Stellen Sie sich vor, Sie sind der Instandhaltungsleiter in einem Pharmawerk, das sich der Welt der Industrie 4.0 angeschlossen hat. Es ist drei Uhr morgens in einer stürmischen Samstagnacht. Sie schlafen tief und fest, als Ihr Smartphone plötzlich eine Warnmeldung über ein mögliches Problem im Werk sendet. Dank verlässlicher Diagnosefunktionen und eingeführter bidirektionaler Kommunikation bis auf Geräte-
ebene über ein digitales Feldbus-Protokoll können Sie mit Ihrem Telefon schnell prüfen, dass es sich nur um eine kleine Angelegenheit handelt – eine Störung in einem Widerstandsthermometer (RTD). Eine solch einfache Reparatur kann auch die Nachtschicht ohne Ihre Hilfe bewältigen. Sie können getrost wieder ins Bett gehen.
Stellen Sie sich jetzt vor, Sie sind der gleiche Instandhaltungsleiter und verfügen über dieselbe ausgefeilte IT, die auf Ihrem Telefon dieselbe schnelle Auswertung vornimmt, aber mit einem wesentlichen Unterschied: Anstelle des digitalen Feldbussystems arbeiten die Geräte noch mit analoger 4–20-mA-Technik. Sie können daher nicht mit der fortschrittlichen Software kommunizieren. In der Begeisterung, neue IT-Systeme zu installieren, wurde die Geräteebene übersehen. Die Information auf Ihrem Telefon nutzt daher nur wenig.
Es ist Ihnen klar, dass es sich um einen RTD-Fehler, aber genauso gut auch um einen überhitzten Tank handeln könnte. Sie können es nicht sicher wissen, ohne sich auf den Weg zum Werk zu machen. Das Versäumnis, die Messgeräte zu digitalisieren, ist aber nur ein Beispiel dafür, wie Ihnen die Vorteile von Industry 4.0 entgehen können.
Garbage In, Garbage Out (GIGO)
Denken Sie an eine petrochemische Anlage, die zum Zugriff auf die großen, für die Prozessoptimierung erforderlichen Datenmengen digitalisiert wurde. Ziel ist die Erhöhung der Produktqualität bei gleichzeitiger Optimierung der Produktionsgeschwindigkeit. Alle Prozessdaten werden erfasst und mit Fehlerquoten der Chargen verglichen. Hier wird ein wichtiger Zusammenhang festgestellt: Wenn Ihre Durchflussmenge im Zusatztank das obere Ende des akzeptierbaren Bereichs erreicht, steigt die Fehlerquote von fünf Prozent im unteren Ende des Bereichs auf zehn Prozent.
Es wird beschlossen, die Durchflussmenge zu verringern. Doch zu aller Überraschung verbessert sich die Qualität trotzdem nicht. Es stellt sich schließlich heraus, dass das Durchflussmessgerät ein Jahr zuvor defekt war, und aufgrund der 4–20-mA-Technik hatte niemand bemerkt, dass die Daten aus dem Feld nicht korrekt waren. Es entstand eine falsche Beziehung, die das alte Motto „Garbage In, Garbage Out“ der Computerindustrie bestätigt. So fortgeschritten die IT-Seite auch war, die Digitalisierung hatte keinen Sinn, solange die Geräte-
ebene noch mit überholter analoger Technik arbeitete.
Die 4–20-mA-Technologie geht auf die 1950er-Jahre zurück. Sie war zu dieser Zeit revolutionär, aber im Zeitalter des digitalen Unternehmens stellt sie ein enormes Hindernis dar.
4–20 mA ist unvereinbar mit Industrie 4.0
Alle Feldgeräte selbst sind heute digital. Das bedeutet, dass die 4–20-mA-Geräte die internen digitalen Werte für die Übertragung in analog umwandeln müssen, bevor sie am Regler wieder in digital zurückgewandelt werden. Diese Umwandlungsprozesse und die Übertragung können Genauigkeitsverluste verursachen. Ganz zu schweigen von all den Einschränkungen einer so veralteten Technik in Bezug auf anspruchs-
volle Automatisierung und ausgeklügelte IT-Lösungen, die hinter Industrie 4.0 stehen.
Die HART-Technologie (Highway Addressable Remote Transducer) aus den 1980er-Jahren war hilfreich. Dieses heutzutage weit verbreitete Protokoll stützt sich auf die 4–20-mA-Technik und ermöglicht eine bidirektionale, digitale Kommunikation, wenn HART-Smartcards verwendet werden. Aber die Zuverlässigkeit ist hier ein Problem. In lärmintensiven Umgebungen mit drehzahlvariablen Antrieben beispielsweise sind Störungen durch Rauschen problematisch.
Protokolle für Industrie 4-0-Kommunikation
Für eine optimale Genauigkeit und um die Vorteile der neuesten Industrie-4.0-Kommunikationstechnik am besten umzusetzen, empfiehlt sich der Einsatz der Protokolle Profibus, Profinet oder Foundation Fieldbus. Jede Anlage ist anders, mit spezifischen Anforderungen und Umständen. Welche Option zu wählen ist, muss deshalb von Fall zu Fall entschieden werden. Eines ist allerdings klar: Analogtechnik hat ausgedient. Sie abzuschaffen ist der beste Weg, um sich die genauen und zuverlässigen Echtzeitinformationen, die Sie brauchen, zu sichern. So können Sie unbesorgt in die Zukunft blicken. Zusätzlich bringen alle neueren Technologien weitere Vorteile mit sich, wie zum Beispiel eine stabilere Verdrahtung bei einem insgesamt geringeren Bedarf an Kabeln. Wenn Ihre Geräte zur Übertragung Feldbus- oder Internet-basierte Protokolle verwenden, sollten Sie gut gerüstet sein, um in den Genuss der Versprechen von Industrie 4.0 zu kommen. Natürlich brauchen Sie neben der Übertragungstechnik noch die digitalen Geräte selbst. Sie sollten auf dem neuesten Stand der Technik, leistungsstark und zuverlässig sein, unabhängig vom zu messenden Parameter.
