Um eine Druckluftstation möglichst effizient zu überwachen und zu steuern, ist möglichst viel Wissen über den Prozess nötig, der in dem System abläuft. Sensoren sind die Augen und Ohren dieses Prozesses, die das „Gesehene“ an Steuerung, übergeordnete Steuerungen oder die Leittechnik weitergeben. Anschließend kann der Mensch die gewonnen Daten nutzen.
Dreh- und Angelpunkt einer erfolgreichen Datenübermittlung sind netzwerkfähige Schnittstellen und das angeschlossene Netzwerk, das die Daten übermittelt. Genau hier liegt noch die Unsicherheit: Die Standardisierung der Schnittstellen ist in der Automatisierung von Prozessanlagen noch in Arbeit. Zwar zeichnen sich bereits Tendenzen ab, doch es fehlen definierte Standards.
Aus Unsicherheit und um zu beobachten, wohin die Reise geht, haben viele Betreiber von Druckluftstationen abgewartet, anstatt sinnvolle Schritte zu unternehmen, um eine effiziente, zeitgemäße sowie zukunfts- und Industrie 4.0-fähige Druckluftversorgung zu etablieren. Dabei existieren bereits Systeme, die schon heute eine effiziente und energiesparende Druckluftversorgung bieten – und das obwohl der genaue Standard noch nicht definiert ist. Eine solche Druckluftsversorgung bereitet Unternehmen auf Industrie 4.0 vor und ist so gestaltet, dass sie kommende Entwicklungen mit trägt.
Eins scheint beschlossen: Der Einsatz von Ethernet, den die Namur bereits 2016 erörtert hat. Ethernet und die damit verbundenen digitalen Bussysteme erfüllen in jeder Phase des Lebenszyklus einer Anlage wichtige Anforderungen der Anwender und sind der analogen Kommunikation in Bezug auf Qualität, Kosten und Geschwindigkeit deutlich überlegen. Zudem sind digitale Bussysteme die technologische Voraussetzung für Industrie 4.0. Einer sofortigen Investition und Nutzung moderner Netzwerke steht nichts mehr im Wege.
Ethernet als Basis
Netzwerke, die ein Einsteigen und Losfahren ermöglichen, sind bereits erhältlich, wie das Ethernet-basierte Kaeser Sigma Network. Ethernet ist die Basis-Technologie in der Industrie und ermöglicht grundsätzlich IP-fähige Kommunikation. Das Sigma Network bietet zusätzlich Innovationsreserven, die kommende Entwicklungen in der Industrie berücksichtigen: Das System ist protokolloffen und deckt gängige Standards der Prozesstechnik wie Modbus-TCP bereits ab. Unter der Voraussetzung, dass sie IP-basiert sind, können künftige Entwicklungen in der Vernetzung prozesstechnischer Anlagen abgedeckt werden. Dies bietet Betreibern Investitionssicherheit bei künftigen Erweiterungen oder Neuinstallationen – ein wichtiger Aspekt für den Betrieb langlebiger Anlagen.
Den Daten Dampf machen
Zunächst einmal ist das Sigma Network von Kaeser aber ein lokales Netzwerk innerhalb der Druckluftstation, das eine optimale Integration der Komponenten einer Druckluftstation ermöglicht. Der weit verbreitete Protokollstandard TCP/IP – auch als Lingua Franca des Internets bekannt – bildet die Grundlage des Datenverkehrs im Sigma Network.
Im Unterschied zu gängigen Feldbuslösungen wie Profibus oder CAN, die mit beispielsweise 12 MBit/s relativ langsam arbeiten, ist dieses Fast-Ethernet-Netzwerk enorm schnell: Es verfügt über eine Übertragungsgeschwindigkeit von
100 MBit/s. Diese Datenautobahn bietet eine enorme Bandbreite für Prozessdaten, die dem künftigen Datenaufkommen im Zuge der Digitalisierung gewachsen ist. Sigma Network ist auch im Hinblick auf Übertragungsgeschwindigkeit zukunftsfit.
Sigma Network bildet zusammen mit der übergeordneten Steuerung Sigma Air Manager 4.0 eine aufeinander abgestimmte Infrastruktur und stellt Daten für künftige Services wie vorausschauende Wartung oder Energiemanagement zur Verfügung. Dies senkt die Kosten und erhöht die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit.
Hohe Versorgungssicherheit
Wenn vom Betreiber gewünscht, können Betriebsdaten der Druckluftstation über eine Breitbandverbindung an das Daten-Center des Systemanbieters übertragen werden. Dies ermöglicht eine Ferndiagnose der Druckluftversorgung durch Spezialisten und künftige Services wie vorausschauende und bedarfsorientierte Wartung. In der Kombination bietet dies dem Betreiber der Druckluftstation nicht nur hohe Versorgungssicherheit, sondern auch geringe Life-Cycle-Kosten. Die Fachleute behalten das energetische Verhalten der Druckluftstation konstant im Auge und können es bei Bedarf so anpassen, dass die Station immer am energetischen Optimum betrieben wird. Zusätzlich können die Betriebsdaten ohne weiteres in die vorhandene eigene Leittechnik eines Unternehmens eingebunden werden.
Flexible Schnittstellenmodule mit den gängigen Protokollen und Technologien ermöglichen die Plug&Play-Anbindung vor Ort. Die Daten der Station sind jederzeit auch zum Beispiel vom eigenen PC oder Laptop aus abruf- und einsehbar. Webtechnologien wie HTML5, Javascript oder CSS3 ermöglichen den browserbasierten Zugang. Der Betreiber muss lediglich die entsprechende Web-Adresse aufrufen und erhält sofort eine komplette Darstellung der Station mit der aktuellen Live-Ansicht. Aufgrund der konstanten Datenermittlung ist für den Betreiber ein exaktes Energiemanagement nach ISO 500001 möglich.
Ein Klick auf die entsprechende Taste auf dem Datenbildschirm generiert automatisch alle notwendigen, vorher ausgewählten Daten, die auf Wunsch weitergeleitet werden können. So ist unter anderem eine automatische Zusendung von Berichten per E-Mail und in vorausgewählten Zyklen möglich. Zudem können Vergleiche, Diagnosen und Analysen des Druckluftverbrauchs erstellt werden. Die Daten der Station können mehr als ein Jahr intern gespeichert und zu Auswertungszwecken herangezogen werden.
Sicheres Netz, sichere Daten
Wo Daten weitergeleitet und verarbeitet werden, ist Datensicherheit immer ein Thema. Grundsätzlich ist eine 100-prozentige Sicherheit nie gegeben. Aber ein System lässt sich so gestalten, dass ein hoher Grad an Sicherheit zustande kommt. Sicherheit bei der Handhabung von Daten gewähren zum einen die Infrastruktur und zum anderen Maßnahmen, die die Infrastruktur ergänzen. In der Abstimmung zwischen Hersteller und Betreiber kann so die Forderung nach Verfügbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit einer vernetzten Infrastruktur erfüllt werden.
Netzwerke lassen sich in Zellstrukturen organisieren. Intern redet jeder mit jedem, aber: der Zugang hinein oder hinaus ist beschränkt und stark kontrolliert. Intern arbeitet das Sigma Network mit spezifischen Adressen und bildet ein abgeschlossenes, betriebssicheres Netzwerksegment entsprechend den Empfehlungen für industrielle Steuerungssysteme (ICS). Darin sind nur bekannte Kommunikationsteilnehmer akzeptiert. Die übergeordnete Steuerung Sigma Air Manager 4.0 ist eine zentrale Komponente dieses Kommunikationsverbundes. Mit Hilfe der hier eingebauten Maßnahmen findet eine datentechnische Isolation zwischen dem stationsinternen Sigma Network und den extern verbundenen Netzen statt.
Geht es nun darum, die Daten aus der Druckluftstation weiterzugeben, so ermöglicht es ein definierter Übergangspunkt, Daten sicher mit externen Partnern auszutauschen. Diese trennende Instanz verhindert einen Durchgriff auf das stationsinterne Network. Die Richtung der Daten geht stets von innen nach außen. Diese Datendiode verhindert, dass Daten von außen, die den sicheren Betrieb stören könnten, ins Netzwerk fließen.
Mit Ethernet in die Zukunft
Der Standard in der Prozessindustrie steht zwar noch nicht fest, aber Ethernet als Basis zeichnet sich ab. Moderne Netzwerke in der Druckluftversorgung basieren bereits darauf und sind zukunftsfähig. Sie bieten dem Anwender eine moderne, effiziente, versorgungssichere, leistungsstarke und energiekostensparende Druckluftversorgung bei gleichzeitig hohem Komfort in Anwendung und Betrieb. Darüber hinaus sind sie zukunftsfähig im Hinblick auf kommende Kommunikationsstandards, Erweiterbarkeit, technische Entwicklung, Kapazität und Übertragungsgeschwin-
digkeit.
