Visualisierung und Signalübertragung Prozessen den Weg besser bahnen

Die Technologie zum Bedienen und Beobachten von Prozessen im Feld und in der Leitwarte ist im Wandel begriffen. Ein momentaner Trend ist die Virtualisierung, die es erlaubt, viele PCs und Server als virtuelle Maschinen auf wenigen, leistungsstarken Servern auszuführen. Eine weitere Tendenz geht zur offenen Anbindung über Kommunikationsnetzwerke wie Ethernet-LAN oder WAN durch intelligente Remote-Monitore mit funktionaler Firmware und integrierter Thin-Client-Einheit.

Weniger Rechner erforderlich

In der Wirkstoffproduktion einer Pharmaanlage findet man zum Beispiel eine große Zahl von Monitorarbeitsplätzen, die zur Überwachung und Steuerung der Prozesse direkt im Produktionsbereich aufgestellt sind. Weit weg vom eigentlichen Rechnersystem, das die Anlage steuert, kommen hier Produkte wie die neue Generation der Visunet-Remote-Monitore von Pepperl+ Fuchs zum Einsatz.

Über die vorhandene Netzwerkinfrastruktur sind sie mit dem Prozessleitsystem und dem MES verbunden und können zwischen den beiden Applikationen hin und her schalten. Damit hat der Anwender in der Anlage unmittelbaren Zugriff auf die Rechnerinfrastruktur. Für die Pharmaproduktion sinnvolle
Zusatzfunktionen sind direkt in die Firmware des Remote-Monitors integriert. Die früher üblichen Rechner an jedem Monitorplatz sind folglich nicht mehr nötig, was Platz und Kosten spart.

Zahlreiche Möglichkeiten 
zur Anpassung

Die vielen Fertigungsschritte und Verfahren in der Wirkstoffproduktion stellen zugleich hohe Anforderungen an die Remote-Monitore. Beispielsweise müssen sie den strengen GMP-Richtlinien entsprechen, wenn sie in pharmazeutischen Reinräumen zum Einsatz kommen. Zugleich gibt es viele Produktionsbereiche mit Anforderungen an den Explosionsschutz, wofür die Geräte häufig eine Atex-Zertifizierung benötigen.

Pepperl+Fuchs bietet daher für die Pharmaindustrie zwei Produktreihen an: Der Visunet GMP etwa erfüllt die Forderungen nach leichter Reinigung und chemischer Beständigkeit und ist zudem für den Betrieb in Ex Zone 2 /22 zugelassen, während sich der Visunet GXP für die Nutzung in Zone 1 /21 empfiehlt.

Darüber hinaus sind auch zahlreiche kundenspezifische Anpassungen für Remote-Monitore möglich, die Rücksicht auf spezielle Einbausituationen vor Ort in der Produktionsanlage oder funktionale Anforderungen nehmen. Barcodeleser sind gerade für die Pharmaproduktion eine nützliche Ergänzung, um Produkte schnell zu identifizieren. Komponenten wie RFID-Leser zur Bediener­identifikation und serielle Schnittstellen für Waagen sind ebenfalls integrierbar. Ferner gibt es Varianten mit Schaltern, Tastern oder Leuchtmeldern.

Feldbus für zuverlässigere Messungen

In den regulierten Industrien gelten besonders hohe Qualitätsstandards für die Produktion. Hier bietet der Profibus PA mit einer engen Integration über Profibus DP oder Profinet Vorteile. Er steht für sehr präzise Messwerte und eine verlustfreie, sichere Übertragung der Daten. Der Grund hierfür liegt darin, dass beim Feldbus die Werte nur ein einziges Mal gewandelt werden müssen, um sie dann digital und ohne jede Verfälschung zu übertragen. Wichtig für Pharmaunternehmen ist darüber hinaus Physical-Layer-Diagnose des Feldbus, die eine schnellere Abnahme von Segmenten und eine bessere Qualifizierung der Installation ermöglicht.

Im Hinblick auf die Feldbusdiagnose ist die Fieldconnex-Technik inklusive Health-Status von Vorteil. Für den Gütegrad der Produkte und die Verfügbarkeit der Anlage entscheidend ist beispielsweise die Tatsache, dass mit jeder Messwertübertragung auch eine Meldung des Health-Status vom Feldgerät erfolgt. Sowohl die Zuverlässigkeit der Messwerte als auch der Zustand des Gerätes sind so jederzeit transparent. Da die Meldungen nach Namur vorsortiert werden, kann der Betriebsingenieur oder Produktionsleiter ganz einfach erkennen, ob eine Abweichung ein sofortiges Reagieren erfordert oder ein späteres Eingreifen ausreicht.

Soll etwa per Schwinggabel überwacht werden, ob ein Rohr in der Produktion leer läuft, könnte eine starke Verkrustung des Gerätes korrekte Messungen verhindern. Schon bevor es dazu kommt, erzeugt aber der zunehmende Belag eine Frequenzverschiebung, die registriert und gemäß Namur-Statusampel automatisch mit dem Messwert gemeldet wird.

Jede Veränderung lässt sich so zielsicher erkennen und beheben, bevor es zur Störung kommt. Über die Wartungsstation ist es dann möglich, detailliertere Informationen zur vorliegenden Problematik abzufragen. Daher wissen die Mitarbeiter, noch bevor sie vor Ort sind, was genau sie erwartet. Die Wartung von Prozessanlagen ist damit deutlich einfacher, schneller und kosteneffizienter. Inzwischen ist es sogar möglich, via Tablet und WLAN direkt aus dem Feld auf sämtliche Informationen zuzugreifen.

In weitläufigen Pharmaanlagen ist der Verkabelungsaufwand ein weiterer Kostenfaktor. Auch hier punktet die Feldbustechnik. An Stelle des Multicore-Kabels ist nur eine einfache Zweidrahtleitung, die von der Leitwarte bis in die Feldebene reicht, nötig, um bis zu 31 Feldgeräte zu speisen und anzubinden.

Darüber hinaus kann man über die Fieldconnex-Prozessschnittstellen eine Vielzahl an Eingangsmodulen und Rangierverteiler einsparen. Der Temperatur-Multi-Input/Output ist in der Lage, bis zu acht Thermoelemente oder Widerstandssensoren zu bündeln und über eine einzige Feldbusadresse in die digitale Kommunikation einzubinden. Über wenige, kurze Kabelverbindungen und die Zwei-drahthauptleitung lassen sich so platzsparend 128 oder mehr Temperaturmessungen anbinden.

Signalübertragung via Remote I/O

Die zentralen Tanklager von Pharmaanlagen enthalten viele Medien, die für die Wirkstoffproduktion nötig sind. In älteren Anlagen ermöglicht oftmals noch eine Punkt-zu-Punkt-Lösung die Verbindung zwischen den Feldgeräten der zentralen Medienversorgung und der Steuerungsebene. Die Signalebene ist dabei in Schaltschränken installiert, und die Signalkabel werden über eine Vielzahl von Feldverteilern in der Anlage gesammelt und zum Schaltraum geführt.

Bei der Modernisierung solcher Anlagenteile – meist für ein Update und eine Erweiterung des Leitsystems – findet in der Regel ein Umstieg auf Remote-I/O-Technik statt, um die Signalebene in das Freigelände des Tanklagers zu verlegen. Hier können die einzelnen Remote-I/O-Stationen zu konfigurierten Insellösungen zusammengefasst werden, um genau definierte Anlagenteile abzudecken. Ein einziges Feldbus- oder Netzwerk-Kabel für jede Insel (anstelle vieler Verteiler und Sammelkabel) verringert den Verkabelungsaufwand und somit auch die Störungsanfälligkeit der Installation.

Synergien bei Planung und Montage

Oftmals ist die Ausstattung der Tanks in Bezug auf die Sensoren und Aktoren ähnlich; daher sind die einzelnen Stationen nahezu gleich aufgebaut, sodass sich Synergien für die Planung, Montage und Systemkonfiguration ergeben.

Ein modularer Aufbau wirkt sich bei Anlagenbetreibern zudem positiv auf die Instandhaltung aus. Aber nicht nur die Umrüstung im Rahmen einer Modernisierung ist mit Remote-I/O-Systemen leicht umsetzbar. Auch ist es einfach, einzelne Messstellen nachzurüsten oder eine Anlage zu erweitern.