TITEL-THEMA


 Industrie 4.0 Technologien in der Trinkwasseranlage 

Proof-of-Concept für das IIoT

Das Traditions-Unternehmen Merck, mit Sitz in Darmstadt, ist Spezialist für die Bereiche Healthcare, Life Science und Electronics. Das Wissenschafts- und Technologieunternehmen betreibt an diesem und an zahlreichen weiteren Standorten verschiedenste verfahrenstechnische Prozessanlagen für die chemische und pharmazeutische Produktion.

​Mit einem Tablet PC – hier: Field Xpert SMT70 von Endress+Hauser – haben Anwender von überall Zugriff auf Messwerte und Asset-Informationen. ​

Für die stetige Steigerung der Produktivität, Sicherheit und Nachhaltigkeit setzt man auf innovative Technologien aus den Bereichen Industrial Internet of Things (IIoT) und Industrie 4.0. Vor dem Einsatz in der Produktion werden die neuen Technologien 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, auch ultrareines Laborwasser oder hochempfindliche Diagnosetests sowie Produkte und Services der industriellen Mikrobiologie gehören zum angebotenen Produkt- und Leistungsportfolio. Das Unternehmen produziert darüber hinaus jedoch 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: so hat sich das gesamte Unternehmen ambitionierte Klimaziele gesteckt. Um alle diese Ziele zu erreichen, setzt Merck auf smarte Sensorik, Konnektivitätslösungen und testet das IIoT-Ökosystem Netilion von Endress+Hauser.

Produktionsanlagen als Testszenarien ungeeignet

Damit die Produktion stetig in Hinsicht auf Produktivität und Sicherheit optimiert werden und in Neubau- und Modernisierungsprojekten neueste Technologie zum Einsatz kommen kann, verfügen die Mitarbeitenden im Engineering über ein sehr hohes Technologie-Know-how. Dies rührt nicht zuletzt auch daher, dass Produktinnovationen wie Neuheiten in der Messtechnik und im Bereich IIoT erprobt werden können. 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 sind es hingegen allgegenwärtige explosionsgeschützte Bereiche oder SIL-Sicherheitseinrichtungen, die die Erprobung neuer Technologien deutlich erschweren. Zu den regulatorischen Einschränkungen und den Anforderungen der Anlagensicherheit gesellen sich außerdem praktische Gründe, Tests nicht in produktiven Anlagen durchzuführen: So müsste beispielsweise für den Austausch eines Messgeräts der laufende Prozess unterbrochen werden, was jedoch zu hohe Kosten verursacht.

Der WirelessHART-Adapter FieldPort SWA50 (links im Bild) kann in Bestandsanlagen nachgerüstet werden und bringt Messgeräte in die Cloud.

Erfolgreiche Technologien ermitteln

„Wir testen hier zum Beispiel das IIoT-Ökosystem Netilion von Endress+Hauser und auch Augmented-Reality-Anwendungen mit Lidar Scanning von anderen Anbietern. Weil wir verschiedene Innovationen parallel testen, sind wir auch in der Lage, die neuen Technologien zu verknüpfen. Ein Kollege kann z. B. die Asset-Informationen aus Netilion in die Augmented-Reality-Anwendung einbinden“, berichtet Michael Werske, Head of Utility Supply Services bei Merck. Netilion kann als Datenplattform fungieren und die aufbereiteten Daten via Connect und API anderen Systemen verfügbar machen. Durch die Redundanz der Trinkwasseranlage können Geräte einfach getauscht werden, die Anlage biete außerdem auch noch genügend Platz für raumgreifende Ein- und Ausbauten sowie für verschiedene Tests, analysiert Werske die Situation vor Ort. Klar formuliert er auch das Ziel hinter den verschiedenen Pilotprojekten:

„Geplant ist, neue Technologien, die sich hier bewähren, dann ebenfalls in Produktionsbereichen einzusetzen und diese auf das ganze Werk auszurollen.“

Messtechnik und Cloud-Lösungen im Testbetrieb

Im Fokus der Tests stehen auch verschiedenste neue Messgeräte sowie das IIoT-Ökosystem Netilion von Endress+Hauser. Die Messinstrumente decken dabei 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 für Werske dann auch, diese zu stressen:

„Beim Durchflussmessgerät Promag W experimentieren wir damit, Alterung oder Ansatzbildung zu simulieren, um Erkenntnisse über die Geräte im produktiven Einsatz zu gewinnen. Zum Beispiel könnten wir hier die Elektroden manipulieren, worauf die geräteinterne Heartbeat Diagnose dann entsprechende Fehlermeldungen und Wartungsbedarfe ausgibt.“ 

Werskes Wunschziel für die Zukunft sei es, dass ein Prüfzyklus automatisiert im Sensor durchlaufen und ein Bericht automatisch angelegt werde.  So müsste das Wartungspersonal für Routineprüfungen gar nicht mehr zum Gerät geschickt werden. Diese als Heartbeat Verifikation bekannte Funktion ist schon heute Bestandteil vieler smarter Messgeräte. Damit sie in der Praxis genutzt werden kann, muss sie noch in die Arbeitsabläufe implementiert werden. Was also technologisch bereits funktioniere, so Werske, kann in der Praxis nicht immer 1:1 umgesetzt werden.

Michael Werske über das Testszenario in der Trinkwasserspeicherung: „Wenn wir redundant instrumentieren und verschiedene Geräte einsetzen, können wir die angezeigten Werte direkt miteinander vergleichen und unsere Schlüsse ziehen.“ 

Auf Herz und Nieren testen: Beim magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät Promag W soll Ansatzbildung simuliert werden.

Große Potentiale bei Wartung und Instandhaltung

Große Potentiale der derzeit im Test befindlichen neuen IIoT-Technologien sieht Werske bei der Wartung und Instandhaltung von Anlagen: „Wir wollen die Wartung in Zukunft möglichst zustandsorientiert durchführen. Momentan fahren wir die Wartung nach festen Zeitintervallen und das kostet Geld und Ressourcen.“ Zukünftig sollen die Wartungsintervalle jedoch dynamisch am Bedarf des Sensors ausgerichtet werden. Er erläutert dies am Beispiel einer abrechnungsrelevanten Durchflussmessung, wie sie auch in der Trinkwasserspeicherung im Einsatz ist: „Entweder wird diese jährlich im Prüfstand überprüft, oder die geräteinterne Überwachung findet kontinuierlich statt. Die Ersparnis an Arbeitszeit und die positiven Auswirkungen auf die Anlagenverfügbarkeit liegen auf der Hand.“

Netilion Value visualisiert die Messwerte auf übersichtlichen Dashboards.

WirelessHART-Konnektivität in Bestandsanlagen nachrüsten

Begeistert ist man bei Merck auch vom WirelessHart-Adapter FieldPort SWA50, mit dem sich jede HART-fähige Messstelle in das WirelessHart-Netzwerk integrieren lässt. Das Gerät ist schleifstromgespeist und lässt sich mit geringem Aufwand für alle HART-fähigen Messstellen nachrüsten. Werske: „Das ist eine sehr gelungene Idee von Endress+Hauser, damit kann ich jede Messstelle in die Cloud bringen. Der Adapter funktioniert auch mit Fremdherstellern und er ist robust. Wir könnten theoretisch die ganzen Assets der Anlage im Nachbargebäude mit dem FieldPort SWA50 über WirelessHART in Netilion integrieren. Das wäre mit diesem Gerät leicht möglich und schnell realisiert.“ Mit den Daten lässt sich mithilfe des IIoT-Ökosystems Netilion leicht ein Überblick über die Anlage generieren, es lassen sich Strategien zur vorausschauenden Wartung entwickeln, Kalibrierintervalle optimieren oder ein mobiles Asset Management implementieren, um nur einige Möglichkeiten aufzuzählen.

Stellt im Schaltschrank die Verbindung der Messtechnik mit dem IIoT-Ökosystem Netilion von Endress+Hauser her: FieldEdge SGC500. 

Das cloudbasierte Füllstandsmessgerät Micropilot FWR30 schickt Füllstände und weitere Daten per Mobilfunk direkt in die Cloud. 

Füllstandsmesswerte auf digitalen Dashboards

Ein weiteres neues Gerät von Endress+Hauser, das bereits die Aufmerksamkeit einiger Mitarbeitenden auf sich ziehen konnte, ist das cloudbasierte Füllstandsmessgerät Micropilot FWR30. Dieses wurde auf einem Kunststofftank platziert, der ein Edukt für den Chlorgenerator enthält. Das Gerät kommt vollständig ohne Kabel aus, denn es 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. Michael Werske ist sich sicher, dass die visuelle Darstellung der Daten und Informationen einen großen Mehrwert bietet:

„Hier sehe ich auf den ersten Blick, dass die Anlage innerhalb ihrer Spezifikationen läuft. Mit diesem smarten Sensor kann ich diese Informationen leicht gewinnen.“ 

Erfahrungen sammeln in idealer 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 idealen Testumgebung der Trinkwasserspeicherung zu erproben. Hier ist es möglich unter Realbedingungen die Geräte zu Testen und Know-how über die eingesetzte Technologie zu erlangen, 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. Dieses Vorgehen fördert eine erfolgreiche Implementierung neuer Technologien – ganz im Sinne der Steigerung von Produktivität, Sicherheit und Nachhaltigkeit.

Autor


Florian Kraftschik

Sales Marketing Manager Communication

Endress+Hauser Deutschland
Weil am Rhein


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