einzelne Abläufe und Verfahren das höchste Gut, das es um jeden Preis zu schützen gilt. Sicherheit steht darum bei den Themen der Digitalisierung und Vernetzung über allem. Sie lässt sich auf unterschiedlichsten Ebenen von Fabriken und IT-Systemen implementieren. Das beginnt bei der Kontrolle am Werkstor, geht über verschiedene Berechtigungsprofile für Personen in unterschiedlichen Funktionen, Firewalls und Passwortschutz bis hin zur Datenverschlüsselung innerhalb der Steuerung.

Um die Daten vollumfänglich abzusichern, können die Wago-Controller der PFC-Familie mit ihren umfangreichen Onboard-Sicherheitsmechanismen eingesetzt werden. Sie erlauben, die Daten mittels SSL/TLS-1.2-Verschlüsselung codiert zu sichern und über eine VPN- und IPsec-Verbindung direkt aus dem Controller zu versenden. Zudem besitzen die Controller eine konfigurierbare Firewall. So bieten sie einen maximalen Schutz gegen Fremdzugang und gewährleisten Datenintegrität. Mit der Entwicklung der Asset-Management-Cloud ermöglicht M&M die Datenauswertung in der Cloud und damit einen zentralen Daten-Service, der die Basis für sämtliche anwenderspezifischen Lösungen bietet. Hier ließen sich neben der Produktion auch Prozesse wie Supply-Chain-Management und Logistik anbinden, um neben der Effizienz der Anlagen auch die der Transportkapazitäten und -wege sowie der Lagerauslastung zu optimieren.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0618Wago

Halle 11.0, Stand C28


Autor: Benjamin Böhm

Global Industry Manager Process,

Wago Kontakttechnik


In der Praxis:   durch die Cloud vernetzt

Daten liefern, sammeln, auswerten und nutzen: Neben den IoT-Controllern PFC100 und PFC200 gehört die Wago Cloud Data Control zum digitalen Leistungsportfolio von Wago. Sie verwaltet und überwacht alle PFC-Controller sowie deren Applikationen und Daten. Ein Web-Portal dient dem Anwender als Benutzeroberfläche für den Cloud-Dienst, der bei Microsoft Azure gehostet wird. Die Wago-Controller können die Daten je nach Wunsch und Anforderung aber auch zu anderen Plattformen wie Amazon Web Services oder IBM Bluemix senden. Darüber hinaus sind Anbindungen an Third-Party-Lösungen dank des standardisierten Protokolls MQTT machbar. Die Anbindung an den Feldgeräten erfolgt über das Wago-I/O-System 750 oder 750 XTR, wobei die Daten in die Cloud Data Control über einen Controller der PFC-Familie gesendet werden – nach einem Upgrade ist die neueste PFC-Generation standardisiert IoT-ready. Zudem erfüllt sie höchste Sicherheitsanforderung, da sie Daten nicht nur mittels SSL/TLS 1.2 direkt in der Steuerung codiert, sondern diese via VPN-Tunnel auch sicher in übergeordnete Systeme überträgt.

Der IoT-Controller PFC200 bildet die Plattform, die das Bindeglied zwischen den Elementen der realen und digitalen Welt darstellt
Bild: Wago

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