Prozesseffizienz und Betriebssicherheit im Fokus

Voraussetzung für einen effizienten Anlagenbetrieb und eine kostengünstige Instandhaltung ist die kontinuierliche Überwachung der Feldgeräte (Condition Monitoring). Durch eine Bewertung der erfassten Zustandsinformationen und deren Diagnose anhand von Kenngrößen können kritische oder fehlerhafte Zustände rechtzeitig erkannt und entsprechende Maßnahmen für eine vorbeugende Wartung und Instandhaltung eingeleitet werden.

Intelligente Systemkomponenten (Smart Devices), die über integrierte vorverarbeitende Funktionen verfügen und über Feldbus mit übergeordneten Systemen kommunizieren, sind zur Erfassung und Auswertung von Zustandsinformationen optimal geeignet. Sie interpretieren und verdichten die erfassten Daten und transferieren die gewonnenen Informationen zur Anzeige und Weiterverarbeitung in übergeordnete Systeme.

Daher werden intelligente Feldgeräte auch immer häufiger in Prozessanlagen eingesetzt. Für Industriearmaturen, deren effektive Zustandsüberwachung eine umfangreiche Erfassung und Auswertung der analogen Signale umfasst, ist eine entsprechend aufwendige Elektronik erforderlich. Diese wird als eingebettetes System in die Feldgeräte eingebaut (Embedded System) und besitzt in der Regel eine integrierte Feldbus-Schnittstelle zur direkten Kommunikation mit übergeordneten Systemen.

Bei Regelventilen ist es durchaus sinnvoll und auch rentabel, einen intelligenten Stellungsregler mit umfangreichen integrierten Diagnosefunktionen einzusetzen.

Bei einfachen Auf/Zu-Armaturen, die über ein Magnetventil angesteuert und deren Schaltposition über die Grenzkontakte eines Endschalters signalisiert werden, wird man im Einzelfall entscheiden müssen, ob es sinnvoll erscheint, für die Steuerung Anbaugeräte mit entsprechend aufwendiger Elektronik auszurüsten, um die Vorzüge des Condition Monitoring nutzen zu können.

Die Preise für intelligente Magnetventile und Grenzsignalgeber würden sich zwangsläufig erhöhen, da erhebliche Entwicklungskosten anfallen und auch der Fertigungs- und Prüfaufwand deutlich steigen würden. Für Smart Devices, die im Ex-Bereich eingesetzt werden, sind zudem die Kosten für die Zertifizierung zu berücksichtigen. Es ist zu vermuten, dass die Anwender auf die erhöhten Preise solcher funktional aufgerüsteten Geräte eher defensiv reagieren, da die höheren Kosten pro Gerät sofort zu Buche schlagen, während die mittel- und langfristigen Kosteneinsparungen für Wartung und Instandhaltung nicht unmittelbar transparent sind.

Um dennoch die Vorteile des Condition Monitoring mit einfachen Geräten nutzen zu können, bieten sich kostengünstige sogenannte Intelligente Feldgeräte-Gruppen IFDGs (Intelligent Field Device Groups) an. Diese können nicht nur bei neuen, sondern auch bei bestehenden Anlagen nachgerüstet werden.

In einer IFDG werden Feldgeräte zusammengefasst, die über keine eigene Analyse- und Auswerteeinheit verfügen, wie Magnetventile zur Ansteuerung von Auf/Zu-Antrieben oder einfache Sensoren zur Stellungsrückmeldung und Drucküberwachung. Remote-I/O-Einheiten, die dezentral in der Nähe der Feldgeräte installiert sind, steuern die Magnetventile an und erfassen die Sensorsignale. Über einen Feldbus (z. B. Profibus-DP) kommunizieren sie mit einer übergeordneten IFDG-Unit, einem Panel PC mit integrierter SPS und installierter Applikationssoftware.

Eine IFDG ist optimal skalierbar und ohne großen Aufwand mit weiteren Aktoren oder Sensoren funktional erweiterbar. Durch Implementierung neuer oder Modifizierung bestehender Kenngrößen kann die Auswertung der Zustandsgrößen auf einfache Art und Weise angepasst werden. Neuentwicklungen oder separate Zulassungen (z. B. für Ex-Anwendungen) sind nicht erforderlich. In der IFDG-Unit werden die erfassten binären Zustandsinformationen analysiert und ausgewertet. Statusinformationen in Anlehnung an die Namur-Empfehlung NE 107 und erste statistische Auswertungen (z. B. Schaltverhalten, Öffnungs- und Schließzeiten) können direkt durch das Anlagenpersonal genutzt werden und somit schon frühzeitig in die Maßnahmenplanung zur Optimierung der Wartung und Instandhaltung einfließen. Selbst zusammenhängende Testabläufe können für einzelne Armaturen anwenderspezifisch durch das Anlagenpersonal über den Bildschirm der IFDG-Unit durchgeführt werden, z. B. Teilhubtests von Auf/Zu-Armaturen (Ventil, Antrieb, Magnetventil, Grenzsignalgeber).

Besitzt die IFDG-Unit neben dem Feldbus-Interface auch eine Ethernet-Schnittstelle, kann sie als Gateway zwischen der Feldebene und übergeordneten Systemen eingesetzt werden. Die Kommunikation mit untergeordneten Systemen erfolgt dann über Feldbus (z. B. Profibus-DP, Master/Slave) und die Anbindung an übergeordnete Systeme über Ethernet (z. B. Modbus TCP, Profinet, Ethernet/IP). Das Anlagenpersonal kann dann mit Remote-Access oder komfortabel über WLAN mit einem Notebook, Tablet PC oder Smartphone auf Zustandsinformationen der Feldgerätegruppen zugreifen, um diese zu visualisieren und in der „Office-Welt“ weiterzuverarbeiten.

Die Gateway-Funktionalität ermöglicht es zudem, Zustandsdaten der Feldgeräte sowie ermittelte statistische Daten für die weitere Auswertung direkt in ein Prozessleitsystem (PLS), Manufacturing Execution System (MES) oder Asset Management System (AMS) zu übertragen. Erfolgt die Konvertierung der zu übertragenden Datenformate des PLS, MES oder AMS bereits durch die IFDG-Unit, würde darüber hinaus das gesamte Datenaufkommen deutlich reduziert und eine optimale Nutzung der Standardfunktionen dieser Systeme gewährleistet.

Smart Devices werden mittel- bis langfristig fester Bestandteil bei Industriearmaturen in Prozessanlagen sein. Derzeit bieten Intelligente Feldgeräte-Gruppen (IFDGs) eine kostengünstige Möglichkeit, die Vorteile des Condition Monitoring bei Auf/Zu-Armaturen auch dann zu nutzen, wenn diese nicht oder noch nicht mit Smart Devices ausgerüstet sind. Das Anlagenpersonal kann vor Ort durch Visualisierung der in den IFDG-Units ausgewerteten Zustandsinformationen profitieren und auf diese Weise erkennen, welche Vorteile intelligente Feldgeräte für die Anlagenwartung und Instandhaltung bieten.

Die Erfassung und Auswertung von binären Zustandsdaten der Feldgeräte in den IFDG-Units ermöglichen eine Effizienzsteigerung des Anlagenbetriebs mit einem Minimum an erfassten Daten. IFDG-Units mit Gateway-Funktionalität schaffen zudem die Voraussetzung für einen effizienten Datenaustausch durch direkte Kommunikation mit übergeordneten Systemen und bewirken damit eine Kostenersparnis bei der Entwicklung anwenderspezifischer Software für Systeme der Prozess- und Betriebsleitsysteme. IFDGs können sowohl bei Neuanlagen eingesetzt, als auch bei bestehenden Anlagen problemlos nachgerüstet werden.

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Produktmanager Magnetventile,Samsomatic