Vorausschauende Wartung bei Durchflussmessern wird real. Pionierarbeit ist erledigt - prozesstechnik online

Pionierarbeit ist erledigt

Vorausschauende Wartung bei Durchflussmessern wird real

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Die vorausschauende Wartung bei Durchflussmessgeräten wird endlich Realität. Mit den eindeutigen Prozess- und Gerätediagnoseparametern der Heartbeat Technology und mit der Möglichkeit, diese einfach und sicher mit dem Industrie-4.0-ready-Ansatz der Proline 300/500 an jede gewünschte Stelle zur Weiterverarbeitung zu übertragen, ist die Pionierarbeit auf diesem Gebiet endgültig erledigt.

Der Traum vom Fliegen beschäftigte Tüftler, seit Leonardo da Vinci die ersten Flugapparate zeichnete. Dennoch hat es annähernd weitere 400 Jahre gedauert, bis sich dieser Traum mit der Entwicklung tauglicher Fluggeräte durch Otto von Lilienthal erfüllte. Er gilt als derjenige Luftfahrtpionier, der das Flugproblem endgültig gelöst hat. Seine experimentellen Vorarbeiten und ersten Flugversuche ab 1891 führten zur bis heute gültigen physikalischen Beschreibung der Tragfläche, die schlussendlich die Grundlage für die weitere Entwicklung von Flugzeugen wie dem A380 bildet.

Eine ähnliche Entwicklung zeichnet sich auch in der Prozessdiagnose ab, wenn auch deutlich schneller. Seit vielen Jahrzehnten werden große Anstrengungen unternommen, um reproduzierbare physikalische Parameter zu erzeugen, die einen eindeutigen Rückschluss auf die Prozess- bzw. Gerätebeschaffenheit – beispielweise in korrosiven oder abrasiven Anwendungen – zulassen. Die Diagnoseparameter sollten dabei möglichst unabhängig von sonstigen Prozess- oder Umgebungsbedingungen sein, um im kontinuierlichen Prozessbetrieb eine sichere Trendanalyse zu ermöglichen. Das Fehlen dieser eindeutigen Diagnoseparameter, aber auch der große Aufwand für die Interpretation der bis dato verfügbaren Diagnosedaten, verhinderte eine Umsetzung von vorausschauender Wartung in der Vergangenheit. Auch die Übertragung umfangreicher Gerätedaten aus dem Feld und die Bereitstellung im Leitsystem waren aufgrund der meist proprietären Parameterbereitstellung in den Feldgeräten nur mit großem Engineeringaufwand umsetzbar. In den wenigen gelungenen Feldversuchen war meist eine langfristige und aufwendige Aufzeichnung und die genaue Erforschung aller Einflussgrößen sowie der Ausschluss sonstiger, die Parameter verändernder Rahmenbedingungen notwendig, um eindeutige Prognosen z. B. über die verbleibende Nutzungsdauer von Geräten ableiten zu können.

Daran hatte auch die Definition von gewünschten Diagnoseereignissen und eindeutigen Fehlerzuständen und deren Kategorisierung über die NE107 der Namur nichts geändert. Mittlerweile, 13 Jahre nach der ersten Veröffentlichung der NE107 zur Beschreibung der „Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten“ im Jahre 2005, sind viele Feldgeräte mit einer Diagnosekategorisierung nach NE107 erhältlich. Trotzdem ist der Durchbruch zur eindeutigen und möglichst prozess- und umgebungsunabhängigen Gerätediagnose bisher nicht gelungen, da in den Feldgeräten bisher keine eindeutigen Gerätediagnosen verfügbar sind bzw. die Übertragung bis heute in den vorhandenen Topologien nur schwer und mit großem Aufwand umsetzbar sind.

Eindeutige Werte zum Gesundheitszustand

Genau hier bietet der HBSI-(Heartbeat Sensor Integrity)-Parameter – zum Beispiel im Massedurchflussmessgerät Promass F 300 – und die Kombination mit weiteren Prozess- und Gerätemesswerten völlig neue Möglichkeiten, um genau die vorausschauende Wartung, die man sich seit vielen Jahren wünscht, verfügbar zu machen. Der HBSI und das damit verbundene Heartbeat-Technology-Diagnostic- und -Trendmonitoring liefern zweifelsfreie und exakte Werte über den Gesundheitszustand des Messgerätes bei Korrosion und Abrasion im Prozess. Sogar bei punktuellem Angriff durch Abrasion, zum Beispiel am Bogen des Messrohres, ergeben sich beim Promass-Coriolis-Massedurchflussmessgerät wiederholbare Veränderungen des HBSI-Wertes. Dessen kontinuierliche Aufzeichnung lässt eine belastbare Vorhersage über Einflüsse auf die Messung zu. Das ermöglicht erstmals eine Vorhersage über den vorhandenen Arbeitsvorrat des Gerätes und ermöglicht eine gute Prognose zum notwendigen Austauschtermin des Messgerätes in der Zukunft.

Einsetzbar auch zur Belagserkennung

Auch eine eindeutige Vorhersage zur Belagsdicke, die sich im Promass-Coriolis-Massedurchflussmessgerät gebildet hat, ist mittlerweile möglich. Da es jedoch völlig unterschiedliche Beläge und damit unterschiedliche Einflüsse auf das Messrohr gibt, wird der HBSI in einer Modellbildung (Predictive Analytics App) mit anderen Geräteparametern kombiniert. Er liefert dann eindeutige Aussagen zum Zeitpunkt der Spülung der Anlage, um das Zusetzen der Rohrleitung zu vermeiden. Damit kann ein effizienter Anlagenbetrieb ohne unvorhergesehene Anlagenausfälle gewährleistet und der Aufwand für notwendige Spülungen reduziert werden.

I4.0-Konnektivität mit integriertem OPC-UA-Server

Die Übertragung der Parameter ist auf unterschiedliche Weise möglich. Bei Prozessmessungen macht die Verfügbarkeit einer im Gerät integrierten WLAN- und Web- bzw. OPC-UA-Serveroption den direkten Zugriff auf über 40 Geräte- und Prozessparameter aus einem übergeordneten System heraus möglich. Damit entfällt eine aufwendige Implementierung in vorhandene Anlagensteuerungs- oder Leitsysteme und die Übertragung der Diagnosedaten direkt beispielsweise ins Asset-Managementsystem oder in die Cloud zur Weiterverarbeitung oder Kombination mit anderen Daten und Prozessen wird ermöglicht. Für eine sichere Übertragung der Daten aus dem Feldgerät sorgen in der Praxis entsprechende Gateways,
um von vielen Geräten die Daten zu sammeln, zu bündeln und um auch die IT-Sicherheit nach dem Prinzip einer Informationsdiode
zu gewährleisten.

Übertragung von Diagnosedaten in SIL-Einrichtungen

In der chemischen Industrie gilt eine besondere Aufmerksamkeit den Geräten in SIL-Schutzeinrichtungen. Hier steht neben den SIL-Diagnosen und Sicherheitsroutinen vor allem auch die Möglichkeit einer aussagekräftigen Diagnose des Gesundheitszustands des Gerätes an den prozessberührenden Stellen im Vordergrund. Gerade dort wäre ein Geräteausfall bedingt durch eine unerkannte Schädigung des Messrohres durch Korrosion, Abrasion oder Belagsbildung fatal. Die Verantwortung für die Vermeidung solcher Ausfallursachen liegt beim Betreiber der Anlage. Somit besteht ein hohes Interesse in SIL-Schutzeinrichtungen vorhandene Diagnosedaten wie den HBSI oder andere aus dem Gerät zur Interpretation und Langfristaufzeichnung zu holen. Gerade hier ist die Akzeptanz für eine Wireless-Übertragung jedoch aus sicherheitstechnischen Gründen nicht gegeben. Hierzu wurde die Umsetzung der Heartbeat Technology zur einfachen automatisierten Wiederholprüfung, aber auch zum Auslesen der relevanten Gerätediagnosedaten über die Himax-Sicherheitssteuerung von Hima in Kombination mit den neuen Proline-Durchflussmessgeräten der dritten Generation umgesetzt. Dabei werden neben einer vollumfänglichen Geräteprüfung mit hoher Diagnoseabdeckung von bis zu 98 % auch weitreichende Trendmonitoringparameter ausgelesen, die erstmals vorausschauende Wartung ermöglichen. Dadurch entstehen weitreichende Vorteile bei den jährlichen Wiederholprüfungen und damit bei der Wartungsplanung von Durchflussmessgeräten:

  • Prüfung zum gewünschten optimalen Zeitpunkt ohne Ausbau und Anlagenstillstand
  • Fehlerfreie automatische Prüfung mit sicherheitstechnisch abgesichertem Prozess, der systematische Fehler vermeidet und eindeutige Prüfergebnisse liefert
  • Bereitstellung weitreichender Monitoringparameter zur einfachen Umsetzung vorausschauender Wartung

Durch die implementierten Security Features der Himax-Sicherheitssteuerung kann ein Security-Konzept gemäß IEC 62443 für den Hart-Gerätezugriff realisiert werden. Diese Features umfassen sowohl getrennte Kommunikationspfade im System für die sicheren und nicht sicheren Daten und klar definierte Kommunikationsports, als auch eine integrierte Hart-Firewall in SIL-3-Qualität, welche steuerbar z. B. nur den lesenden Zugriff auf Feldgeräte erlaubt und jegliche Schreibkommandos blocken kann.

Dadurch wird die automatische Heartbeat-Technology-Wiederholprüfung über die Himax-Sicherheitssteuerung auch bei SIL-verriegelten Geräten in Schutzeinrichtungen im eingebauten Zustand möglich, bei der die Sicherheitssteuerung zudem noch den optimalen Zeitpunkt zur Durchführung bestimmt.

Der Prozess ist vom Entriegeln der Geräte in der SIL-Schutzeinrichtung über die gesamte vollumfängliche Geräteverifikation bis zur abschließenden erneuten Verriegelung der Geräte voll automatisiert über die Hart-Schnittstelle und konform zur NE 154 gesteuert. Bei der Umsetzung der Prüfprozedur wird immer auch die im Gerät befindliche SIL-Sequenz durchgefahren, um alle sicherheitsrelevanten Geräteeinstellungen zu prüfen.

Neben dem Prüfergebnis (bestanden oder nicht bestanden) liefert die Prüfung der Geräte zusätzlich alle für ein aussagekräftiges Trendmonitoring notwendigen Diagnosewerte. Diese können dann weiterverarbeitet und für vorausschauende Wartungsplanungen genutzt werden. Darüber hinaus werden bei der automatisierten Wiederholprüfung über die Himax-Sicherheitssteuerung im Messgerät der Schutzeinrichtung die letzten acht detaillierten Prüfergebnisse gespeichert und können über Fieldcare im Rahmen einer Anlagenrevision fälschungssicher in Prüfprotokolle überführt werden.

Damit ist in der Durchflussmessung der Prozessindustrie erstmals eine aussagekräftige vorausschauende Wartung möglich und die Aufgabe der Erben Otto von Lilienthals als Pioniere in der vorausschauenden Wartung endgültig erledigt.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav1018endress


Autor: Christian Rützel

Abteilungsleiter Marketing Durchfluss,

Endress+Hauser

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