Gleisbau am NOA-Zug

Siemens stellt Konzept für Namur Open Architecture vor

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06.11.2018 Der Run auf die Daten ist in vollem Gang: Zur Optimierung ihrer Prozesse will die Chemie künftig alle verfügbaren Daten mobilisieren. Voraussetzung dafür ist eine Infrastruktur, mit der Daten zur Auswertung in Cloud-Applikationen übertragen werden können. Siemens will dazu eigene Komponenten erweitern und den NOA-Ansatz der Namur vorantreiben.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Die Diagnosedaten smarter Feldgeräte bleiben bislang in Prozessanlagen meist ungenutzt. Mit der Namur Open Architecture steht nun ein zweiter Kanal zur Verfügung, um diese Daten verfügbar zu machen.
  • Mit verschiedenen Komponenten bis hin zu Cloud-Applikationen will Siemens den Ansatz nutzen, um die Verfügbarkeit von Prozessanlagen zu steigern und die Daten für Optimierungsmaßnahmen zugänglich zu machen.

Das Empfangskommittee steht bereits im Zielbahnhof bereit, der Zug ist unterwegs, doch an der Schienenstrecke wird noch an vielen Stellen gebaut. In etwa so stellt sich die digitale Transformation der Prozessindustrie derzeit dar. In den Anlagen der Chemie- und Pharmaindustrie sind Messumformer installiert, die eigentlich deutlich mehr können, als lediglich Messwerte via 4…20-mA-Signal zu übertragen. Selbst bei der Mehrzahl (85 %) der in Prozessen vorhandenen Hart-fähigen Geräte bleiben Diagnosedaten ungenutzt. Dasselbe gilt für Profibus-Geräte: Oft werden nur Daten des zyklischen Kommunikationskanals vom Leitsystem verarbeitet, die azyklischen Geräteinformationen bleiben ungenutzt.

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Dr. Ralf Huck leitet bei Siemens das Produktmanagement für Prozessinstrumentierung, „Investitionen in Konnektivität lohnen sich, um die Grundlage für die Digitalisierung zu legen.“

„Eine der größten Herausforderungen ist die Vernetzung in bereits bestehenden Anlagen“, weiß Dr. Ralf Huck, Chef des Produktmanagements für Prozessinstrumentierung bei Siemens. Auch die in der Namur organisierten Anwender aus der Prozessindustrie haben das erkannt und mit der Namur Open Architecture, kurz NOA, eine Struktur vorgeschlagen, um die bislang ungenutzten Daten über einen zweiten Datenkanal für die Auswertung zugänglich zu machen.

Wie das in der Praxis funktionieren kann, hat Siemens im Juni auf der Achema gezeigt: In einem NOA-Demonstrator wurden die bislang in Feldgeräten gestrandeten Daten über NOA-Connectoren und einen sogenannten NOA Access Point beispielhaft in eine App übertragen, in der Daten visualisiert und angezeigt wurden. Der Clou: Die dazu notwendige Technik basierte auf Erweiterungen bereits vorhandener Komponenten des Herstellers, die zur Erarbeitung des NOA-Standards genutzt und später dann auf den Markt kommen werden. Hart-Diagnosedaten wurden beispielsweise von dem Datenaufnahme-Gerät Sitrans Connect 2040 ausgelesen und via Ethernet über den NOA Access Point in die Cloud übertragen. „Die Baugruppe wird immer dann zum Einsatz kommen, wenn die installierte, dezentrale Peripherie selbst nicht in der Lage ist, die Hart-Information weiterzureichen“, erklärt Konstantin Selnack, Produktmanager für das Datenaufnahme-Gerät. „Vergleichbare Produkte bzw. Funktionen sind auch für die Profibus-Welt vorgesehen“, so Selnack.

Lokale Vorverarbeitung der Daten aus dem Feld

Alle Daten dieser Connectoren laufen am NOA Access Point zusammen und werden von diesem verschlüsselt und über eine gesicherte Internetverbindung in die Cloud-Plattform Mindsphere übertragen. Damit unterschiedliche Gerätearten, Kommunikationsprotokolle und Semantiken künftig mit den unterschiedlichsten Cloud-Applikationen zusammenarbeiten können, entwickelt die Namur gemeinsam mit Herstellern derzeit das NOA-Informationsmodell, das auf dem Standard OPC UA aufsetzt. „Das NOA-Datenmodell ist die Voraussetzung für eine einheitliche und einfache Weiterverarbeitung der Daten zu Informationen und Wissen“, unterstreicht Huck: „Fehlende Konnektivität und Standardisierung sind die größten Herausforderungen. Wir unterstützen daher aktiv die zügige Realisierung eines solchen Modells im Rahmen der jetzt aufgesetzten Namur- und ZVEI-Arbeitskreise.“

Mit verschiedenen Komponenten bis hin zu Cloud-Applikationen will Siemens die Gleise für den künftigen Datenaustausch in der Namur Open Architecture legen.

Mit verschiedenen Komponenten bis hin zu Cloud-Applikationen will Siemens die Gleise für den künftigen Datenaustausch in der Namur Open Architecture legen.

Doch wird es künftig ausreichen, alle im Feld verfügbaren Daten in die Cloud zu übertragen? Aus Sicht von Ralf Huck und seinen Kollegen greift dieser Ansatz zu kurz: „Das zukünftig vorstellbare Datenvolumen wäre sehr schnell wieder viel zu mächtig für das Netzwerk und die Auswertung in der Cloud unwirtschaftlich.“ Der Hersteller setzt deshalb auf sogenannte „Edge Devices“, die lokal Rechenleistung zur Verfügung stellen und die Datenflut verdichten. So werden schließlich nur solche Informationen an Cloud-Applikationen weitergeleitet, die einen verteilten Zugriff erfordern.

Dies wird insbesondere dann wichtig, wenn zu den klassischen Feldgeräten neue und zusätzliche Sensordaten, beispielsweise aus akustischen oder optischen Messungen dazu kommen. So werden künftig sogenannte Multi-Sensoren zusätzlich zu den Regelgrößen auch Parameter wie Schwingungszustände, Feuchte, Temperatur oder Positionsdaten liefern, die zur Optimierung von Anlagen und Prozessen genutzt werden können. Durch das Erkennen von Abweichungen gegenüber dem Normalbetrieb lässt sich ein eventueller Ausfall der Geräte oder eine notwendige Wartung vorhersagen. Das Ziel: ungeplante Anlagenstillstände vermeiden und Wartungseinsätze besser planbar zu machen.

Einen besonderen Schwerpunkt bilden dabei die Ventile. Diese werden in den harschen Umgebungen der Chemieindustrie mechanisch besonders beansprucht und unterliegen einem starken Verschleiß. Die App „Valve Predictive Maintenance“ unterstützt das Wartungspersonal dabei, den Zustand aller Regelventile zu überwachen und die Wartung vorausschauend zu planen. Dazu greift die Softwarelösung auf Big-Data-Funktionen der Simatic PDM Maintenance Station zurück und erkennt, ob ein Ventil sofort oder in der Zukunft gewartet werden muss. Das im vergangenen Jahr vorgestellte System überwacht auf Basis ermittelter Daten den Zustand von intelligenten Stellungsreglern unabhängig vom eingesetzten Automatisierungs- und Leitsystem. Voraussetzung ist, dass die Geräte via EDD oder FDI beschrieben sind. Mit dieser Lösung zielt der Hersteller vor allem auch auf existierende Installationen, in denen die Diagnoseinformationen heute meist ungenutzt bleiben.

Ventildiagnose soll helfen, die Anlagenverfügbarkeit zu steigern

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Marco Volz ist bei Siemens Produktmanager für Stellungsregler, „Condition Monitoring und Predictive Maintenance sehen wir als einen der Schlüssel, um Betriebs- und Instandhaltungskosten zu reduzieren und die Anlagenverfügbarkeit zu steigern.“

„Condition Monitoring und Predictive Maintenance sehen wir als einen der Schlüssel, um Betriebs- und Instandhaltungskosten zu reduzieren und die Anlagenverfügbarkeit zu steigern“, begründet Marco Volz, Produktmanager für Stellungsregler, die Motivation des Herstellers. Mit Hilfe dieser Cloudlösungen ist es möglich, von einer zeitgesteuerten zu einer eventgesteuerten Serviceplanung zu kommen. Schon heute erkennt der millionenfach in Anlagen verbaute Stellungsregler Sipart PS2 beispielsweise, ob die Reibung innerhalb einer Armatur zunimmt oder sich die pneumatische Leckage einer Armatur vergrößert. Diese Informationen bilden die Basis für moderne Auswertungssysteme vor Ort oder in der Cloud. „Dabei ist es unser Anspruch, dass unsere Apps nicht nur mit Siemens-Komponenten funktionieren“, erkärt Ralf Huck.

Experten-Wissen über Remote Services anzapfen

Die Digitalisierung und Vernetzung ermöglicht den Anlagenbetreibern zudem, vergleichsweise einfach auf die Expertise von Spezialisten zuzugreifen. „Wenn sich ein Kunde beim Überwachen des Zustands der Ventile seiner Anlage unsicher ist, kann er unseren Experten ausgewählte Datensätze in verschlüsselter Form zur Begutachtung zusenden“, erklärt Volz das Remote Service-Angebot. Dazu kommt die Möglichkeit, dass Experten des Herstellers lokale Techniker beim Service unterstützen, indem sie ihnen via Augmented Reality oder mit modernen Service Tablets über die Schulter schauen. Die im Stellungsregler bereits vorhandenen Diagnosemöglichkeiten will der Hersteller weiterentwickeln: „Inzwischen können wir auch zu einem sehr frühen Zeitpunkt mögliche Leckagen detektieren und kompensieren“, so Volz. Zur Messe Valve World im November 2018 will der Hersteller zudem einen neuen Stellungsregler, den Sipart PS 100 vorstellen, der einerseits für den Anschluss an die digitale Welt vorbereitet ist und andererseits sehr robust und einfach in Betrieb zu nehmen ist.

Fazit: Die aktuellen Entwicklungen zeigen, dass der Zug zur digitalen Transformation der Prozessindustrie bereits Fahrt aufgenommen hat. Auch wenn noch nicht alle Gleise liegen und beispielsweise das NOA-Informationsmodell noch nicht ausdefiniert ist, lassen sich bereits heute die Weichen stellen. Ralf Huck: „Investitionen in Konnektivität lohnen sich, um die Grundlage für die Digitalisierung zu legen. Außerdem sollten alle dabei helfen, die notwendigen Standards in die richtige Richtung voranzutreiben.“

Zur Technik: Neuheiten bei Stellungsreglern

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Auch für den Sipart PS2 werden zur Valve World neue Funktionen vorgestellt. Der Stellungsregler wurde mit zusätzlichen Drucksensoren ausgerüstet.

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Der neue Stellungsregler Sipart PS100 ist sehr robust und einfach in Betrieb zu nehmen.

Zur Messe Valve World wird Siemens seinem Stellungsregler-Bestseller Sipart PS2 einen weiteren Stellungsregler zur Seite stellen. Der SipartPS100 zielt auf Anwender, die Wert auf eine sehr einfache Bedienung legen. Im Gegensatz zum PS2, der mittels vieler Optionen, Zubehör und Parameter an nahezu jede Anwendung flexibel angepasst werden kann, bietet der neue Stellungsregler einen maßgeschneiderten Funktionsumfang mit One-Push-Initialisierung und sehr schnellen Inbetriebnahmezeiten. So lässt sich der Sipart PS100 beispielsweise bei Bedarf mit einem weiteren Tastendruck auf Ventilanwendungen wie z. B. „kleine oder große Armaturen, Auf-Zu-Armaturen, Armaturen mit Boostern“ einstellen. Der Stellungsregler ist nach Wahl mit einem transparenten Kunststoff oder einem robusten Aluminiumgehäuse verfügbar. Um auch Anwendungen mit starken Vibrationen sicher meistern zu können, kommt ein berührungsloses und damit verschleißfreies Sensorsystem zum Einsatz. Auch für den Sipart PS2 werden zur Messe neue Funktionen vorgestellt. Mit zusätzlichen Drucksensoren schaut der intelligente Stellungsregler weit über seinen „Tellerrand“ hinaus und überwacht den Zustand der Armatur zuverlässig. Bei einem Stromausfall in der Anlage ist es nun möglich, die noch vorhandene Druckluft so zu nutzen, dass die Armatur ihre Stellung hält. Ferner wird die Drucksensorik im Stellungsregler auch beim Partial Stroke Test von Sicherheitsarmaturen zu einer höheren Diagnoseabdeckung führen.

Valve World 2018 Halle 04 – A06
SPS IPC Drives 2018 Halle 11

Heftausgabe: November/2018
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK
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