Vernetzte Ventile dank Intelligenter Sensoren So lassen sich bis zu 90 % der Kosten für die Ventilüberwachung einsparen

Autor / Redakteur: Pertti Kujala* / Dominik Stephan

So lassen sich bis zu 90 % der Kosten für die Ventilüberwachung einsparen – Hatten Sie heute schon einen Anruf vom Ventil? Sicherheit, geringere Kosten und wertvolle Einblicke in die Produktion: Die Fernüberwachung hat viele Vorteile. Doch typische Nachrüstlösungen sind teuer und aufwändig. Es gibt eine kostengünstigere Alternative: Drahtlose Sensoren als „Plug&Play“-Geräte machen auch einfach Stellglieder „smart“.

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Das Ventil kann sich jetzt selbst melden: Drahtlose Winkelsensoren zum Nachrüsten machen einfache Hand­ventile smart.
Das Ventil kann sich jetzt selbst melden: Drahtlose Winkelsensoren zum Nachrüsten machen einfache Hand­ventile smart.
(Bild: Haltian)

Alle Ventile in einem Betrieb in Echtzeit überwachen und das an jedem Punkt entlang der Prozesskette: Das geht mit einer Fernüberwachung. Auf diese Weise sparen Betreiber Kosten und erhöhen die Betriebssicherheit, zudem ermöglichen Echtzeitdaten die Analyse und Auswertung im Rahmen von Industrie-4.0- und Big-Data-Strategien. All das beschert dem Markt für Fernüberwachung einen jährlichen Zuwachs von 4,5 %, wobei bis 2024 weltweit 27 Milliarden Dollar erreicht werden könnten. Trotzdem zögern viele Betriebe, in die Fernsteuerung- und -überwachung von Ventilen zu investieren: Das Nachrüsten eines Überwachungssystems für tausende Armaturen verschiedener Hersteller, etwa im Großanlagenbau, ist teuer und zeitaufwändig.

Aktuelle Positionssensoren passen oft nur für einen Ventiltyp und viele Anbieter haben ihre eigenen spezifischen Sensorvorrichtungen. Zudem verwenden Feldgeräte mehrere industrielle Kommunikationsprotokolle, etwa Foundation Fieldbus, Profibus, Device Net, AS-Interface oder Hart-Protokoll zur Kommunikation mit dem Leitsystem. Dies kann eine kostspielige Anpassung der Software-­Schnittstelle erfordern, insbesondere wenn Produkte mehrerer unterschiedlicher Hersteller beteiligt sind.

Auch erfordern die meisten Positionssensoren eine physische Strom- und Datenverkabelung, was angesichts tausender Ventile einen erheblichen Kostenfaktor darstellt und die Bereitstellungszeit verlängert. Lassen sich derartige Investitionen verringern und die Nachrüstung erleichtern? Etwa, indem das System selbst beim Leitsystem „anruft“?

Genau daran arbeiten zurzeit Firmen wie etwa der finnische IoT-Produkte Entwicklungsspezialist Haltian zusammen mit Partnern aus der Prozessindustrie. Ein erstes Ergebnis: Ein intelligenter drahtloser Winkelsensor für die Ventilfernüberwachung, der industrietaugliche Wireless-Technologien und ultra-strapazierfähige Materialien kombiniert. Mit dieser Lösung können Fertigungsbetriebe ihre Nachrüstkosten im Vergleich zu herkömmlichen Alternativen um bis zu 90 % senken, versprechen die beteiligten Entwickler.

IoT zum Nachrüsten: Plug& Play-Sensoren für die Ventildiagnose

Dabei benötigt der Sensor keine Verkabelung und kann an verschiedenen manuellen Drehventilen angebracht werden – einschließlich Kugel- und Drosselventilen. Um den Einbau noch schneller und einfacher zu machen, gehört ein Montage-Adapter-Kit zum Lieferumfang. Im Inneren verfügt das Gerät über magnetische und mechanische Sensoren zum Erkennen der Ventilposition mit einer Genauigkeit von einem Grad.

Nach dem ersten Einschalten verbindet sich der Sensor automatisch mit den anderen Geräten über die Wirepas-Mesh-Technologie. Bei Bedarf kann das drahtlose Mesh-Protokoll die Funkübertragungsleistung und das Frequenzband automatisch optimieren.

Im Fertigungsbetrieb werden zusätzlich keine Basisstationen oder drahtlose Netzwerkinfrastrukturen benötigt, da die Winkelsensorgeräte selbst als Zugangspunkte für andere Geräte fungieren können und so ein vollvermaschtes Netzwerk bilden, das Datenpakete mittels Hop-by-hop-Transport überträgt. Der wenig Energie verbrauchende Sensor kann mehrere Jahre mit einer Batterie betrieben werden.

So wird das Ventil smart

Und was bringt das Ganze dem Betreiber? Jede Menge: Die Entwickler sind überzeugt, dass der konsequente Einsatz derartiger Winkelsensor zur drahtlosen Ventilfernüberwachung sich nicht nur in den Anschaffungskosten rechnet, sondern auch die Betriebskosten (OPEX) senken hilft. Zu den ganz konkreten Vorteilen für den Betreiber gehören:

  • Die Installation auf den Ventilen ist schnell und einfach, da keine Verkabelung erforderlich ist und der Sensor komplett vorkonfiguriert geliefert wird.
  • Die Nachrüstung funktioniert mit beinahe allen Typen von Drehventilen, einschließlich Kugel- und Drosselventilen.
  • Es werden weitere kostspielige Softwareanpassungen für industrielle Kommunikationsprotokolle vermieden – der Winkelsensor kann über ein einfaches Application Programming Interface (API) in die zentrale Steuerung integriert werden.
  • Die Änderungen der Ventilpositionsdaten werden an das Steuersystem gemeldet – das ermöglicht es, Prozesse schneller an ihre optimalen Leistungsstufen anzupassen.
  • Mit aktuellen Informationen über alle Ventilpositionen lassen sich Unfälle vermeiden und die Arbeitssicherheit erhöhen.
  • Vermeiden von Umweltschäden.
  • Die Ventilüberwachung ermöglicht es, „implizites“ Wissen des Bedienpersonals zu digitalisieren und zu speichern.
  • End-to-End-Daten, die von allen Ventilen erfasst werden, ermöglichen, Prozesse zu messen und zu optimieren.
Fachbuch „Technische Strömungslehre“Das Standardwerk „Technische Strömungslehre“ dient dem Leser mit 46 durchgerechneten Beispielen, zahlreichen Tabellen, Diagrammen mit Stoffeigenschaften und empirischen Beiwerten als Nachschlagewerk für Lösungen von strömungstechnischen Aufgaben in der Praxis.

Kosteneinsparungen, höhere Sicherheit und ständige Prozessoptimierung: Die Fernüberwachung bietet Betreibern erhebliche Vorteile – und das mit drahtlosen Nachrüstlösungen zu einem Bruchteil der Kosten. Das Industrie-4.0-­Zeitalter hat in der Fluidik begonnen – spätestens, wenn das Ventil in der Leitwarte anruft.

* * Der Autor ist Leiter der Thingsee Smart Factory Solutions bei Haltian,Oulu/Finnland.

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