Noch vor wenigen Jahren war es üblich, dass Kunden bei der Auswahl von Komponenten für ihre Anlagen dicke Kataloge wälzen, unzählige technische Daten aus Tabellen auslesen und Dokumentationen verschiedener Formate miteinander vergleichen mussten. Im Betrieb wurden dann Unterlagen für Zertifizierungen und Prüfungen, Wartungen und Sicherheitschecks aufwendig von Hand erstellt, aktualisiert und abgelegt. Mit dem Ansatz des digitalen Zwillings überführt Endress+Hauser dies alles in die virtuelle Welt.

Die Vision: Schon in der Planungsphase einer neuen Anlage wählen Kunden den passenden Sensor über einen Online-Konfigurator anhand ihres Anforderungsprofils aus und können den digitalen Zwilling für Einbau- und Funktionssimulationen nutzen. Bei der Bestellung werden Produktinformationen wie Typ und Modellnummer so weitergegeben, dass sie für die betriebswirtschaftliche Software der Kunden lesbar sind. Elektronische Anleitungen und Beschreibungen, die weltweit online zur Verfügung stehen, erleichtern Einbau, Kalibrierung und Inbetriebnahme des Messgeräts. Automatisiert zur Verfügung gestellte Zertifikate und Checklisten führen zu beschleunigten technischen Abnahmen und Prüfungen, da alle notwendigen Dokumentationen normgerecht aufbereitet und jederzeit einsehbar sind. In der Wartungsphase unterstützen dynamisch aktualisierte digitale Servicepläne das Lifecycle-Management des Geräts. Notwendige Wartungen werden frühzeitig angezeigt und können automatisiert in Auftrag gegeben werden. Neigt sich die Lebenszeit eines Sensors dem Ende zu, wird Kunden das zu ihrem Bedarf passende Ersatzgerät angeboten.

Für die Erzeugung des digitalen Zwillings überführen IT-Systeme alle Informationen zum jeweiligen Messgerät – Konstruktionsdaten ebenso wie Anleitungen, Zertifikate und sonstige technische Dokumentationen – in Datensätze, die sich in das digitale Ökosystem der Kunden integrieren lassen.

Datenströme vernetzen

Sobald die Daten erhoben sind, steht die Vernetzung dieser Datenströme an. Eine große Herausforderung für die Prozessindustrie, denn bislang bleiben rund 97 % der Felddaten ungenutzt. Der Grundstein für die Vernetzung von Standorten und Geräten wurde jedoch bereits gelegt: Nachdem die Datenübertragungstechnologie Ethernet jahrzehntelang ausschließlich in den Bürogebäuden der chemischen Industrie verwendet wurde, hat sie sich nun zu einem wichtigen Hoffnungsträger für die Digitalisierung entwickelt. Dieser Sinneswandel wird durch die Eigenschaften der physikalischen Schicht für Ethernet Advanced Physical Layer, kurz APL, vorangetrieben. Dank APL ist es möglich, dass Geräte in der Prozessindustrie mit hoher Geschwindigkeit und über Entfernungen von bis zu 1000 m miteinander kommunizieren können.

Daten nutzbar machen

Um die gewonnenen Datenströme zu analysieren, bietet Endress+Hauser mit ‚Netilion‘ ein herstellerübergreifendes und cloudbasiertes Industrial-IoT-Ökosystem, das für Prozesse in der industriellen Verfahrenstechnik ausgelegt ist und die physische und digitale Welt verbindet. Alle Daten können automatisiert mit dem digitalen Zwilling des Feldgeräts in ‚Netilion Library‘ verknüpft und gesammelt werden. Damit die erfassten Daten im Anschluss weiterverwendet werden können, bietet ‚Netilion Connect‘ die Anbindung über eine Standardschnittstelle (API) für die Anwendung in verschiedenen anderen IT-Systemen. Die Web-Applikation ‚Netilion Analytics‘ bereitet die Daten auf und bietet einen Überblick über alle Teilprozesse und sämtliche in der Anlage erfassten Komponenten unterschiedlicher Hersteller.

Warnsystem gegen Hochwasser

Eingesetzt wird Netilion beispielsweise bereits für die frühzeitige Hochwasserwarnung. Insbesondere in gebirgigen Regionen, aber auch in Landschaften mit Tälern oder Schluchten, können andauernde, heftige Regenfälle zu Hochwasser führen. Gerade Gewässer 2. und 3. Grades entwickeln sich dann schnell von kleinen Rinnsalen zu reißenden Strömen. Nehmen die Böden im Umkreis der Bäche keine Feuchtigkeit mehr auf, steigt das Risiko einer Überschwemmung. Aus diesem Grund ist die Messung mit Bodenfeuchtesensoren und die ganzheitliche Überwachung der Situation vor Ort wichtig.

‚Netilion Flood Monitoring‘ überwacht Aspekte wie die Wassersättigung des Bodens, Veränderungen im Flussbett und die Entwicklung von Bachzuläufen. Durch die Kombination von Echtzeitmessungen, topografischen Daten und historischen Informationen liefert das System präzise Aussagen und Prognosen über die Hochwasserlage vor Ort sowohl im Online- als auch im Offline-Modus. Diese Analyse wird durch Pegelmessgeräte, Regensensoren und Bodenfeuchtesensoren im gesamten Gebiet unterstützt, die kontinuierlich Daten liefern. Zusätzlich nutzt das System Künstliche Intelligenz, um die lokalen Sensordaten mit aktuellen Wettervorhersagen und Geländeinformationen zu verknüpfen. Dadurch kann es genaue und frühzeitige Vorhersagen treffen, ob und wann ein Hochwasser droht. Der Hochwasserschutz von Netilion Flood Monitoring bezieht auch die Wassersättigung der Böden mit ein sowie Veränderungen im Flussbett und daraus resultierende Entwicklungen von Bachzuläufen.

Messwerte-Analyse aus dem Hochwasserschutz-System

Nach Installation der Sensoren liefert das Hochwasserschutz-System vom ersten Tag an Messwerte. Diese werden in die Cloud-Plattform gesandt und dort von einer KI ausgewertet. Der speziell entwickelte Algorithmus lernt mit der Zeit dazu und kann immer genauere Vorhersagen darüber abgeben, ob und wann ein Hochwasser droht und an welchen Stellen die Ursachen dafür liegen. Die Auswertungen bereits existierender Geräte wie die der Landespegelmessstellen werden ebenfalls in die Analyse integriert.

Der Autor: Markus Ketterer ist Head of Department Sales Marketing Communication bei Endress+Hauser in Weil am Rhein.

© Endress+Hauser

Fast alle Sensoren sind batteriebetrieben und bedürfen keiner Infrastruktur. Aufwendige Baumaßnahmen und Genehmigungen sind für die Installation nicht nötig. Die Pegelsensoren lassen sich überall an bestehenden Querbauwerken (wie Rohrleitungen, Brücken, Unterführungen, Mauern und Straßen) im Gelände anbringen. Die Halterung schützt den Sensor sowohl vor Diebstahl als auch davor, bei einem Hochwasser (HQ100) weggespült zu werden.