Sensor-Management-Systeme Intelligente Sensor-Management-Systeme für mehr Produktivität in der Prozessanalytik

Experten schätzen, dass der Ausfall von Messstellen bis zu einem Drittel der Kosten für unplanmäßige Anlagenstillstandszeiten ausmachen.

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Mettler-Toledo GmbH

Hellma GmbH & Co. KG

Micro Sensor GmbH

Gefordert sind daher nützliche, breitgefächerte und vor allem sichere Vorhersageinformationen über laufende Prozesse. Schlaue Sensoren speichern Informationen, intelligente Sensormanagementsysteme gehen noch einen Schritt weiter. Sie nutzen Informationen auf adaptive Art und Weise. Diese neuen Instrumente konzentrieren sich weniger auf die Detektionstechnologie, als vielmehr auf Kommunikations-, Abfrage- und Leistungsstatusoptionen. Das hat sich nicht zuletzt aus dem Umstand entwickelt, dass sich Prozessanalytik-Anbieter mehr und mehr an dem Wunsch ihrer Kunden nach mehr Informationen, Sicherheit und Senkung von Wartungskosten orientieren.

So entstand auch das neue Intelligent- Sensor-Management-Konzept (kurz ISM) für die Messung von pH, Sauerstoff, Leitfähigkeit und Trübung von Mettler Toledo. Sensoren werden hier nur noch dann erneuert, wenn der „Sensorverschleiß“-Indikator das empfiehlt. Weiterhin kann eine alternde Elektrode bereits vor Auftreten eines kritischen Prozessvorfalls ausgetauscht werden. „Der große Unterschied zu den bisherigen Konzepten ist neben der Sensorleistung die neue, zweite Dimension – die Intelligenz. Das heißt, es geht jetzt bis auf die untersten Sensorgrößen hinab, die dann auch wirklich in Echtzeit gemessen werden. Die Vorhersage ist also nicht errechnet, sondern aktuell und konkret. Deshalb wird diese Vorhersagewahrscheinlichkeit auch weit über das hinausgehen, was es bisher gab“, erläutert Thomas Nitschke, Geschäftsbereichsleiter Prozessanalytik für Zentraleuropa bei Mettler Toledo. Dadurch wird die Prozesssicherheit signifikant erhöht.

Einfach und doch intelligent

Vor allem die Prozess- und Wartungsverantwortlichen werden von ISM profitieren. Automatische Transmitterkonfiguration bei der Sensoreinstellungen, eine schnelle Fehlersuche und das fortlaufende Aufzeichnen von Diagnostikdaten nehmen viel gebundene Personalkapazitäten aus dem System. „Intelligente Sensormanagementsysteme zeichnen sich zudem durch weniger Ausfallzeiten aus“, erklärt Nitschke. Eine schnellere Inbetriebnahme, diverse Fehlersuchoptionen, eine adaptive Sensordiagnostik und die schnelle Installation mit „Plug and Measure“, erhöhen zudem die Anlagenverfügbarkeit. Aber auch für den Betriebsingenieur und -techniker könnte dieses System eine Bereicherung sein. Denn Bedienfehler am Transmitter werden vor allem deshalb sehr eingegrenzt, weil alle relevanten Zustands- und Konfigurationsdaten des Sensors beim Anschließen an den Transmitter automatisch übermittelt werden. Sensoren werden sofort erkannt und die Daten im Transmitter gespeichert. Alle pH-Elektroden und Sauerstoffsensoren können übrigens im Labor vorkalibriert werden, eine Kalibrierung direkt an der Messstelle ist also nicht mehr notwendig. Die ISM-Messstellen selbst erkennen Hersteller, Sensortyp, Seriennummer, Artikelnummer und das Datum der letzten Kalibrierung. Vorherige Datensätze sind für eine Trendanalyse ebenfalls verfügbar.

Digitale Datenübertragung

Eine Besonderheit, die Mettler Toledo seinen Kunden anbietet, ist die digitale Signalübertragung. Erst im April hat das Unternehmen dies Anwendern auf zwei Events in Würzburg und Bottrop demonstriert. Digital heißt vor allem eines: einen störfreien und sicheren Datentransfer. Die so erhaltenen vorrausschauenden Diagnose-Informationen ermöglichen den Sensorersatz besser zu planen. Denn alle Messdaten werden kontinuierlich überwacht, um so langfristig Aufschluss über den Sensorverschleiß zu gewinnen. Adaptive Kalibriertimer kontrollieren zusätzlich die Prozessbedingungen und regulieren bei kritischen Prozessbedingungen selbständig das Kalibrierintervall. „Nicht zuletzt deshalb sind wir mit diesem komplexen System vor allem bei Kunden so erfolgreich, die automatisch kalibrieren und reinigen wollen oder müssen. Denn so werden vor allem Personal und damit auch erhebliche Kosten eingespart“, so Nitschke weiter. ISM-Systeme unterstützen letztendlich auch die Betriebstechniker und -leiter. So kann die Wartungstruppe einen werkskalibrierten Sensor „out-of-the-box“ installieren. Weitere Kalibrierungen können dann in einer kontrollierten Laborumgebung durchgeführt und automatisch vor Ort heruntergeladen werden. Aber nicht allein die technischen Parameter oder das Design entscheiden letztendlich, ob ein Konzept wirklich optimal funktioniert, auch bei ISM nicht.

Service ist fester Bestandteil

Ohne eine fachmännische Betreuung von Anfang an, wird der Anwender nicht alle Vorteile sofort abrufen können. „Eine gut aufgestellte Serviceabteilung ist also mindestens genauso wichtig“, weiß Nitschke aus eigener Erfahrung zu berichten. „Gerade im mittleren Produktionsbetrieben existieren ganz klare Serviceanforderungen, weil dort diese Kompetenzen oft nicht vorhanden sind oder gar nicht gewünscht werden.“ Auch deshalb werden diese Aufgaben häufig outgesourcet und dafür die entsprechenden Partner benötigt. Nachhaltig agierende Sensoranbieter sehen Service daher längst nicht mehr nur als Kostenfaktor, sondern auch als einen Koeffizienten für die Kundenbindung, und sind damit bereits heute sehr erfolgreich.

Nachgefragt:

Process sprach mit Thomas Nitschke, Geschäftsbereichsleiter Prozessanalytik für Zentraleuropa bei der Mettler Toledo GmbH und Waldemar Rauch, Geschäftsführer Ingold, Mettler Toledo AG, über das Intelligent-Sensor-Management-System aus dem Hause Mettler Toledo als ein mögliches Konzept, die Wartungskosten und das Risiko von Ausfällen zu verringern und über die Zukunft von Messsystemen in der Prozessanalytik.

Herr Nitschke, Herr Rauch, was ist das wesentliche Merkmal Ihrer ISM-Technologie?

Nitschke: Zunächst einmal das völlig neue Wartungskonzept. Und zwar indem der Anwender nicht mehr einfach auf Verdacht oder nach einem bestimmten Zeitintervall den Sensor austauscht und damit unter Umständen Geld verschenkt, sondern indem er die Wartung intelligent angeht. Soll heißen: der Anwender ist mit der ISM-Technologie in der Lage, Wartungszeiten vorausschauend anzuzeigen. Dazu haben wir jetzt eine Simulation entwickelt, mit der wir bereits sehr nah an den Prozess herankommen.

Ist diese Simulation schon verfügbar? Und gibt es Unterschiede nach Branchen oder nach möglichen Einsatzfeldern?

Rauch: Die Relevanz ist natürlich je nach Branchen unterschiedlich stark ausgeprägt. Vor allem für die Chemie und Petrochemie wird es eine Wertigkeit haben. In der Pharma-Biotech ist wohl eher die Vorkalibrierung ein Thema und das einfachere Austauschen. Es geht dabei natürlich immer um Kosten, vor allem aber um die Prozesssicherheit. Deshalb arbeiten wir ständig an neuen Algorithmen, wie man die große Fülle an Informationen auf ein sinnvolles und handlebares Niveau herunterbringen kann. Vor 2008/ 2009 ist aber wohl eher nicht mit einem Einsatz in der Praxis zu rechen.

Wird es in der Sensortechnologie in den nächsten fünf Jahren noch einmal einen Innovationssprung geben?

Nitschke: Es wird sicherlich in der Sensorqualität einige evolutionäre Schritte geben. Eine Revolution, wie die Erfindung der Einstabmesskette, wird schwerlich gelingen. Aber im Bereich optischer Sauerstoffsensoren dürfen wir beispielsweise im Einsatz bei Langzeitfermentationen noch einige Innovationen erwarten.

Rauch: Das sehe ich genauso. Auf lange Sicht gibt es bei der pH-Messung keine Alternative zur Glastechnologie. Beim Sauerstoff wird allerdings die optische Technologie weiter auf dem Vormarsch sein. Wir haben da einiges in der Entwicklung. Aber auch hier wird es nicht so sein, dass sich die bestehende Messtechnik über Nacht komplett verändert, sondern es werden sich neue Anwendungsbereiche und Verbesserungen in den bekannten Applikationen ergeben.

Haben Sie bei optischen Verfahren schon konkrete Produkte entwickelt?

Nitschke: Ja, einen optischen Sauerstoffsensor, der vor allem langzeitstabiler ist.

Rauch: Der Sensor wird noch in diesem Sommer auf den Markt kommen. Das System misst den Sauerstoffgehalt durch Fluoreszenzlöschung, arbeitet also nach einem chemooptischen Prinzip. Das ist übrigens eine Technologie, die wir für zahlreiche Anwendungen derzeit als sehr vielversprechend halten. Wir sehen aber auch noch Möglichkeiten in der Streulichttechnologie und in der Absorptionstechnologie. Aber bei allen künftigen Entwicklungen, möglichen Varianten und Trends, werden wir uns bei Mettler Toledo weiter auf eine optimale Sensorik konzentrieren, die dann auf dem „Intelligent Sensor Management“ aufbaut. In dieser Kombination liegt unsere Stärke.

Herr Nitschke, Herr Rauch, vielen Dank für das Gespräch.

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