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Druckmesstechnik Neue digitale Drucktransmitter für mehr Industrie 4.0, Produktivität und Prozesssicherheit

Die Namen sind altbekannt, das Innenleben und damit das Können ist neu: Endress+Hauser hat die Druck- und Differenzdrucktransmitter Cerabar und Deltabar neu aufgelegt und ihnen alle Voraussetzungen eines Prozesssensors 4.0 mitgegeben. Sie sollen im Bereich smarter Prozesssicherheit neue Maßstäbe setzen.

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Starke Typen: Die neuen Drucktransmitter-Produktlinien Cerabar und Deltabar wurden für den Weg in die Industrie 4.0 perfektioniert. Mit bewährten und neu entwickelten Features wie Bluetooth und Heartbeat Technology ermöglichen sie eine höhere Prozesssicherheit und Anlagenverfügbarkeit.
Starke Typen: Die neuen Drucktransmitter-Produktlinien Cerabar und Deltabar wurden für den Weg in die Industrie 4.0 perfektioniert. Mit bewährten und neu entwickelten Features wie Bluetooth und Heartbeat Technology ermöglichen sie eine höhere Prozesssicherheit und Anlagenverfügbarkeit.
(Bild: Endress+Hauser; ©Yevhen, ©MiaStendal, ©tampatra - stock.adobe.com; [M] Grimm)

Nach der Temperatur ist der Druck die wohl am häufigsten benötigte Messgröße in der chemischen Prozessindustrie. Neben der Temperatur und der Konzentration bestimmt er entscheidend den Ablauf und die Qualität chemischer Reaktionen und muss entsprechend zuverlässig und genau kontrolliert werden. Eine weitere wichtige Aufgabe ist die Überwachung von Anlagenteilen wie Behältern, Rohrleitungen oder Pumpen – der Druck ist somit auch ein elementarer Sicherheitsparameter.

Im Zeitalter von Industrie 4.0 steigen die Anforderungen an Prozesssensoren allgemein und damit auch an Messumformer für Druck- und Differenzdruck. Sicherheit auf der einen und Produktivität auf der anderen Seite dürfen heute keine Gegensätze mehr sein. Diesem Leitbild folgen die neuen Produktlinien Cerabar und Deltabar. Ausgestattet mit intelligenten Funktionen sollen sie die Brücke zur Industrie 4.0 schlagen sowie Produktivität und Prozesssicherheit im Gleichschritt steigern.

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Mehr Industrie 4.0

Die Anlagensicherheit hat und wird auch in Zukunft oberste Priorität haben. Erst wenn die Sicherheit gewährleistet ist, kann das Potential von Industrie 4.0 voll ausgeschöpft werden. Die Sensoren stellen dabei die Augen und Ohren in der Prozessindustrie dar. Das zuverlässige Erfassen von Prozessdaten und deren Verknüpfung sowie Weiterleitung an höhere Ebenen ist entscheidend sowohl für die Verbesserung als auch für die Effizienz der Prozessführung. Zu Recht beinhaltet die Namur-Roadmap „Process-Sensors 4.0“ deshalb folgende drei Schlüsselkriterien für digitale Prozesssensoren:

  • Möglichkeiten zur kabellosen Kommunikation,
  • Sensordiagnose,
  • sowie Bereitstellung von Informationen über Sensor und Prozess.

Mit den beiden optionalen Funktionen Bluetooth sowie Heartbeat Technology erfüllt die neue Generation Cerabar und Deltabar diese Kriterien.

Mehr Produktivität

Die Bluetooth-Schnittstelle bietet klare Vorteile bei der Inbetriebnahme sowie bei der Bedienung der Geräte:

  • Es ist kein Öffnen des Gerätes mehr notwendig.
  • Schwer zugängliche Messstellen sind jetzt einfach bedien- und konfigurierbar.
  • Das Gerät kann vor dem Einbau einfach und schnell parametriert werden (z.B. vorab in der Werkstatt).

Damit die Bluetooth-Verbindung zwischen der SmartBlue-App und einem Drucktransmitter im Sinne der IT-Security nicht kompromittiert werden kann, sind – anders als Schnittstellen im privaten Bereich, beispielsweise zwischen Smartphone und Fitness-Armband – die Bluetooth-Schnittstellen von Endress+Hauser mit einem speziellen Protokoll (PAKE) versehen. Manipulationen bei der Verbindung zwischen App und Gerät sind somit ausgeschlossen.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit (AISEC) hat die Sicherheitsfrage für die Drahtlosverbindung wie folgt beantwortet: „Zusammenfassend leiten wir auf der Basis der durchgeführten Analysen, gemessen an den Schutzzielen, und dem Angreifermodell, folgende Bewertung für das Schutzniveau der Bluetooth-Infrastruktur ab: Protokoll = Hoch, Algorithmen = Hoch. Noch sicherer sind beispielsweise nur Personalausweise mit integrierter NFC-Schnittstelle.

Sobald es um Diagnosemöglichkeiten geht, wünschen sich Anlagenbetreiber bei Messgeräten einen Idealzustand: Das Gerät überwacht sich komplett selbst, der Betreiber muss sich keine Gedanken machen. Heartbeat Technology sorgt dafür, diesem Idealzustand immer näher zu kommen. Die permanente Gerätediagnose mit Klartextmeldungen nach NE107 ist dabei nur der erste Schritt. Das überarbeitete Display mit Farbumschlag im Fehlerfall von Grün auf Rot liefert einen Hinweis direkt in der Anlage, ohne langandauernde Vor-Ort-Suche der betroffenen Messstelle.

Die App-basierte Bediensequenz zur Heartbeat Verification führt den Anwender durch eine jederzeit verfügbare Geräteverifikation. Die Ergebnisse sind in einem entsprechenden Verifikationsprotokoll einsehbar. Dafür muss das Gerät weder ausgebaut noch der Prozess unterbrochen werden.

In einem nächsten Schritt sind Heartbeat Monitoring-Funktionalitäten integriert, die z.B. durch statistische Auswertung von Sensordaten weitere Geräte- und Prozessinformationen generieren oder eine kontinuierliche Unterspannungserkennung ermöglichen.

Mehr Prozesssicherheit

Wie auch die Vorgänger wurden die neuen Produktlinien nach IEC 61508 entwickelt, was sie für den direkten Einsatz in SIL2- sowie in homogener Redundanz auch in SIL3-Applikationen ertüchtigt.

Bei der Verwendung von Drucktransmittern in PLT-Sicherheitseinrichtungen – deren Bedarf in den Anlagen der Chemie-, Öl- und Gasindustrie steigt – achten Anlagenbetreiber genauestens darauf, systematische Fehler auszuschließen und gleichzeitig den hohen Zeitaufwand pro SIL-Messstelle zu minimieren. Die im Display integrierten, optischen Bedientasten erlauben eine Bedienung der Drucktransmitter ohne Öffnen des Gehäusedeckels. Das verhindert mögliche Korrosion durch das Eindringen von Feuchtigkeit beim Öffnen bzw. Schließen des Gerätes. Mit den neuen digitalen Assistenten für die SIL-Verriegelung und SIL-Wiederholprüfung wird weitere Abhilfe zur Minimierung systematischer Fehler geschaffen. Sie führen Schritt für Schritt durch die erforderliche Prüfprozedur, ähnlich einer Checkliste der Piloten vor jedem Flugzeugstart.

Am Ende einer Bediensequenz wird optional ein Prüfprotokoll im PDF-Format erstellt, beispielsweise über die neue Bluetooth-Schnittstelle und die SmartBlue-App von Endress+Hauser.

Schwierig? Kein Problem

Dank einer großen Auswahl an Sensoren, bestmöglicher Messperformance sowie aller notwendigen Zertifikaten sind für die modernisierten Messgeräte selbst schwierigste Druckapplikationen kein Problem. Als Beispiel im Bereich der Sensorik ist die hochreine Keramik-Messzelle zu nennen: Bereits im Jahr 1987 in das Produktportfolio aufgenommen, zeigt sie in Hochvakuum-Applikationen, bei aggressiven oder abrasiven Medien, bei kurzzeitigen Druckschlägen und durch die integrierte Membranbrucherkennung ihre ganze Stärke.

„Solange die essenziellen Sensordaten im Drucktransmitter weiter schlummern, wird das Potenzial von Industrie 4.0 nicht ausgeschöpft.“ Peter Dietrich, Endress+Hauser
„Solange die essenziellen Sensordaten im Drucktransmitter weiter schlummern, wird das Potenzial von Industrie 4.0 nicht ausgeschöpft.“ Peter Dietrich, Endress+Hauser
(Bild: Endress+Hauser)

Weckruf für Gerätedaten

Die Möglichkeiten eines Prozesssensors 4.0 sind enorm, entscheidend für den Erfolg werden jedoch die Transparenz und Verfügbarkeit der Zusatzinformationen sein. „Solange die essenziellen Sensordaten im Drucktransmitter weiter schlummern, wird das Potential von Industrie 4.0 nicht ausgeschöpft. Nach derzeitigem Stand bleiben 97 Prozent aller Sensordaten ungenutzt“, weiß Peter Dietrich. „Unsere Cloud-Plattform Netilion hat es sich zur Aufgabe gemacht, die neugewonnenen Potentiale voll auszunutzen“, so der Abteilungsleiter Digitalisierung bei Endress+Hauser (Deutschland).

Was steckt dahinter?

  • Die kostenlose Netilion Scanner-App macht die manuelle Erfassung der installierten Basis kinderleicht. Die wesentlichen Daten des Drucktransmitters lassen sich über den QR-Code oder einen RFID-Chip einscannen. Zusätzliche Informationen wie die Lokalisierung der Messstelle können schnell und mühelos festgelegt werden.
  • Mit Netilion Library steht die Dokumentation der erfassten Druck-Messgeräte jederzeit zur Verfügung: kein Suchen der passenden Dokumentation und damit reduzierte Zeit für Wartung und Inbetriebnahme. Auf der Endress+Hauser Datenplattform liegen inzwischen Datensätze zu über 40 Millionen installierten Geräten.
  • Durch Netilion Analytics werden die digitalen Zwillinge automatisch mit den Dokumenten der Messstelle verknüpft. Das Dashboard mit allen erfassten Messstellen bietet einen kompletten Überblick der Anlage. So erkennt der Anlagenbetreiber auf einen Blick, welche Druck-Messgeräte z.B. nicht mehr bestellbar sind.
  • Der Onlinedienst Netilion Health unterstützt mit über 25.000 Gerätediagnosen. Er zeigt zu den einzelnen Statusmeldungen der Drucktransmitter den Diagnosecode nach NE107, die Ursache und die Handlungsempfehlungen an. Die mühsame Fehlerinterpretation gehört damit der Vergangenheit an. Jede Fehlermeldung kann schnell und zielgerichtet bearbeitet werden.

Fazit: Die neuen Produktlinien Cerabar und Deltabar wurden für den Weg in die Industrie 4.0 perfektioniert. Mit bewährten und neu entwickelten Features ermöglichen sie eine höhere Prozesssicherheit und Anlagenverfügbarkeit. Gleichzeitig sollen sie den Betreibern von Prozessanlagen heute schon Investitionssicherheit für morgen geben.

Ergänzendes zum Thema
Interview mit Alexander Hermann, Produktmanager Druckmesstechnik, Endress+Hauser (Deutschland)

„Anwender und Anlagenbetreiber überdenken bestehende Wartungskonzepte oder gehen komplett neue Wege.“ Alexander Hermann, Endress+Hauser
„Anwender und Anlagenbetreiber überdenken bestehende Wartungskonzepte oder gehen komplett neue Wege.“ Alexander Hermann, Endress+Hauser
( Bild: Endress+Hauser )

Herr Hermann, Heartbeat Technology ist Grundlage für die Realisierung zukunftsweisender Industrie 4.0-Strategien wie vorausschauende Wartung oder die Detektion von Unregelmäßigkeiten im Prozess. Nennen Sie bitte einige Beispiele: Was können die neuen Drucktransmitter alles erkennen?

Alexander Hermann: Die Funktionalitäten können in drei Module eingeteilt werden. Mit der statistischen Sensordiagnose (1) lassen sich über das Signalrauschen Unregelmäßigkeiten im Prozess detektieren, z.B. das Erkennen verstopfter Impulsleitungen oder das Zusetzen einer Rohrleitung. Über die Loop Diagnose (2) lässt sich die anliegende Versorgungsspannung am Transmitter permanent überwachen. Der Drucktransmitter meldet sich frühzeitig bei Veränderungen in der Versorgungsspannung, das Ausfallen oder Übertragen eingefrorener Stromwerte durch eine Unterspannung kann verhindert werden. Im Prozessfenster (3) kann der Anwender individuelle Grenzen für Druck und Temperatur festlegen und damit beispielsweise schnelle Druckschläge detektieren. Die integrierte Zählerfunktion im Prozessfenster zeigt dem Anwender auf einen Blick, wie häufig die Druckschläge im Prozess auftreten.

Trotz der Vorteile, die Konzepte zur vorausschauenden Wartung bringen, verhalten sich Anwender oft zurückhaltend. Verzeichnen Sie ein Umdenken bei den Anwendern, und welche Branchen gehen hier voran?

Hermann: In der Tat stellen wir in den letzten Jahren ein Umdenken bei den Anwendern fest. Ich denke das Potenzial für vorausschauende Wartungen wird immer häufiger erkannt. Einzelne Branchen hervorzuheben ist schwierig, das Interesse ist durch den zunehmenden Fachkräftemangel in vielen Branchen vorhanden. Die Anlagen und Industrieparks werden größer, das Personal vor Ort wird nicht unbedingt aufgestockt. Das bedeutet, Anwender und Anlagenbetreiber überdenken bestehende Wartungskonzepte oder gehen komplett neue Wege. Am meisten Dynamik sehe ich aktuell in der Chemieindustrie.

Anwender treibt immer auch das Thema Datensicherheit um. Wie ist es beim IIoT-Ökosytem Netilion um die Datensicherheit bestellt?

Hermann: Wesentlichen Einfluss auf die Cybersecurity haben rechtliche Anforderungen, wie die Automatisierungssicherheitsnorm IEC 62443 und die Gesetzgebung zur Cybersecurity (ITSiG, Rechtsakt zur Cybersicherheit, NIST). Endress+Hauser bietet einen gesamtheitlichen Sicherheitsansatz, da Sicherheit einen integralen Teil über den gesamten Lebenszyklus unserer Produkte, Dienstleistungen und Lösungen darstellt. Wir unterstützen unsere Kunden bei der sicheren Planung, dem Risikomanagement und bei der angemessenen Reaktion auf Schwachstellen. Außerdem ist das IIoT-Ökosystem Netilion nach ISO27001 zertifiziert.

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