Flexible, komplexe, arbeitsteilige und geografisch dezentrale Produktionsprozesse – wie sie im Trend liegen – erfordern eine Vernetzung, die schnell, kostengünstig und zukunftssicher umsetzbar ist. Der Technologie WirelessHART geling es in besonderem Maße, die technischen und wirtschaftlichen Einschränkungen kabelgebundener Installationen zu überwinden – insbesondere bei Messpunkten, die schlecht erreichbar, beweglich und abgelegen sind oder die sich in besonderen Umgebungen, z. B. korrosions- oder explosionsgefährdeten Bereichen befinden.
Das Einsatzpotenzial von WirelessHART ist enorm: Die erste Einsatzkategorie – genutzt bei vorhandenen Installationen – nutzt dafür WirelessHART-Adapter, angeschlossen an die an die installierte 4…20-mA-Schleife. Ohne sonstige Eingriffe in das vorhandene Leitsystem und zusätzlichen Verkabelungsaufwand ist der zentrale Zugriff auf alle HART-Daten der Sensoren drahtlos sichergestellt. Auch eine direkte Anbindung via batteriebetriebener und damit autonomer Messstellen an das Leitsystem ist es möglich, die 4…20-mA-Leitung zum Leitsystem entfällt. Diese Option wird meist bei Umbaumaßnahmen, Erweiterungen und vor allem Neuanlagen eingesetzt.
Die Möglichkeit, direkt auf Gerätestatusinformationen aus der Feldebene zuzugreifen, erlaubt nicht nur einen detaillierten Einblick in den Prozess selbst: Diese Informationen lassen sich auch verwenden, um wichtige Prozessdaten für die vollständige Rückverfolgbarkeit der Produkte und eine umfassende Qualitätsdokumentation zu generieren. Dieses Potential ist ein entscheidender Aspekt für Branchen, die engen gesetzlichen Vorgaben unterworfen sind und zum Beispiel mit Gefahr-Stoffen umgehen.
„Proaktive Wartung ist eine Schlüsselstrategie, um eine höhere Anlagenverfügbarkeit zu erreichen“. erklärt Gerrit Lohmann, Leiter der Produktgruppe Remote Systems. Einige der Gerätedaten, die von modernen Feldinstrumenten zur Verfügung gestellt werden, lassen sich auch für eine periodische Überprüfung des Gerätezustands einsetzen, um eventuell bevorstehende Ausfälle bereits in einem frühen Stadium erkennen zu können und unerwartet Geräteausfälle zu vermeiden. „Damit ist der Einblick in den Zustand von Geräten der Schlüssel für eine vorausschauende, proaktive Wartungsstrategie“, so Lohmann weiter. Typischerweise wird ein Device Typ Manager (DTM) oder eine Device Description (DD) eingesetzt, um Informationen zum Gerätezustand abzurufen. Dabei löst die Software einen Alarm aus, sobald ein Gerät unter einen vordefinierten Leistungswert fällt oder nachlassende Leistungswerte erkennen lässt. Darüber hinaus kann die gesamte Gerätekonfiguration aus der Ferne vorgenommen werden, ohne dass dafür irgendwelche Arbeiten am Feldgerät selbst erforderlich sind.
Effiziente Kalibierprozesse
Einige Anwendungsbeispiele beschreiben die typischen Einsätze der WirelessHART-Technologien. Messgeräte sind nur so gut wie ihre Genauigkeit – was wiederum bedeutet, dass diese in geeigneten Zeitabständen durch Kalibrierungstests nachgewiesen werden muss. Die Intervalle sind dabei von vielen Mess- und Umgebungsfaktoren abhängig. Dort, wo Online-Abfragemöglichkeiten von Messwerten und Diagnosevariablen fehlten, behalfen sich die Betriebsverantwortlichen eines Herstellers von pharmazeutischen Wirkstoffen für Arzneimittel bislang mit Kalibrierungen in definierten Zyklen. Dazu musste das betreffende Gerät, z. B. ein Temperatursensor, aus dem Prozess genommen werden. Während der Prüfung und Kalibration stand der Prozess und verursachte Kosten – was jedoch vermeidbar gewesen wäre, hätte sich das Gerät gezielt abfragen und so der tatsächliche Kalibrierbedarf feststellen lassen.
Dank Fernabfrage per Funk lassen sich Messwerte und Diagnosevariablen individuell abrufen und so optimale – in vielen Fällen längere – Zykluszeiten festlegen. Hierzu wird das jeweilige Messgerät mit einem WirelessHART-Adapter versehen, der die Daten über die HART-Schnittstelle ausließt oder das 4…20-mA-Signal in einen digitalen Wert umsetzt. Messgeräte im drahtlosen Netzwerk müssen nicht mehr auf Verdacht ausgebaut werden, sondern nur noch bei echtem Bedarf zur Neukalibrierung. Verbesserte Verfügbarkeit sowie transparente Kalibrierzyklen steigerten das Effizienzniveau dieser Anlage. In einer Anlage in Irland ging man noch einen Schritt weiter: Der Kalibration-Prozess konnte ohne Ausbau im laufenden Betrieb vollzogen werden – durch WirelessHART-Anbindung der HART-Funktionalität.
Tanklager in der Erdölraffinerie
Effizienz, vor allem aber auch Anlagensicherheit und Umweltschutz, sind die Vorteile, die WirelessHART in der folgenden Applikation bietet: Raue Umgebungsbedingungen, eine Vielzahl von oftmals schwer zugänglichen Messstellen, mehrere Dutzend Tanks mit großen Entfernungen zur Leitwarte – das sind die Randbedingungen eines Großtanklagers in einer Erdölraffinerie. In Hydrocrackern mit einer Verarbeitungskapazität von mehr als zehn Millionen Tonnen pro Jahr wird hier Rohöl in Zwischenprodukte umgewandelt. Um ein unkontrolliertes Austreten von Kohlenwasserstoff in der Anlage zu erkennen bzw. zu vermeiden, müssen Lecks frühzeitig erkannt und umgehend beseitigt werden. Es gilt, gesetzliche Umweltvorschriften einzuhalten, Feuer- und Brandgefahren zu eliminieren und eine Verschwendung der wertvollen Ressource Kohlenwasserstoff zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden Tanks und Rohrleitungen bei Anlagenbegehungen zwar regelmäßig überprüft – mehr Sicherheit aber lässt sich durch kontinuierliche Messungen durch Sensoren zur Überwachung brennbarer und toxischer Gase erreichen. Deren Messwerte zur Ferndiagnose werden in einer zentralen Leitwarte angezeigt.
Werden Leckagen durch Gassensoren erkannt, liegt diese Information in Sekundenbruchteilen in der Leitwarte durch die kabellose Installation vor. Ebenfalls entscheidend für Performance und Zuverlässigkeit ist, dass die Funkausbreitung in der Anlage alle Messstellen erreicht. Bei der Umsetzung der datentechnischen Integration ist dabei die Einhaltung der ATEX-Vorschriften innerhalb der explosionsgefährdeten Bereichen zwingend erforderlich und berücksichtigt.
Eine kabelgebundene Anbindung der Leckagesensoren schied aus: Bei der Vielzahl der Tanks, der oftmals schweren Zugänglichkeit der Messstellen und der teils kilometerlangen Leitungswege wäre diese Lösung nicht nur zu teuer, sondern in bestimmen Anlagenteilen aufgrund erhöhter Korrosionsgefahren auch nicht zulässig. Eine zukunftssichere Kommunikationsplattform, die bei Bedarf eine schnelle Integration weiterer Messstellen ermöglicht, überzeugte den Anlagenbetreiber außerdem.
Anwendungen auf beweglichen Objekten
Neben schwer zugänglichen Bereichen sind Anwendungen auf beweglichen Objekten – wie rotierende, fahrende oder nicht fest montierte Anlagenteilen – ein wichtiges Einsatzgebiet für drahtlos angebundene Sensoren. Das erfassen solcher Messpunkte ist durch kabelgebundene Lösungen technisch häufig gar nicht realisierbar oder mit hohen Kosten verbunden. Ein Bereich, in dem solche Anwendungen typischerweise vorkommen, sind Kläranlagen: Statt des Einsatzes störanfälliger Gleitkontakte zur Übertragung der Daten an die Leitwarte, können WirelessHART-Adapter zur Übermittlung von Füllstand, Temperatur oder Sauerstoffbedarf verwendet werden. Denn der drahtlose Standard ermöglicht es, Messgeräte direkt an den Schiebern anzubringen, die die Flüssigkeit im Klärbecken bewegen. Verdrahtete Lösungen sind an dieser Stelle aufwändig zu installieren, verschleißen und müssen deshalb ständig durch Kontrollgänge von Mitarbeitern überwacht werden.
Mehr Wirtschaftlichkeit bei Prozessanlagen
WirelessHART beruht auf offenen Standards und ist eine schnelle und einfache Möglichkeit, eine umfassende Transparenz des gesamten Process Control Systems (PCS) bis hinunter auf die Feldbusebene zu erreichen. Dies hat sich als eine perfekte Basis erwiesen, um ein entscheidend höheres Maß an Effizienz und Anlagenverfügbarkeit zu erreichen. Die Datenübertragungstechnologie WirelessHART lässt sich über Adapter, Wireless-Feldgeräte und Gateways leicht in bestehende Infrastrukturen integrieren und bietet ein bekanntes look&feel, da sie zur Konfiguration, Wartung und Diagnose dieselben Werkzeuge und Prozeduren nutzt wie klassische HART-Anbindungen. Die Anwender profitieren dank WirelessHART unter dem Strich von einer erhöhten Wirtschaftlichkeit ihrer Prozessanlagen.
