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Das IIoT im Testszenario

18. Juli 2022, 15:10 Uhr | Florian Kraftschik
Das IIoT im Testszenario
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Technologien aus den Bereichen Industrial IoT und Industrie 4.0 ‚einfach so‘ in verfahrenstechnische Prozessanlagen für die chemische und pharmazeutische Produktion verbauen? Bei Merck werden sie zuvor in der Trinkwasserspeicherung des Werks auf Herz und Nieren getestet.

Unter den Produkten, die die drei Unternehmensbereiche von Merck herstellen, finden sich zahlreiche biotechnologisch erzeugte Pharmazeutika – unter anderem ultrareines Laborwasser oder hochempfindliche Diagnosetests sowie Produkte und Services der industriellen Mikrobiologie. Darüber hinaus produziert das Unternehmen auch Materiallösungen zum Beispiel für die elektronische Halbleiterproduktion, den Automobil- sowie den Kosmetikmarkt. Bei der Produktion liegt das Hauptaugenmerk auf der stetigen Steigerung von Effizienz und Sicherheit, aber auch der Nachhaltigkeit – das Unternehmen hat sich ambitionierte Klimaziele gesteckt. Um diese Ziele zu erreichen, setzt Merck unter anderem auf smarte Sensorik sowie Konnektivitätslösungen. In diesem Rahmen wird derzeit das IIoT-Ökosystem ‚Netilion‘ von Endress+Hauser getestet.

Ungeeignetes Testszenario

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Das IIoT im Testszenario
Wird beim Testszenario in der Trinkwasserspeicherung redundant instrumentiert und werden verschiedene Geräte eingesetzt, lassen sich die angezeigten Werte direkt miteinander vergleichen und Schlüsse daraus ziehen.
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In produktiven Anlagen wären Geräte- und Technologietests jedoch mit einem hohen Risiko verbunden. Im biotechnologischen Bereich unterliegen die Anlagen zum Beispiel GMP-Regularien, die es quasi unmöglich machen, ein Messgerät zu Testzwecken ohne Konformitäts-Check zeitweilig gegen ein anderes auszutauschen. In der Chemie-Produktion hingegen sind es allgegenwärtige explosionsgeschützte Bereiche oder SIL-Sicherheitseinrichtungen, die die Erprobung neuer Technologien erschweren. Zu den regulatorischen Einschränkungen und den Anforderungen der Anlagen- sicherheit gesellen sich zudem praktische Gründe, Tests nicht in produktiven Anlagen durchzuführen: So müsste beispielsweise für den Austausch eines Messgeräts der laufende Prozess unterbrochen werden, was aber zu hohe Kosten verursacht.

Proof-of-Concept in der Trinkwasserspeicherung

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Beim magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät Promag W soll Ansatzbildung simuliert werden.
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Aus diesen Gründen identifizierte Merck die Anlage für die Trinkwasserspeicherung als ideale Umgebung für Proof-of-Concept-Szenarien. Diese Anlage fungiert als Trinkwasserspeicher für das gesamte Werk in Darmstadt. Die Speicherung dient einerseits der Erhöhung der Versorgungsicherheit, da die Trinkwasserversorgung bei externen Versorgungsunterbrechungen aus den Pufferspeichern aufrechterhalten werden kann. Die beiden Speichertanks decken etwas mehr als den Tagesbedarf des Werkes ab. Da die Trinkwasserbedarfe des Werkes stark schwanken, soll der Trinkwasserspeicher gleichzeitig die Entnahmeschwankungen aus dem kommunalen Netz ausgleichen – der Zufluss vom Versorger erfolgt nun gleichmäßig über 24 Stunden. Dabei sind die Speicherung und die Versorgung des internen Netzes voll redundant aufgebaut, sodass die Wasserversorgung sogar bei einem Wasserrohrbruch in der Anlage aufrechterhalten werden kann. Sollte die interne Trinkwasserversorgung dennoch einmal ausfallen, fährt das System zurück auf den kommunalen Versorger.

Bei Merck gilt die Trinkwasserspeicheranlage als ideal, um Technologien zu testen und technologische Innovationen auszuprobieren – unter anderem deshalb, weil sie ohne explosionsgeschützte Bereiche auskommt und alle Anlagenbereiche gut zugänglich sind. Darüber hinaus nutzt Merck in dieser Anlage dieselben Assets, die auch in der Chemie- und Pharmaproduktion verbaut werden.

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Der FieldEdge SGC500 stellt im Schaltschrank die Verbindung der Messtechnik mit dem IIoT-Ökosystem Netilion her.
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Getestet wird beispielsweise das IIoT-Ökosystem Netilion, ebenso wie Augmented-Reality-Anwendungen mit Lidar Scanning von anderen Anbietern. Da verschiedene Innovationen parallel getestet werden, werden die neuen Technologien miteinander verknüpft. So lassen sich zum Beispiel die Asset-Informationen aus Netilion in die Augmented- Reality-Anwendung einbinden. Netilion kann als Datenplattform fungieren und die aufbereiteten Daten via Connect und API anderen Systemen verfügbar machen. Durch die Redundanz der Trinkwasseranlage sind Geräte einfach auszutauschen. Die Anlage bietet zudem genügend Platz für raumgreifende Ein- und Ausbauten sowie für verschiedene Tests. Das Ziel hinter den verschiedenen Pilotprojekten ist: Neue Technologien, die sich in der Trinkwasserspeicherung bewähren, in Produktionsbereichen einzusetzen und diese auf das ganze Werk auszurollen.

Messtechnik und Cloud-Lösungen im Testbetrieb

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Der WirelessHART-Adapter FieldPort SWA50 (links im Bild) kann in Bestandsanlagen nachgerüstet werden und bringt Messgeräte in die Cloud.
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Im Fokus der Tests stehen neben Netilion auch verschiedene neue Messgeräte von Endress+Hauser. Diese Messinstrumente decken ein breites Spektrum an Messparametern ab: Neben Temperatursensoren und Drucktransmittern wird auch ein Analysepanel für Testmessungen der Chlor-Konzentration im Trinkwasser, das Cloud-only-Füllstandsmessgerät ‚Micropilot FWR30‘ oder das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ‚Promag W‘ mit ‚Heartbeat Technology‘ eingesetzt.

Geräte eingehend zu testen, bedeutet auch, diese zu stressen: So werden etwa beim Durchflussmessgerät Promag W Alterung oder Ansatzbildung simuliert, um Erkenntnisse über die Geräte im produktiven Einsatz zu gewinnen. Beispielsweise könnten die Elektroden manipuliert werden, worauf die geräteinterne Heartbeat-Diagnose dann entsprechende Fehlermeldungen und Wartungsbedarfe ausgibt. Ein Wunsch für die Zukunft sei es, dass ein Prüfzyklus automatisiert im Sensor durchlaufen und ein Bericht automatisch angelegt werde. So müsste das Wartungspersonal für Routineprüfungen nicht mehr zum Gerät geschickt werden. Diese als Heartbeat-Verifikation bekannte Funktion ist Bestandteil vieler smarter Messgeräte. Damit sie in der Praxis genutzt werden kann, muss sie in die Arbeitsabläufe implementiert werden. Was also technologisch bereits funktioniert, kann in der Praxis aber nicht immer 1:1 umgesetzt werden.

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Netilion Value visualisiert die Messwerte auf übersichtlichen Dashboards, beispielsweise auf einem Tablet-PC wie dem Field Xpert SMT70 von Endress+Hauser.
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Großes Potenzial der derzeit im Test befindlichen neuen IIoT-Technologien sieht man bei Merck bei der Wartung und Instandhaltung von Anlagen: Geplant ist, die Wartung in Zukunft möglichst zustandsorientiert durchzuführen. Derzeit wird die Wartung nach festen Zeitintervallen gefahren, was Geld und Ressourcen kostet. Künftig sollen die Wartungsintervalle dynamisch am Bedarf des Sensors ausgerichtet werden.

Verdeutlichen lässt sich dies am Beispiel einer abrechnungsrelevanten Durchflussmessung, wie sie auch in der Trinkwasserspeicherung im Einsatz ist: Entweder wird diese jährlich im Prüfstand getestet, oder die geräteinterne Überwachung findet kontinuierlich statt. Die Ersparnis an Arbeitszeit sowie die positiven Auswirkungen auf die Anlagenverfügbarkeit liegen auf der Hand.

WirelessHART nachrüsten

Mit dem WirelessHart-Adapter ‚FieldPort SWA50‘ lässt sich jede HART-fähige Messstelle in das WirelessHart-Netzwerk integrieren. Das Gerät ist schleifstromgespeist und kann mit geringem Aufwand für alle HART-fähigen Messstellen nachgerüstet werden. Damit lässt sich jede Messstelle in die Cloud bringen. Der robuste Adapter funktioniert auch mit Fremdherstellern, so dass sich bei Merck theoretisch alle Assets der Anlage im Nachbargebäude mit dem FieldPort SWA50 über WirelessHART in Netilion integrieren ließen. Mit den Daten kann mithilfe des IIoT-Ökosystems beispielsweise ein Überblick über die Anlage generiert werden, es lassen sich Strategien zur vorausschauenden Wartung entwickeln, Kalibrierintervalle optimieren oder ein mobiles Asset Management implementieren.

Füllstandsmesswerte auf digitalen Dashboards

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Der Autor: Florian Kraftschik Ist Sales Marketing Manager Communication bei Endress+Hauser Deutschland in Weil am Rhein.
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Ein weiteres neues Gerät von Endress+Hauser im Test ist das cloudbasierte Füllstandsmessgerät ‚Micropilot FWR30‘. Es wurde auf einem Kunststofftank platziert, der ein Edukt für den Chlorgenerator enthält. Das Gerät kommt vollständig ohne Kabel aus und funkt seine Messwerte per Mobilfunk direkt in die Netilion-Cloud. Die Messwerte sowie weitere Daten – zum Beispiel die aktuelle Position, den Batteriestatus oder die Außentemperatur – werden in der Netilion-Anwendung ‚Value‘ auf verschiedenen Dashboard-Ansichten dargestellt, die über Smartphones, Tablet-PCs oder stationäre Rechner abgerufen werden können. Dabei bietet die visuelle Darstellung der Daten und Informationen einen großen Mehrwert: Mitarbeiter sehen auf den ersten Blick, ob die Anlage innerhalb ihrer Spezifikationen läuft.

Erfahrungen sammeln in der Testumgebung

Bei Merck in Darmstadt hat man sehr positive Erfahrungen damit gemacht, neue Technologien wie smarte Sensoren und Industrie 4.0 Lösungen vor dem produktiven Einsatz in der Testumgebung der Trinkwasserspeicherung zu erproben. Unter Realbedingungen werden die Geräte getestet und Know-how über die eingesetzte Technologie gesammelt, bevor diese dann für andere Anlagen verwendet und in die werkseigenen Standards übernommen werden. In dieser Umgebung sind die Hürden bezogen auf Regularien, Ex- und SIL-Anforderungen gering. Die Erkenntnisse der Tests lassen sich dann auf die Instrumentierung bei Neubau oder Modernisierung von Anlagen übertragen.


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