Prozessautomation & Messtechnik Der lange Weg zur Digitalisierung

Spricht man mit Unternehmensvertretern, kommt man an einem Thema nicht vorbei: Industrie 4.0, das Schlagwort, das seit einigen Jahren branchenübergreifend immer dann herangezogen wird, wenn es um die Zukunft der Prozesstechnik und Automatisierungswelt geht. Keine Konferenz, in der der Begriff nicht thematisiert wird, kein Whitepaper, das auf den inflationär verwendeten Begriff zu verzichten bereit ist.

Doch Industrie 4.0 wird sehr unterschiedlich verstanden: Für die einen ist es einfach die Verlängerung der Anlagensteuerung auf IT-basierte Endgeräte, oftmals in Form von mobilen Endgeräten, die einen Teil des eigenen Schreibtischs und der eigenen Daten in die Anlage versetzen (und umgekehrt), für andere wiederum ein umfassendes Smart-Factory-Konzept, in dem im Optimalfall die Maschinen weitgehend autark miteinander interagieren, sodass die Mitwirkung der Administratoren aus Fleisch und Blut nur noch in Ausnahmefällen erforderlich ist.

Beharrlich in der analogen Prozesswelt

Nicht alle gehen so weit – zum Beispiel der Messgerätehersteller Knick, der erklärt, dass man zwar bereits heute in allen Geräteklassen digitale Systemanbindung anbiete, dass aber genau dies von den Kunden oftmals noch gar nicht gewünscht werde. „Wir sind ja in der Prozessanalysentechnik immer noch damit konfrontiert, dass wir geschätzt 85 Prozent unserer Geräte mit 4…20mA-Technik verkaufen“, berichtet Dirk Steinmüller, Leiter Marketing und Vertrieb bei Knick. Selbst bei Greenfield-Anlagen, die neu auf die grüne Wiese gestellt werden und folglich mit neuester Technik ausgestattet werden könnten, sehe die Bilanz bei der Analysenmesstechnik nicht deutlich anders aus.

Als Grund für das Festhalten an der analogen Welt sieht der Knick-Manager unter anderem die einfachere Wartbarkeit der analogen Technik. „Da geht der Servicetechniker einfach mit dem Multimeter ran und lokalisiert einen Fehler meist schneller als mit den komplexen digitalen Diagnosegeräten.“

Ziel werde es daher in den nächsten Jahren sein, digitale Technik so einfach handhabbar zu machen wie die gute alte 4…20mA-Technik. „Die Standardisierung greift diese Erkenntnis auf“, weiß Christoph Meske, Leiter der Softwareentwicklung von Knick, der bei Profibus und Profinet International (PI) an dem Profil für Prozessautomationsgeräte mitarbeitet. „In der kommenden Version 4.0 des PA Profils wird unter anderem eine konsequente Verschlankung angestrebt, um die Handhabung von Busgeräten zu vereinfachen.“ Als entscheidend sieht er dabei die Ausgestaltung des neutralen Kanals an, welcher eine Messstellen-Projektierung im Leitsystem erlaubt, ohne sich auf ein konkretes Gerät oder einen bestimmten Herstellers festlegen zu müssen. Diese Strategie ermöglicht auch den späteren Gerätewechsel im laufenden Betrieb, ohne das Leitsystem-Programm anpassen zu müssen.

FDI als Weg in die digitale Bus-Zukunft

Ein weiteres Problem der Bustechnik stellen die unterschiedlichen Integrationskonzepte und Tools der Leitsystem-Hersteller dar. Selbst wenn weltweite Standards die Kompatibilität zum Beispiel von DDs sicherstellen sollen, sieht die Realität etwas anderes aus und es komme in der Praxis zu Problemen.

Voll des Lobes ist man daher bei Knick für die FDI-Technologie: „Anders als bei früheren Integrationstechnologien, wo sich die beteiligten Unternehmen mit konkurrierenden Verfahren voneinander absetzen wollten - Stichwort EDD und FDT -, sehen wir, dass sich bei FDI die wichtigsten Beteiligten früh zusammengetan haben“, erklärt Meske. „Hier sehe ich großes Potenzial, zukünftig auf einer vereinheitlichten Integrationstechnologie aufbauen zu können.“ Trotzdem kann Meske verstehen, wenn Feldgerätehersteller sich bisher abwartend verhalten haben. „Doch die ersten Entwicklungswerkzeuge und FDI-Host sind nun vorgestellt worden und sehen vielversprechend aus.“

Kontaktlose digitale Schnittstelle

Mit digitaler Sensorik ist aus dem Hause Knick schon das gesamte Angebot erhältlich. Wer hier ansetzt, stößt schnell auf die kontaktlose Verbindungstechnik Memosens, die selbst unter Wasser und in schwierigen Geräteumfeldern Verwendung finden kann und zur Daten- und Energieübertragung nutzbar ist. „Da ist dann kein Stecker mehr, keine metallischen Kontakte, die korrodieren und das Ergebnis verfälschen können“, fasst Steinmüller die Vorteile der einfachen Wartbarkeit der Memosens-Verbindungen zusammen. Das System, das nicht nur von Knick, sondern auch von anderen namhaften Herstellern der Branche unterstützt wird, eignet sich für pH, Redox, Leitfähigkeit und Sauerstoffmessung. Es kommt in einer Vielzahl von Branchen zum Einsatz – von Chemie über Kläranlagen bis hin zur Automobilindustrie.

Dazu passend steht bei Knick das komplette Asset Management System Memosuite bereit, mit dem Memosens-Sensoren sowohl kalibriert, als auch über den gesamten Lebenszyklus beobachtet, analysiert und dokumentiert werden können. „Wann immer Sie über eine USB-Verbindung den Kontakt herstellen, wird der Sensor komplett ausgelesen und es wird geprüft, was der zwischendurch alles ‚erlebt‘ hat“, erklärt Steinmüller. Auf diese Weise lassen sich aus dem umfangreichen Datenmaterial später Schlussfolgerungen ziehen, etwa unter welchen Prozessbedingungen sich ein bestimmter Sensortyp als besonders stabil erwiesen hat. „Sie können verschiedene Sensortypen über den Lebenszyklus miteinander vergleichen, um dann für ihren konkreten Anwendungsfall herauszuarbeiten, welcher Sensor unter welchen Bedingungen am besten geeignet ist.“

Never touch a running system

Anders als viele Hersteller, die den Anlagenbetreibern nahelegen, doch erst einmal einen Teil einer Anlage zu digitalisieren, sieht Steinmüller die Modernisierung und Digitalisierung auf Raten eher skeptisch: „Wenn eine Anlage mal steht, wäre es sehr aufwendig, die gesamte Leittechnik umzustellen.“ Hinzu kommt, dass gerade im Chemie- und Pharmabereich viele Anlagen über viele Jahre hinweg nicht mehr angerührt werden, wenn sie einmal stehen. Im Gegenteil: Der Trend gehe eher dahin, eine bereits bestehende Anlage, die beispielsweise am Headquarter erfolgreich läuft, noch einmal an einem anderen Standort 1:1 nachzubauen und auf die bereits gemachten Erfahrungen zurück zu greifen. „Das Beharrungsvermögen der Prozessautomatisierer ist ungeheuer groß verglichen mit der Factory Automation“, weiß Steinmüller.

Umgekehrt ermöglicht digitale Technik aber auch die automatische und sichere Protokollierung von Prozessen und Messwerten, was beispielsweise in der Arzneimittelherstellung von Nutzen sein kann. So können Pharmaunternehmen ihren Dokumentationspflichten gegenüber der FDA und anderen Aufsichtsbehörden nachkommen. „Das Unternehmen kann so etwa nachweisen, dass ein bestimmter zulässiger Sensortyp, kalibriert von einem autorisierten Mitarbeiter in einem bestimmten Prozessabschnitt zum Einsatz gekommen ist“, stellt Meske heraus.

Zukunftsmusik: Semantik als Schlüssel

Doch das Konzept der Industrie 4.0 reicht für Meske deutlich weiter in Richtung selbständiger Anlagenbetrieb. Um diesen zu realisieren, fehlt bisher die herstellerübergreifende Definition einer von Maschinen auswertbaren Semantik zur Datenspeicherung. „Es geht nicht nur darum, wie die einzelnen Komponenten miteinander reden, sondern vor allem worüber, also was die übermittelten Daten inhaltlich bedeuten.“ Nur so könnten Prinzipien wie Selbstauskunft und Erkundbarkeit über das Netzwerk Wirklichkeit werden. „Das System, das sich selbst konfiguriert, muss etwa erkennen, an welcher Stelle ein pH-Sensor sitzt, muss selbständig ermitteln, welche Spezifikationen er hat, wie dieser funktioniert und dass er beispielsweise ein Problem hat“, skizziert Meske. Damit könnte ein Algorithmus die Daten von Sensoren verknüpfen mit dem Ziel, daraus Analysen zu generieren, oder sogar ganz neue Verknüpfungen zu erzeugen.

Auch wenn Meske selbst keinen Hehl daraus macht, dass es bis dahin ein sehr weiter Weg ist, macht er deutlich, dass es notwendig ist, bereits heute digitale Lösungen anzubieten und damit Erfahrungen zu sammeln. „Für uns ist das eine nachhaltige Investition in die Zukunft, weil wir uns sicher sind, dass die digitale Technik kommt und dass man dann fehlendes Know-how nur sehr schwer und teuer aufholen kann.“ Nur wann – das ist die Frage.