Wireless-Technologien Neue Wireless-Technologien für die Prozessautomatisierung

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Noch vor einem halben Jahr trat die Prozessindustrie Funklösungen eher zögerlich entgegen. „Fehlende Standards, nur für Einzelfälle oder zu viel Unsicherheiten“, lauteten die Einwände. Nachdem WirelessHart im vergangenen Jahr als ein Standard in der Funktechnologie festgelegt wurde, hat sich der Wind gedreht. Die Hersteller reagierten mit einer Produktoffensive und zeigten auf der Achema erstmals eine breitere Auswahl an Wireless-Technologien für die Prozessautomatisierung.

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Das größte Potenzial für Wireless-Anbindungen findet sich in schwer zugänglichen Anwendungen, etwa Tanklager, deren Informationen bislang aus Kostengründen nicht eingebunden wurden.
Das größte Potenzial für Wireless-Anbindungen findet sich in schwer zugänglichen Anwendungen, etwa Tanklager, deren Informationen bislang aus Kostengründen nicht eingebunden wurden.
( Bild: Turck )

Seit im Juli 2008 die Spezifikation von WirelessHart freigegeben wurde, arbeiten die Hersteller mit Hochdruck an Geräten für die drahtlose Übertragung von Daten in der Prozessindustrie. Erste Ergebnisse konnten die Besucher auf der Achema sehen: Beispielsweise Geräte aus dem Joint-Development zwischen Endress+Hauser und Pepperl+Fuchs. Während das WirelessHart-Gateway als zentrale Netzwerkkomponente dient, lässt sich mithilfe des WirelessHart-Adapters jedes Hart-basierte Feldgerät drahtlos betreiben. „Um zu zeigen, dass der Adapter gerade für ungewöhnliche Messsituationen geeignet ist, haben wir ihn auf unser Korrosionsmessgerät CorrTrans montiert“, erklärt dazu Gerrit Lohmann vom Produktmanagement Interfacetechnik bei Pepperl+Fuchs. Darüber hinaus stellte das Unternehmen auch einen WirelessHart-Temperaturmessumformer vor.

Endress+Hauser (E+H) zeigte dagegen ein ganzes WirelessHart-Netzwerk mit vielen über den eigenen Messestand verteilten Messgeräten sowie auf dem Nachbarstand der Firma Samson zwei Stellungsregler kombiniert mit Adaptern von E+H, um Diagnosedaten über den Zustand des Ventils, etwa die Anzahl der Hübe, zu liefern. Alle Geräte sollen ab Spätsommer einsatzbereit sein. „Technische Hürden gibt es keine mehr“, stellt Dr. Andreas Rampe, Produktmanager Wireless bei E+H, klar.

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Auch alle anderen ausstellenden Ausrüster präsentierten sich in Frankfurt mit fertigen Produkten oder zumindest Prototypen. So ist man bei Turck nun in der Lage, mit Data Radio nicht nur RS 232- oder RS485-Protokolle zu übertragen, sondern z.B. auch ein Profibusprotokoll. Das Data Radio ersetzt das Kabel, unabhängig davon, wie über das Kabel kommuniziert wird, und überträgt das Protokoll drahtlos unverfälscht in das Leitsystem. Nach Auffassung von Ryan Kromhout, Leiter Produktmanagement Prozessautomation bei Turck, eröffnet dies „ungeahnte Möglichkeiten, sei es in Abfüllstationen, aber auch für Anwendungen, wo bislang eine Automatisierung zu teuer war.“ Das Mülheimer Unternehmen sieht zudem großes Potenzial im nachträglichen Ausstatten von Antrieben mit einer batteriebetriebenen Ventilstellungsrückmeldung. Dafür steht nun eine Kombination aus drahtloser Kommunikation und dem hauseigenen Doppelsensor bereit, der die Stellung nahezu jedes Antriebs in der Prozessautomatisierung erfassen kann.

Spürbare Aufbruchstimmung

„Bisher reagierten die Anwender beim Thema Wireless eher zurückhaltend, umso spannender wird es jetzt, wenn es wirkliche Produkte gibt“, zeigte sich auch Hans-Georg Kumpfmüller, Leiter der Sparte Sensors and Communication bei Siemens, in Aufbruchstimmung.

In der Fertigungsautomatisierung ist Siemens mit dem Hochgeschwindigkeitsnetz WirelessLan bereits technologischer Marktführer. „Hier gibt es Applikationen, die vor ein paar Jahren undenkbar gewesen sind, etwa die Steuerung von Notaus-Vorrichtungen, also sicherheitsgerichtete Funktionen“, nennt Kumpfmüller die neuen Möglichkeiten. In der Prozessindustrie unterstützt Siemens WireLessHart und bringt demnächst ein Gateway für die Anbindung an das Leitsystem, Geräte mit eingebautem Interface für Druck und Temperatur sowie einen Geräte-Adapter auf den Markt.

Bei Phoenix Contact fühlt man sich ebenfalls gut gerüstet für die Wireless-Anbindung, wie Jörg Brasas von der Business Unit Interface erklärt: „Wir halten verschiedene Produkte für Wireless-Anwendungen bereit. Zu unserem bewährten proprietären System ist ein Profibus-Gateway erhältlich, mit dem sich die Wireless-I/O-Stationen direkt in die Profibus-Ebene integrieren lassen. Als Neuheit bieten wir nach dem Sommer ein WirelessHart-Gateway an, für das auch ein WirelessHart-Adapter folgen wird.“

Honeywell kündigte erst vor wenigen Wochen den OneWireless Gauge Reader als neue Komponente an. Mit diesem Gerät werden bisher manuelle Ablesungen von Messanzeigen automatisch erfasst und drahtlos in die Leittechnik oder zu den Asset Management-Werkzeugen übertragen. „Dadurch können kritische Einrichtungen und Prozesszustände zeitnah analysiert und in die Entscheidungsfindung einbezogen werden“, weiß Herbert Fittler, Technology Consultant bei Honeywell, am Rande der Achema zu berichten. Weitere vorgesehene Komponenten bei Honeywell dienen der Messung von Leckagen, pH-Wert, Leitfähigkeit und der Gaserkennung. Schon im vergangenen Sommer wurde die zweite Version des OneWireless-Netzwerk freigegeben. Diese wurde bereits in Übereinstimmung mit den Hardware-Spezifikationen des ISA 100.11a entwickelt. Die Komponenten sind so ausgelegt, dass sie nicht nur für drahtlose Monitoring-Aufgaben verwendet werden können, sondern damit bereits die regelungstechnische Nutzung in Betracht gezogen werden kann.

Von Emerson Process Management, einem der großen Technologietreiber beim Thema Wireless, in Frankfurt vertreten auf dem Hart Foundation-Stand, stehen neben einem Gateway bereits Messgeräte für die Parameter Druck Differenz/Druck, Temperatur, 4-Kanal-Temperatur, 2-Kanal Diskret, pH-Wert und Vibration für Wireless-Anwendungen bereit. Darüber hinaus steht bereits der AMS Device Manager als Asset Management System für Wireless und eine Planungs- und Wartungssoftware zur Verfügung. „Nach dem Sommer folgen außerdem noch ein Adapter für 4-20 mA-Geräte, ein Messgerät für die Leitfähigkeit sowie Rückmeldeeinheiten für die Auf/Zu- sowie 0-100%-Funktionen“, erläutert Ralf Küper, Produktmanager Wireless bei Emerson Process Management.

Lösungen finden

Bei der Frage, welcher Standard der bevorzugte sein wird, geben sich die meisten Hersteller pragmatisch, oder wie es Turck-Mitarbeiter Kromhout formuliert: „Wir müssen das anbieten, was der Kunde wünscht.“ Dabei setzen die Hersteller durchaus auf proprietäre Lösungen. Kromhout: „Damit können wir viele Daten von kleineren Anwendungen, wie Temperatur- und Feuchtemessungen, sammeln und übertragen. Diese Daten lassen sich anschließend einfach über Standards, wie TCP/IP, in jedes gängige Leitsystem einspeisen.“ Gleichzeitig ist das Unternehmen aber auch den aktuellen Entwicklungen gegenüber offen und bereitet derzeit ein Drop-in-Modul vor, das das proprietäre Protokoll auf ein WirelessHart-Protokoll adaptiert.

„Neben dem WirelessHart-Gateway und -Adaptern stellen wir unser eigenes proprietäres System Trusted Wireless zur Verfügung, weil wir damit die Möglichkeit haben, aktuelle Probleme zu lösen. Außerdem haben wir die Erfahrung gemacht, dass es einfach keine Lösung gibt, die für jede Applikation geeignet ist“, erklärt Phoenix-Mann Brasas. Mit Trusted Wireless lassen sich sowohl Punkt-zu-Punkt- als auch Pipeline-Verbindungen bis hin zu komplexen „Meshnetzwerk“-ähnlichen Strukturen mit bis zu 255 Teilnehmern aufbauen.

Die Unsicherheit der Anwender bezüglich des Standards ist den Herstellern durchaus bewusst. So ist man bei Siemens davon überzeugt, dass sich die Anwender erst vollends entscheiden, wenn sie beide Systeme getestet haben, und das wird bei ISA SP100.11a sicher erst in einem Jahr möglich sein. Kumpfmüller: „Die Kunden und Hersteller wünschen sich jedoch nur einen Wireless-Standard. Neben anderen Fakten spricht vor allem für WirelessHart, dass es dafür bereits Produkte von vielen bedeutenden Leitsystem- und Geräteherstellern gibt, von der ISA SP100.11a bisher aber nur eine Spezifikation.“

Das letzte Wort scheint jedoch noch nicht ganz gesprochen. „ISA SP100.11a berücksichtigt in größerem Maß die Koexistenz der Netzwerke. Dadurch lassen sich zukünftige Entwicklungen, etwa Wireless Profibus oder Wireless Fieldbus Foundation, berücksichtigen und diese ohne Probleme in seine bisherige Architektur einbinden“, bricht Kromhout noch eine Lanze für die SP 100. Aufgrund der technischen Details in den beiden gegenwärtig propagierten Standards sieht man auch bei Honeywell vielfältige technologische Vorteile auf Seiten des ISA 100.11a Standards. Nach der kürzlich erfolgten positiven Abstimmung der ISA-Arbeitsgruppe und der formalen Freigabe des erweiterten Wireless-Standards durch die ISA werden nach Einschätzung von Honeywell-Experte Fittler voraussichtlich Ende 2009 erste Komponenten für diesen Standard am Markt verfügbar sein. Fittler geht daher von einer breiten Entwicklung und raschen Verbreitung von Komponenten auf dieser Plattform aus. So hätten bereits mehr als 15 Hersteller angekündigt, Technologien entsprechend diesem Standard zu entwickeln.

Unabhängig vom Standard geht es jetzt darum, das Vertrauen der Anwender zu erhalten. „Gemeinsam mit unseren Kunden ergründen wir in kleinen Installationen die Einsparpotenziale, was wiederum Vertrauen bei unseren Kunden schafft. Dazu gehört auch, vor der Installation die Qualität und Güte der Funkübertragung zu prüfen. Dies gibt dem Kunden Sicherheit in puncto Übertragungssicherheit“, nennt Kromhout wichtige Maßnahmen. Es zeigt sich, dass in der Praxis die Technologie nicht so wichtig ist. „Für den Kunden ist viel entscheidender, dass sein Problem gelöst wird. Man braucht also die richtige Lösung für die spezielle Anwendung“, so die Erfahrung von Brasas. Übereinstimmend berichten die Hersteller, dass die Kunden in der Prozessindustrie von den Vorteilen überzeugt sind, die Anfragen gezielter werden und zwischenzeitlich konkrete Anwendungen im Raum stehen. Die intensive Aufklärungsarbeit beginnt Früchte zu tragen.

Realistische Ziele setzen

„In der Prozessindustrie deckt Wireless zusätzliche Anwendungen ab, wenn es darum geht, schnell Messstellen nachzurüsten oder unzugängliche Messstellen einzubinden“, beschreibt Kumpfmüller die Potenziale der Technologie. „Dabei zählen für die Anwender Zuverlässigkeit, Interoperabilität und Einfachheit in der Bedienung.“ Alle Eigenschaften deckt WirelessHart nach Angaben vieler Hersteller hervorragend ab.

Einig sind sich fast alle Hersteller auch, was derzeit technisch machbar ist und was nicht. „Wenn propagiert wird, dass man eine ganze Anlage wireless steuern kann, halte ich das für gewagt. Kein Kunde wird die Steuerung und damit die Verfügbarkeit der Anlage an eine neue, für ihn noch unbekannte Technologie hängen – von sicherheitsgerichteten Bereichen mal ganz abgesehen“, macht Gerrit Lohmann von Pepperl + Fuchs unmissverständlich klar.

Die wichtigste Anwendung bleiben Monitoring-Aufgaben, die man jedoch nicht unterschätzen sollte, wie E+H-Mitarbeiter Rampe verdeutlicht: „Es wird zwar immer gesagt, dass nur Überwachungsaufgaben mit Wireless denkbar sind, aber man sollte dies positiv sehen. Diese Aufgaben werden häufig vernachlässigt, und noch immer gibt es heute viel zu viele Messstellen, die manuell abgelesen werden müssen. Wireless eröffnet hier vollkommen neue Möglichkeiten.“

Wirtschaftliches Potenzial

Klar scheint: WirelessHart wird in den nächsten fünf Jahren eine Nischenanwendung oder eine Ergänzung zu den bestehenden Messstellen bleiben und nicht die Stückzahlen einer Verdrahtung erreichen. Interessant bleibt Wireless trotzdem, wie Lohmann vorrechnet: „Jedes Jahr werden etwa eine Millionen Hart-Geräte verkauft. Wenn nur fünf bis zehn Prozent mit WirelessHart ausgestattet werden, plus die zusätzlichen Messstellen, wo verdrahtete Technik bislang nicht funktionierte, dann ergibt es eine Größenordnung von 200 000 bis 300 000 Geräten.“ Ähnliche Vorgaben setzt man sich auch bei E+H, wo man mit Wireless neue Märkte erobern will. Rampe: „Wenn wir in den nächsten zwei Jahren fünf bis zehn Prozent aller Messstellen einer Anlage mit Wireless ausstatten, wäre das ein guter Anfang.“ Das erklärte Ziel: Spätestens 2020 soll Wireless in der Prozessindustrie genauso selbstverständlich sein wie jede andere Kommunikationsform.

Feldtests laufen bei BASF

Ein wichtiger Schritt auf dem Weg dorthin ist der nun startende Namur-Feldtest mit WirelessHart-konformen Geräten am BASF-Standort Ludwigshafen. Den Herstellern ABB, Emerson, E+H, MacTek, Pepperl+Fuchs sowie Siemens wird eine Plattform geboten, die Leistungsfähigkeit ihrer Geräte unter Beweis zu stellen.

Auf Herstellerseite wird begrüßt, dass die Anwender frühzeitig in die Diskussion um den Standard eingreifen. Die Botschaft von Dr. Martin Schwibach, Leiter des Namur-Arbeitskreises 4.15 „Wireless Automation“, dass nicht die drahtlosen Übertragungstechnologie selbst, sondern die eigentliche Anwendung in den Mittelpunkt der Diskussion gestellt werden muss und diese nur eine unter vielen ist, scheint angekommen zu sein. „Wenn wir jetzt die Diskussion um den besseren Standard nicht beenden, werden Chancen für sinnvolle Anwendungschancen mit Zusatznutzen vertan“, so Schwibach mahnend. Letztendlich profitieren auch die Hersteller von einem einheitlichen Standard. Die Ergebnisse des Feldtests sollen zu Beginn des vierten Quartals 2009 vorliegen.

Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS.

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