Wer sein Unternehmen auf das digitale Zeitalter vorbereitet, optimiert neben der Informationstechnologie zwangsläufig auch seine Feldebene. Dazu braucht es Sensoren, die relevante Daten bereitstellen und mit denen Prozessoptimierungen und Effizienzgewinne angestoßen werden können. In der Technologie-Roadmap zu den „Prozesssensoren 4.0“ fordert die NAMUR, dass zwischen Sensor und übergeordneten Auswertungs- und Steuersystemen ein zweiter, mobiler Kommunikationskanal eröffnet wird, über den der Sensor Informationen zur vorbeugenden Wartung und Prozessoptimierungen liefert. Außerdem müssen Produktinformationen wie Handbücher oder Zertifikate jederzeit mobil vor Ort verfügbar sein. Industrie 4.0-fähige Geräte zeichnet Endress+Hauser im Einzelnen durch folgende spezifische Eigenschaften aus.
Konnektivität und Kommunikationsfähigkeit
Der Prozesssensor 4.0 soll als CPS (Cyber-Physikalisches System) mit anderen Prozesssensoren und mit dem Netzwerk neben den Messwerten auch andere Informationen austauschen können. Die dafür benötigte Konnektivität und Kommunikationsfähigkeit besitzen die aktuellen Messgeräte von Endress+Hauser. Bei Feldbus-Protokollen gelangen die Informationen über Fieldgates in das ethernetbasierte Unternehmensnetzwerk und von dort über ein Edge Device in das IIoT-Ökosystem Netilion. Über den offenen Schnittstellenstandard OPC UA oder industrielle Ethernet-Protokolle wie PROFINET und Ethernet/IP lassen sich die Informationen auch direkt auslesen. In absehbarer Zukunft werden weitere Industrie 4.0 Enabler auf den Plan treten wie zum Beispiel der Advanced Physical Layer und 5G.
Generell gewinnen in der Industrie 4.0 drahtlose Technologien wie WLAN, WirelessHART und Bluetooth® wireless technology an Bedeutung. Sie müssen die Möglichkeit zur parallelen Datenübertragung bieten, wie es im NOA-Konzept (Namur Open Architecture) definiert ist. Die uni-direktionale, parallele Kommunikation über die sogenannte Informationsdiode verhindert eine unerwünschte Rückwirkung in die Feldebene und reduziert das Datenvolumen zu den Prozessleitsystemen.
Ein zweiter, paralleler und drahtloser Kommunikationskanal lässt sich in Bestandsanlagen direkt am Feldgerät nachrüsten. Endress+Hauser hat dafür den neuen Adapter SWA50 entwickelt, der auf dem HART-Protokoll basiert und die Datenübertragung mit WirelessHART und Bluetooth unterstützt. Damit lassen sich alle HART-Geräte – auch in reinen 4-20-mA-Infrastrukturen – einfach anbinden. Der Adapter speist sich über die Stromschleife und ist eigensicher. Die Verbindung zum Netilion IIoT-Ökosystem kann über ein WirelessHART-Gateway und ein Edge Device hergestellt werden.
Instandhaltungs- und Betriebsfunktionen
Der Prozesssensor 4.0 soll laut NAMUR smarte Instandhaltungsfunktionen beinhalten. In den intelligenten Sensoren von Endress+Hauser bietet die Heartbeat Technology Diagnosefunktionen mit standardisierten Meldungen gemäß NE107, die auch Warnhinweise zur vorausschauenden Wartung umfassen. Damit ist das Condition Monitoring, die Zustandsüberwachung der Feldebene, sichergestellt. Durch zusätzliche Monitoringdaten der Heartbeat Technology können weitere Messgrößen über das Medium berechnet oder Aussagen über die Qualität der Messung bzw. des Geräts getroffen werden. Interne Sensordaten werden genutzt, um den optimalen Wartungszeitpunkt zu berechnen, bevor sich zum Beispiel das Messrohr bei einem Promass Coriolis-Durchflussmessgerät zusetzt oder korrodiert.
Die von der Heartbeat Technology ermittelten Daten werden vom Edge Device über eine sichere Datenautobahn an den Onlinedienst Netilion Health gesendet, der die Gerätediagnosen der Feldgeräte live anzeigt. Die Informationen umfassen den Gerätestatus, den Diagnosecode, die Ursache und eine Anleitung zur Abhilfe. Der Anwender weiß, was zu tun ist und welches Werkzeug benötigt wird, bevor er ins Feld geht. Endress+Hauser bietet heute 25.000 Gerätediagnosen für 355 Messgeräte an. Dank drahtloser Schnittstellen wie Bluetooth und WLAN sind die Daten dort, wo sie benötigt werden, einfach verfügbar, was auch mobile Wartungskonzepte ermöglicht.
Traceability und Compliance
Die Ergebnisse der Gerätediagnosen gilt es in geeigneter Form zu dokumentieren. Auch dies wird durch die Heartbeat Technology unterstützt. Die Messstelle kann jederzeit ohne Prozessunterbrechung verifiziert werden. Ein automatisch generiertes Prüfprotokoll unterstützt den Nachweis bei Regularien, Gesetzen und Normen.
Virtuelle Beschreibung
Dank Digitalisierung müssen Dokumente nicht mehr manuell abgelegt werden und sind zu jeder Zeit und an jedem Ort schnell und sicher auffindbar. Durch den Onlinedienst Netilion Analytics werden die digitalen Zwillinge der Feldgeräte automatisch mit spezifischen Dokumenten wie zum Beispiel Betriebsanleitungen, Kalibrierzeugnissen und Materialzertifikaten aus der Datenbank des Herstellers verknüpft. Endress+Hauser bietet heute schon mehr als 40 Millionen Datensätze zu seinen installierten Feldgeräten an.
Trends bei Konnektivitäts- und Kommunikationstechnologien
APL – der „Advanced Physical Layer“ – ist eine eigensichere Zwei-Draht-Ethernet-Lösung, die von Endress+Hauser mitentwickelt wird. Damit können Feldgeräte künftig auch in explosionsgefährdeten Bereichen und weitläufigen Anlagen gespeist und direkt per Ethernet angebunden werden. Die Übertragungsrate ist 300 Mal höher als bei herkömmlichen Feldbussen.
5G – ist ein neuer Mobilfunk-Standard, der sich durch Echtzeitfähigkeit und extrem hohe Datenraten auszeichnet. Endress+Hauser möchte als einer der ersten Hersteller seine Feldgeräte mit Mobilfunkmodulen ausstatten und bei bestehenden Anlagen über neu entwickelte HARTGateways mit 5G-Netzwerken verbinden.