dei
dei PROZESSMESSTECHNIK Aktueller Stand und zukünftige Möglichkeiten Potenziale von Industrie 4.0 in der Messtechnik Vor rund zehn Jahren wurde der Begriff Industrie 4.0 auf der Hannover Messe erstmals an die Öffentlichkeit getragen. Seitdem sind für die Prozessindustrie zahlreiche Lösungsansätze entstanden. Endress+Hauser erschließt mit einem entsprechenden Programm zusammen mit Anwendern und Partnern das Potenzial von Industrie 4.0 für die Nutzung von Messgeräten. Was ist in der Lebensmittel- und Getränke - industrie heute bereits möglich und wo geht die Reise hin? Ein moderner Produktionsbetrieb verfügt, abhängig von Größe und Branche, über ca. 50 bis 2000 Messstellen, um seine Produktionsprozesse zu messen, zu steuern, zu automatisieren und sicher zu machen. Die Messgeräte können heute schon neben den eigentlichen Messwerten weitere Daten und Informationen liefern, die aber nach Feststellung von Endress+Hauser zu 97 % nicht genutzt werden. Die Ursachen dafür sind u. a. die fehlende Konnektivität, um die Daten aus den Geräten herauszubekommen und der hohe Engineeringaufwand, den es bedarf, um diese zu interpretieren. Hier setzt das Industrie 4.0 Programm von Endress+Hauser an, indem es aufeinander abgestimmte intelligente Prozesssensoren, Cloud Apps, Schnittstellen und Konnektivitäts-Komponenten kombiniert und in praxisorientierte Lösungspakete übersetzt. Besonders relevant für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind beispielsweise die Lösungspakete für den Anlagenüberblick, die Anlagenüberwachung und das mobile Asset Management. Smarte Sensoren mit verfügbaren Daten sind der Schlüssel zu Industrie 4.0 Bilder: Endress+Hauser So werden Sensoren smart Das Industrie 4.0 Programm macht die Daten der smarten Feldgeräte verfügbar. Doch wodurch wird ein Feldgerät zu einem „smarten Sensor 4.0“? Hier spielen Kommunikationskonzepte eine wichtige Rolle. Integrierte Webserver ermöglichen bereits heute eine direkte Bedienung und einen Datenaustausch mit einem Laptop. Der Kommunikationsstandard OPC UA erlaubt herstellerübergreifend die Einbindung von Mess- und Zustandsdaten in nachgelagerte 32 dei 03-2022
Ein Beispiel für smarte Sensoren sind die Durchflusssensoren Proline 300/500 von Endress+Hauser mit integriertem Webserver und WLAN sowie Selbstdiagnosesystemen Geschäftsprozesse. Auch das Produktportfolio an Geräten mit Ethernet-basierten Feldbussen wächst stetig. Ein weiteres Kriterium, das einen Sensor zum smarten Sensor macht, sind geräteinterne Prüffunktionen. So bieten Messgeräte mit Heartbeat Technology Diagnose-, Verifikations- und Monitoringfunktionen, die mit datenbasierten Meldungen und Warnhinweisen Mehrwerte schaffen und eine vorausschauende Wartung ermöglichen. Besonders hilfreich zur Führung stabiler Prozesse in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind zusätzliche Informationen zur Gasblasen-, Schaum oder Belagsbildung. Beispielsweise können die Radar-Füllstandsmessgeräte Levelflex und Micropilot Schaumbildung zuverlässig erkennen. Die Messgeräte nutzten die geräteinternen Daten auch zur permanenten Selbstüberwachung. So ist eine Verifikation ohne Prozessunterbrechung möglich. Als dokumentierte Prüfung kann sie auch herangezogen werden, um Prozesse zu triggern, für die z. B. die exakte Zudosierung von Rezepturbestandteilen essenziell für die Produktsicherheit ist – die Produktion läuft hier erst weiter, wenn das Gerät sich verifiziert hat. Ein weiteres Beispiel für einen smarten Sensor ist das selbstkalibrierende Thermometer Itherm Trustsens. Dieses kalibriert sich beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur vollautomatisch selbst und gewährleistet dadurch die permanente Sicherheit von kritischen Produktionsprozessen. Somit stehen Lebensmittel- und Getränkeherstellern zahlreiche Möglichkeiten offen, smarte Sensorik über alle Messparameter in die Produktionsanlagen zu verbauen, an die Daten der Feldgeräte zu gelangen und mit verschiedenen Lösungspaketen direkt von der digitalen Technik zu profitieren. Anlagenüberblick Bisher waren eine intensive Recherche und ein hoher manueller Aufwand erforderlich, um installierte Messgeräte einer Anlage für die Lebensmittel- oder Getränkeproduktion FORSCHUNG UND PRAXIS: Einen weiteren Beitrag zur Digitalisierung kann Messtechnik in cyber-physischen Systemen (CPS) liefern. Die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe arbeitet u. a. mit Unterstützung von Endress+Hauser an einem Projekt, das eine Kurzzeiterhitzungsanlage (KZE) für Getränke als CPS betreibt. In der heutigen Praxis wird der Erhitzungsprozess mit einem stark idealisierten Steuerungsmodell und hohen Sicherheitszuschlägen gefahren, was zulasten von Ressourcen und Produktqualität geschieht. Als Lösungsansatz für eine optimierte KZE-Steuerung wird während der Produktion das Produkt mittels Online-Analysemesstechnik vor und nach der Erhitzung charakterisiert zu erfassen. Hinzu kam die mühselige Pflege der Dokumentation der installierten Feldgeräte. Indem die einzelnen digitalen Tools aus dem IIoT-Ökosystem Netilion kombiniert werden, lassen sich die installierten Assets effizient verwalten. Die kostenlose Scanner App Netilion vereinfacht die manuelle Erfassung der installierten Basis (Hard-und Software). Die wesentlichen Daten des Feldgeräts lassen sich über einen QR-Code oder einen RFID-Chip einscannen. Zusätzliche Informationen wie die Lokalisierung der Messstelle können schnell und mühelos festgelegt werden. Mithilfe des Edge Device werden die Messgeräte sogar automatisch erfasst. Die Plug-and-play-Lösung lässt sich schnell installieren und stellt eine sichere Datenverbindung zum Netilion Hub her. Alle Änderungen an der installierten Basis werden fortlaufend automatisch erfasst. Dashboards in Netilion Analytics erleichtern die schnelle Auswertung der installierten Feldgerätebasis. Das ermöglicht eine hohe Transparenz. Entscheidungen können zukünftig aufgrund valider Daten schneller und sicherer getroffen werden. Hier werden auch Informationen über die Verfügbarkeit der Geräte angezeigt. Bei einem ausgemusterten Gerät wird auf Anhieb das geeignete Nachfolgeprodukt empfohlen. CYBER-PHYSISCHE SYSTEME und die Heißhaltetemperatur und -zeit mittels cloudbasierter Datenbank auf den potenziellen Schadmikroorganismus individuell an das Produkt angepasst. Dadurch erhält das Produkt die maximale mikrobiologische Sicherheit bei minimaler thermischer Belastung. In der Praxis findet man z. B. in einer süddeutschen Molkerei solch ein CPS in der Überwachung der Brauchwassereinleitung in den benachbarten Fluss. Dabei werden die Menge und Temperatur des einzuleitenden Wassers erfasst und mit Informationen aus dem Internet zu Pegelstand und Abfluss dokumentiert. Das System versendet automatisch die Berichte an das Wasserwirtschaftsamt. dei 03-2022 33
