Industrie 4.0 am Rohr

Durchfluss-Messumformer mit integrierter Wlan-Kommunikation und Web-Server

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13.06.2017 Der zweite Kanal wird Realität: Um die in der Namur Open Architecture beschriebene Trennung von Automatisierungs- und Monitoring-Kommunikation wahr werden zu lassen, benötigen Sensoren im Feld leistungsfähige Kommunikationstechnik. Warum also nicht gleich Wlan und Webserver in Messumformer integrieren?

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Obwohl komplexe Feldgeräte wie Coriolis-Massemesser bereits heute eine Vielzahl an Diagnoseinformationen liefern können, liegen diese Funktionen in der Praxis meist brach.
  • Das Gerätekonzept der neuen Messumformer Proline 300/500 ermöglicht die direkte Cloud-Kommunikation, mit der Diagnoseinformationen ausgewertet werden können.

EH Proline wlan

Integriertes Wlan, Profinet, Ethernet IP, Wireless Hart sowie ein eingebauter Webserver bilden die Grundlage für direkte Cloud-Kommunikation. Bild: Endress+Hauser

Im Historom werden Parameterdaten abgelegt, wodurch eine Neuparametrierung entfällt

Im Historom werden Parameterdaten abgelegt, wodurch eine Neuparametrierung entfällt. Bild: Endress+Hauser

Christian Rützel ist bei Endress+Hauser Abteilungsleiter Marketing Durchfluss Den Abnutzungsgrad zweifelsfrei zu diagnostizieren, war bislang nicht möglich. Der Heartbeat Sensor Integrity-Parameter gibt nun den Grad der Abnutzung eines Messrohrs durch Abrasion, Korrosion oder Materialanbackungen genau an.

Christian Rützel ist bei Endress+Hauser
Abteilungsleiter Marketing Durchfluss
„Den Abnutzungsgrad zweifelsfrei
zu diagnostizieren, war bislang nicht möglich. Der Heartbeat Sensor
Integrity-Parameter gibt nun den Grad der Abnutzung eines Messrohrs durch Abrasion, Korrosion oder Materialanbackungen genau an.“

„Industrie 4.0 ready“ nennt Endress+Hauser das Kommunikationskonzept seiner neuen Messumformer Proline 300 und 500, die zur Durchflussmessung an magnetisch induktiven oder Coriolis-Sensoren des Herstellers eingesetzt werden. Der Hersteller zielt mit der Funktionalität auf das für die Prozessindustrie naheliegende Industrie-4.0-Geschäftsmodell der vorausschauenden Wartung: Dabei werden Prozesse und Anlagenkomponenten laufend so überwacht, dass einerseits Anlagenstillstände durch einen unvorhergesehenen Ausfall von Prozesskomponenten vermieden werden, andererseits keine turnusmäßigen und damit häufig zu frühen Wartungsarbeiten notwendig sind. Auf diese Weise lassen sich Betriebs- und Wartungskosten sparen.

Obwohl komplexe Feldgeräte wie zum Beispiel ein Coriolis-Massemesser bereits heute eine Vielzahl an Diagnoseinformationen liefern können, liegen diese Funktionen in der Praxis meist brach. Der Grund dafür liegt einerseits in dem im Feld oft nur unzureichenden Zugriff auf die relevanten Diagnoseparameter über klassische Feldbussysteme. Und selbst für die Hart-Kommunikation sind die im Feld installierten Gateways und Remote-IOs oft nicht durchlässig. Dazu kommt der Aufwand für das Engineering von Diagnosefunktionen im Prozessleitsystem. „Die Leitsysteme sind in der Regel hoch integriert. Die Anwender scheuen häufig den Aufwand, neue Funktionen für die Feldgeräte-Diagnose im Prozessleitsystem nachzurüsten“, weiß Christian Rützel, Abteilungsleiter Marketing Durchfluss bei Endress+Hauser.

Namur Open Architecture öffnet zweiten Informationskanal

Die verfahrene Situation ist bereits seit vielen Jahren bekannt, doch erst im vergangenen Jahr ist Bewegung in die Sache gekommen: Mit der Namur Open Architecture, NOA, stellte die Anwendervereinigung im November 2016 einen Ansatz für eine künftige Automatisierungsstruktur vor, mit der sich IT-Komponenten und Sensorfunktionen, die über die Mess- und Regelaufgabe hinausgehen – einfach integrieren lassen sollen, ohne dass diese die Verfügbarkeit und Sicherheit der Anlage gefährden. „Mit NOA nehmen wir den Bremsschuh der Automatisierungspyramide weg, ohne die Vorteile der alten Struktur aufzugeben“, erläuterte Namur-Vorstand Dr. Thomas Tauchnitz auf der Namur-Hauptsitzung 2016. Bereits im Jahr zuvor hatten Anwender beispielsweise berichtet, dass Chemiebetriebe dazu übergehen, ihre Anlagen mit Wlan auszuleuchten, um einen zusätzlichen Kommunikationskanal in das Feld zu etablieren.

Mit dem Gerätekonzept der neuen Messumformer trägt der Hersteller aus Reinach in der Schweiz diesem Wunsch Rechnung: Integriertes Wlan, Profinet, Ethernet IP, Wireless Hart sowie ein eingebauter Webserver bilden die Grundlage für direkte Cloud-Kommunikation. Die neuen Proline-Geräte nutzen die offene Schnittstelle OPC-UA für den Daten-Export. Die Daten können so verarbeitet werden, ohne die Kern-Automatisierung zu belasten – mit dem Ziel, Effizienzsteigerungen in der Produktion, aber auch in den Geschäftsprozessen – beispielsweise der Instandhaltung – zu erreichen.

Eindeutige Gerätediagnose spart Wartungskosten

Potenzial sieht der Gerätehersteller beispielsweise bei der sicherheitstechnischen Funktionsprüfung im laufenden Betrieb: „Je mehr man hier automatisieren kann, desto sicherer wird der Anlagenbetrieb. Außerdem wird dadurch der manuelle Aufwand für die Funktionsprüfung geringer“, so Christian Rützel. Um dies zu erreichen, hat der Hersteller in das Gerät eine kontinuierlich arbeitende Geräteprüfung integriert, mit der das Durchflussmessgerät permanent überwacht wird. Die „Heartbeat Technology“ genannte Funktion beinhaltet die Selbstdiagnose, Verifikation und das Monitoring. Die Prüfergebnisse werden mit dem Werkszustand verglichen und im Gerät gespeichert. „So können Kalibrierzyklen verlängert und Wartungskosten gesenkt werden“, erläutert Rützel. Neu ist laut Hersteller, dass die Proline-Geräte nun eindeutig interpretierbare, gerätespezifische Trendparameter bereitstellen. So soll der „Promass HBSI-Parameter“ (Heartbeat Sensor Integrity) eindeutige Trendaussagen über den Arbeitsvorrat des Gerätes in korrosiven, abrasiven und belagsbildenden Anwendungen liefern, mit dem schließlich eine vorausschauende Wartung möglich wird.

„Den Abnutzungsgrad zweifelsfrei zu diagnostizieren, war bislang nicht möglich“, so Rützel. Denn obwohl Diagnosefunktionen auch schon früher Aussagen über den Anlagenzustand lieferten, mussten diese in der Regel anhand der spezifischen Prozesssituation interpretiert werden – das erforderte Experten und Expertensysteme und war in der Praxis nur schwer umsetzbar. „Mit dem HBSI-Wert wird der Grad der Abnutzung eines Messrohrs durch Abrasion, Korrosion oder Materialanbackungen darstellbar“, so Rützel. In Verbindung mit weiteren per Cloud verfügbaren Informationen aus dem betrieblichen Umfeld – beispielsweise über die Verfügbarkeit von Ersatzteilen und Personal sowie zu geplanten Anlagenstillständen – sollen Wartungseinsätze künftig zum idealen Zeitpunkt durchgeführt werden können. So kann beispielsweise Belagsbildung im Sensorrohr detektiert werden – Reinigungszyklen lassen sich darüber automatisiert steuern und optimieren.

Cloud-Anbindung ermöglicht es, Abnutzungsvorrat zu diagnostizieren

Die Auswertung der HBSI-Werte kann in Cloud-Applikationen erfolgen: Dort werden die Daten analysiert, Trends festgestellt und Trendkurven so extrapoliert, dass Aussagen zum verbleibenden Abnutzungsvorrat und zum optimalen Wartungsvorrat getroffen werden können. Die Ressourcen für den Wartungseinsatz könnten so künftig vollautomatisch geplant werden. Informationen zum Gerät können dabei aus dem webbasierten Asset-Managementsystem W@M via Internet bereitgestellt weden. Auf diesem Weg lassen sich außerdem weitere Informationen, Handlungsempfehlungen, Werkzeuglisten und Dokumente zur Messstelle übertragen.

Die drahtlose Kommunikation und der integrierte Webserver sollen aber auch dazu beitragen, den Betrieb der Geräte sicherer und einfacher zu machen: So ermöglicht der Webserver die Gerätebedienung über gängige Webbrowser. Für die Inbetriebnahme von Geräten in Sicherheitsfunktionen hat der Hersteller eine SIL-Inbetriebnahme-Sequenz entwickelt, mit der verhindert wird, dass eine Schutzeinrichtung falsch parametriert ist. Dazu werden alle relevanten Parameter geprüft und der Inbetriebnehmer schrittweise geführt. So sollen häufige Fehler vermieden werden – dazu gehören

  • eine zu hohe Dämpfung des Messwerts,
  • ein versehentlicher Betrieb im Simulationsmodus,
  • Offsetts auf dem Messwert oder
  • zu frühe Alarme aufgrund von Prozesseinflüssen.

Einmal konfiguriert, werden Parameter im „Histo Rom“ genannten Datenspeicher abgelegt und aus diesem bei einem Komponententausch wieder geladen – dadurch ist keine Neuparametrierung notwendig und das Speicherkonzept stellt Software-Inkompatibilitäten ab: Neue Komponenten werden durch ein automatisches Update der Firmware in das Gerät integriert . „Je einfacher ein Gerät für den Bediener ist, desto sicherer ist auch die Messung“, fasst Christian Rützel zusammen.“

Künftig können Feldgeräte Diagnosedaten direkt an Cloud-Applikationen senden. Bild: Endress+Hauser

Künftig können Feldgeräte Diagnosedaten direkt an Cloud-Applikationen senden. Bild: Endress+Hauser

Zur Technik: Wlan und Web-Server im Messumformer

Über die in die Messumformer der Durchflussmessgeräte integrierte Wlan-Schnittstelle ist der Zugriff mit Android-, iOS- oder Microsoft-Mobilgeräten bei der Verwendung ex-zugelassener Geräte auch im Ex-Bereich möglich. Die Funktechnik befindet sich im Anzeigemodul des Messumformers und hat eine Reichweite bis zu 10 m. Mit einer optionalen Außenantenne werden bis zu 50 m erreicht. IT-Security wird über die Authentifizierung nach IEEE 802.11 und WPA2-PSK (AES)-Verschlüsselung erreicht. Der Zugriff ist außerdem über Passwörter, Zugangscodes und die Verriegelung via Hardwareschalter geschützt.

Der integrierte Web-Server ermöglicht einen einfachen und intuitiven Zugang zu den Messgeräten und kann unter anderem zur Konfiguration und Fernwartung genutzt werden. Die Geräte können so ohne Expertenwissen mit üblichen Webbrowsern bedient werden. Aufwendige Updates und das Versionsmanagement von Treibern und Software der heute gängigen DTM/FDT- und DD/EDD-Technologie-basierten Bedientools entfallen. Durch den Einsatz von intuitiven Web-Servern als Bedientool reduziert sich auch der Schulungsaufwand für die Nutzer.

CT-Produktfokus: Neuheiten bei Durchflussmessgeräten aus CT 01-02/2017.

Detaillierte Infos zu den Messumformern Proline 300 und 500 auf den Websites des Herstellers.

Heftausgabe: Juni 2017
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK
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