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Experteninterview zu den Chancen der Digitalisierung für die Prozessmesstechnik

Welche Chancen bietet die Digitalisierung der Prozessmesstechnik
Digitalisierung ermöglicht Effizienzsteigerungen

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Die Anforderungen an Messgeräte in der Prozessindustrie sind hoch - und so vielfältig wie die Einsatzbereiche. Neue Herausforderungen, aber auch Chancen entstehen durch die zunehmende Digitalisierung Bild: TTstudio – stock.adobe.com
In der Prozesstechnik müssen Messgeräte je nach Applikation ganz unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Eingesetzt werden sie unter anderem zur Füllstandsmessung, Druckmesstechnik, Durchflussmessung und Temperaturmesstechnik. Im Trendinterview erklären Experten der Prozessmesstechnik, welche Auswirkungen Entwicklungen wie die APL-Technologie, OPC UA over TSN oder das NOA-Konzept auf die Branche haben. Zudem bewerten sie, welche Chancen die digitale Transformation bietet.

Die Industrie befindet sich in der digitalen Transformation. Welche Chancen ergeben sich daraus für die Prozessindustrie?

Felix Seibl, ZVEI: Die digitale Transformation bietet der Prozessindustrie enorme Chancen, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und zu verbessern. Eine noch schnellere, flexiblere und effizientere Produktion wird möglich. Gerade in den Bereichen Pharma, Fein- und Spezialchemie, Petrochemie sowie Lebensmittel. Es können weitaus mehr Daten erhoben und auch sinnvoll genutzt werden; ebenso wie das Potenzial bereits erhobener Daten noch stärker ausgeschöpft werden kann. Die Digitalisierung versetzt uns in die Lage, Wertschöpfungsketten zu stabilisieren und in Deutschland zu halten.
Die Pandemie hat deutlich gezeigt, wie wichtig widerstandsfähige Ketten sind. Unsere Mitgliedsunternehmen unterstützen die Anwender mit ihren Industrie-4.0-fähigen Messtechnik- und Automatisierungslösungen, diese Herausforderungen zu meistern.

Harald Schöppner, Jumo: Für die Prozessindustrie zeichnen sich aus meiner Sicht ähnliche Effekte ab, wie für andere Schlüsselindustrien auch. Neue Technologien werden sich durchsetzen können, indem sie für den Anwendenden einen Vorteil bieten. Durch den Einsatz von diesen Technologien, zum Beispiel einer durchgängigen digitalen Infrastruktur, können Effizienzsteigerungen und Kosteneinsparungen realisiert werden. Die Prozessindustrie ist bereits heute in weiten Bereichen digitalisiert. Zukünftig werden die digitalisierten Prozessdaten nicht mehr analog per 4…20 mA übertragen, sondern digital, wie im Bereich der Fabrikautomation auch. Die Herausforderungen liegen darin, für jede Anwendung eine allgemeingültige und dennoch individuelle und maßgeschneiderte Lösung bereitzustellen. Es werden sich hier neue Prozesse und Abläufe ergeben, durch die die Prozessindustrie in der Lage ist, umwelt- und kostenbewusste Lösungen anzubieten.

Die Einführung des eigensicheren Ethernets (APL/Advanced Physical Layer) für die Prozessautomation wird unter anderem von der sogenannten APL-Gruppe vorangetrieben. Welche Ziele verfolgen die Unternehmen damit?

Seibl: Das Ziel des APL-Projekts ist die Standardisierung einer Ethernet-basierten Kommunikation bis in die Feldebene der Prozessindustrie. Es kann hier als ein Baustein für die digitale Transformation angesehen werden. Ethernet hat sich zu einem De-facto-Standard auch in der Industrieautomatisierung entwickelt. Bisher hat diese Technologie aber die spezifischen Anforderungen der Feldebene in der Prozessindustrie (zum Beispiel Eigensicherheit) nicht erfüllt. Das APL-Projekt geht davon aus, dass diese Anforderungen nun durch den Advanced Physical Layer (APL) erfüllt werden können, um die Vorteile des Ethernet-Standards wie z. B. schnellere Datenübertragung und die vielen Internetprotokoll-basierten Tools auch in dieser Domäne nutzen zu können.

Peter Dietrich, Endress+Hauser: Mit der APL-Technologie dringt die Ethernet-Technologie bis in die Feldebene vor. Anforderungen der Prozessindustrie sind u. a. Leitungslängen bis 1000 m, Energieversorgung und Kommunikation über ein 2-Leiter-Kabel und eigensichere Ex-Konzepte. Diese Anforderungen sind von bestehenden Ethernet-Standards noch nicht abgedeckt. Mit Ethernet-APL steht der Prozessindustrie nun eine sichere, zukunftsfähige Lösung für die Feldgeräte-Kommunikation zur Verfügung, die diese Anforderungen abdeckt. Federführend dabei waren die Organisationen FieldComm Group, ODVA, OPC Foundation und PI sowie zwölf Industriepartner. Erste Praxistests von Profinet mit Ethernet-APL sind bereits bei den im Projekt beteiligten Unternehmen sowie bei Anwendern – zum Beispiel BASF – im Gange und erfolgreich absolviert. Im Juni wurde die Ethernet-APL-Technologie fertiggestellt und im Rahmen der Achema Pulse offiziell vorgestellt.

Holger Sack, Vega: Ethernet-APL wird den einfachen „Durchgriff“ mit bewährten Ethernet-basierten Protokollen von der System- in die Feldebene ermöglichen. Und das inklusive der Versorgung der Feldgeräte, auch in explosionsgefährdeten Bereichen. Dadurch entstehen völlig neue Mehrwerte für den Anwender.

Welche technischen Anforderungen muss das Ethernet mit APL erfüllen, um in der Prozessindustrie Akzeptanz zu erlangen und die 4…20-mA-Übertragung abzulösen?

Dietrich: Die Prozessindustrie steht in puncto Automatisierung und Digitalisierung vor einem Umbruch. Es wurden sehr viele Entwicklungen, wenn man etwa an NOA denkt, angestoßen, in denen es darum geht, mehr Informationen aus dem Prozess zu erhalten, effizienter oder flexibler zu arbeiten. Ethernet-APL stellt als Datenautobahn die notwendige Bandbreite für diese 2nd-Channel-Applikationen zur Verfügung. Durch die verpflichtenden Conformance Tests werden alle APL-Geräte zertifiziert, sodass die Interoperabilität sichergestellt wird. In Kombination mit höherliegenden Ethernetprotokollen wie beispielsweise Profinet und dem dafür erstellten PA-Profil 4 werden die Use Cases der Kunden erfüllt. Die Entwicklung von Ethernet-APL und dem PA-Profil 4 wurde in enger Abstimmung zwischen Nutzerorganisationen, Herstellern und Anwendern durchgeführt. Dadurch ist davon auszugehen, dass die Technologie in der Prozessindustrie eine hohe Akzeptanz erreichen wird.

Schöppner: Die Ablösung der klassischen 4…20-mA-Übertragung wird gelingen, da APL auf die Kernanforderungen der Prozessindustrie ausgelegt ist. Aus meiner Sicht sind dies die großen Übertragungslängen und das Thema Power-over-Data-Line, das heißt, die Energieversorgung über die 2-Drahtleitung. Zusammen mit den Übertragungsprotokollen und den daraus entstehenden Übertragungsmechanismen wird die Technologie der Türöffner der Prozessindustrie zum Industrial Internet of Things werden.

In der Fabrikautomation ist man mit OPC UA over TSN auf dem besten Weg zu einem einheitlichen Feldbusprotokoll der Zukunft. Gibt es vergleichbare Bestrebungen auch für die Prozessmesstechnik?

Sack: Ethernet-APL ist ein Ansatz in diese Richtung. Erst auf Basis dieser breitbandigen Technologie können moderne Protokolle auch in der Prozessautomation bis in die Feldebene vorrangig eingesetzt werden. Letztendlich wird sich das Protokoll mit dem größten Nutzen für die Anwender durchsetzen. Dies wird aber aufgrund der langen Laufzeiten von industriellen Anlagen noch ein paar Jahre dauern.

Seibl: Vergleichbare Bestrebungen hin zu einheitlichen Feldbusprotokollen gibt es auch für die Prozessmesstechnik – und zwar mit der Initiative Field Level Communication (FLC), in der auch Ethernet TSN adressiert wird. Das Anwendungsspektrum von OPC UA soll so auf die Feldebene nicht nur der Fabrik- sondern auch der Prozessindustrie erweitert werden.

Das NOA-Konzept der Namur sieht vor, Daten aus dem Feld auf einem getrennten Kommunikationspfad in der Cloud zur Verfügung zu stellen. Unterstützen Sie dieses Konzept mit Ihren Sensoren und Geräten?

Dietrich: Für die Umsetzung des NOA-Konzeptes bietet Endress+Hauser seit Kurzem den Adapter Fieldport SWA50 an, mit dem Diagnose- und Monitoring-Daten von Feldgeräten auch aus Brownfield-Anlagen übertragen werden. Der Adapter Fieldport SWA50 ist Ex-i eigensicher, schleifenstromgespeist und kann für Hart-Geräte aller Hersteller einfach nachgerüstet werden. Diagnose- und Monitoring-Daten der Sensoren können dann wahlweise
via WirelessHart oder Bluetooth über ein Edge Device direkt in die Cloud übertragen werden.

Sack: Ja, dank einfacher Nachrüstung unserer Plics-Geräte mit dem Anzeige- und Bedienmodul Plicscom inklusive Funkschnittstelle ist ein getrennter Kommunikationspfad für kurze Distanzen eröffnet. Das funktioniert bei allen seit 2003 verkauften Plics-Geräten ohne Firmware-Anpassung. Für lange Distanzen bieten wir außerdem das Plicsmobile an. Als integriertes Modul oder Stand-alone-Version ist eine Cloudanbindung der Sensoren via 2G, 3G und demnächst auch 4G möglich.

Schöppner: Das Konzept werden wir natürlich unterstützen, es ist die Basis, um zukünftig in der Anlagenplanung und -konzeption berücksichtigt zu werden. Wir sprechen hier von Lösungen für das 21. Jahrhundert, denen wir uns proaktiv stellen.

Mehr Informationen zum Thema Namur Open Architecture (NOA):

hier.pro/E9DyK

Endress+Hauser (Deutschland) GmbH+Co. KG, Weil am Rhein, www.de.endress.com

Jumo GmbH & Co. KG, Fulda, www.jumo.net

Vega Grieshaber KG, Schiltach, www.vega.com

ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V., Frankfurt am Main, www.zvei.org


Das Interview führte für Sie: Johannes Gillar

Stellvertretender Chefredakteur,

elektro Automation




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