Data Processing & Analytics
29.04.2019

Brownfield-Anlagen modernisieren: kleine Schritte, große Wirkung

Moderne Automatisierungstechnik wirkt sich positiv auf Altanlagen aus, wenn sie ­zielgerichtet und mit Augenmaß eingeführt wird. Wesentlich ist eine gründliche ­Analyse im Vorfeld, die offenlegt, wo die größten Defizite bestehen, etwa im Hinblick auf die Verfügbarkeit oder Sicherheit.

Brownfield-Anlagen modernisieren: kleine Schritte, große Wirkung (Bilder: Phoenix Contact)

Bilder: Phoenix Contact

Der Modernisierungsplan kann sich auf die Überwachung von Schwachstellen wie unvermittelt ausfallende Pumpen fokussieren. Ergänzend stehen effizientere, zum Beispiel papierlose Abläufe bei vielen Betreibern im Zentrum. Begleitet durch einen breit aufgestellten Anbieter von Automatisierungstechnik können Anwender die Verjüngungskur für ihre Anlage – von der ­einfachen Leittechnik-Migration bis hin zum Einzug von Digitalisierung und künstlicher Intelligenz – ohne Risiken gestalten.

Betreiber von Brownfield-Anlagen in der Prozessindustrie sind gefordert, ebenso wettbewerbsfähig zu produzieren, wie der Mitbewerber, der das gleiche Produkt auf einer modernen Anlage herstellt. Das klingt nach der Quadratur des Kreises. Die Verfügbarkeit einer in die Jahre gekommenen Anlage sinkt unweigerlich – außer es gelingt, diesem negativen Trend systematisch gegenzusteuern.

Modernisierung ist angesagt. Zugegeben, es ist ein langer, manchmal mühevoller Weg, bis die Produktion genauso effizient, transparent und sicher läuft, wie die in der Fabrik 4.0, die gerade auf der grünen Wiese entstanden ist. Doch das ist kein Grund, es nicht anzugehen. Zumal sich bejahrt und smart nicht ausschließen und insbesondere die ersten Schritte oftmals bereits große Fortschritte bringen.


Modernisierung von Prozessanlagen bedeutet mehr als den Austausch veralteter Technik. Verschiedene Ansatzpunkte und Maßnahmen ­sichern die künftige Produktivität

Modernisierung von Prozessanlagen bedeutet mehr als den Austausch veralteter Technik. Verschiedene Ansatzpunkte und Maßnahmen ­sichern die künftige Produktivität


Schnelle Umstellung auf neues Prozessleitsystem

Dabei kann es nicht nur einfach um den Ersatz alter Technik gehen. Vielmehr sollte die Erneuerung von Anfang an so ausgerichtet werden, dass auch für die nächsten Schritte die Grundlagen gelegt sind. Die Basis muss also immer eine grundlegende Analyse des Status quo, das Setzen geeigneter Zwischenschritte und eine Langfristperspektive sein, die den ­individuellen Erfordernissen Rechnung tragen. So entwickelt sich ein machbarer Modernisierungsfahrplan. Nicht selten zwingen jedoch die Rahmenbedingungen zum Handeln. Spätestens, wenn Leitsystem oder Steuerungstechnik abgekündigt sind, ist es Zeit für das Retrofit.

Eine PLS-Migration mit Unterstützung eines Automatisierungstechnikherstellers ist vor allem dann anzuraten, sofern bei der Umstellung Stillstandzeiten minimiert werden sollen. Er hilft bei der Bestandsaufnahme und berät mit Weitblick, welche technischen Features die Ziele des Anwenders langfristig optimal fördern. Neben einer höheren Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ist es in der Regel anzustreben, den verfügbaren Schaltraum mittels kompakt bauender Rangierkonzepte optimal zu nutzen, um Platz für spätere Ausbauvorhaben zu schaffen. Phoenix Contact steuert nicht nur die erforderliche Technik bei, sondern unterstützt auf Wunsch ebenfalls mit ­Engineering-Leistungen. Darüber hinaus wird der Umstieg durch spezielle, Fehler minimierende Adaptionslösungen erleichtert, wie sie das Unternehmen für alle gängigen Leitsysteme bietet. Häufig kann man so die vorhandene Feldverkabelung beibehalten und die Modernisierung im laufenden Betrieb vornehmen.

Effizientere Instandhaltung durch gut lesbare Markierungen

Ebenso grundlegend wie der Austausch von Obsolet-Produkten ist die Erneuerung von Markierungen, die über die Jahre verwittert und unlesbar geworden sind. Selbst wenn sich das Personal in „seiner“ Anlage ohne diese Unterstützung zurechtfindet – der nächste neue Mitarbeiter und das Service-Personal von Fremdunternehmen werden sich schwertun. Gut entzifferbare, langlebige Schilder und Plaketten erleichtern nicht nur die Instandhaltung, sondern erhöhen auch die Betriebssicherheit. Durch die Kombination mit Barcode oder RFID-HF- oder -UHF-Transponder trägt die Kennzeichnung zudem zu zukunftsfähigen Wartungskonzepten bei: etwa mit Hilfe von Maintenance-Software auf Tablets. Sie führt den Nutzer besser als jeder Laufzettel beim Kontrollrundgang und erleichtert ihm die Dokumentation, die er online unmittelbar durchführen kann. Erste Chemieunternehmen loten sogar schon den Nutzen von Augmented-Reality-Anwendungen aus, über die sich der Instandhalter vor Ort Wartungsanleitungen oder Kurz­videos ins Blickfeld einblenden lassen kann oder die einen weit entfernten Experten als Berater zuschaltet.


Gut lesbare, einheitliche Kennzeichnung ist nicht nur für die Orien­tierung des ­Betriebspersonals nötig. Sie bildet die Basis für effiziente Wartungskonzepte

Gut lesbare, einheitliche Kennzeichnung ist nicht nur für die Orien­tierung des ­Betriebspersonals nötig. Sie bildet die Basis für effiziente Wartungskonzepte


Smart Devices leiten das Servicepersonal bei Kontrollrundgängen, leisten über eine Maintenance-Applikation Unterstützung und ­ermöglichen die sofortige Dokumentation aller Arbeitsschritte vorort

Smart Devices leiten das Servicepersonal bei Kontrollrundgängen, leisten über eine Maintenance-Applikation Unterstützung und ­ermöglichen die sofortige Dokumentation aller Arbeitsschritte vorort


Individuelle Konzepte für die Anlagenvernetzung

Phoenix Contact leistet bei der Anlagenvernetzung vielfältige Unterstützung, von der Ausstattung mit RFID-Markierungen ganzer Betriebe als Komplettdienstleistung bis zur Installation der geeigneten Funkinfrastruktur inklusive eines schlüssigen IT-Security-Konzepts, das dafür selbstverständlich unabdingbar ist. Neben Standard-Lösungen, wie GSM, 3G und 4G oder Bluetooth, sind Wireless Hart sowie das proprietäre Trusted Wireless im Angebot. Überschaubar ist der Aufwand beim Einsatz von WLAN, das durch das sogenannte Cluster-Management industrietauglich wird. Ferner können Mischlösungen aus bestehenden Leitungen und der SHDSL-Technik einen Ansatz darstellen, falls große Distanzen zu überbrücken sind, etwa bei der Vernetzung von Brandmeldeanlagen in einem weitläufigen Werk.

Wer seine Anlage mitsamt den Abläufen so für die Anforderungen der Zukunft fit gemacht hat, sollte sich dennoch nicht ­zufriedengeben. Er braucht sich nicht zu scheuen, nun auch die Weichen zur Produktion 4.0 zu stellen. Das heißt nicht ­weniger und nicht mehr, als die verfügbaren Daten aus dem Feld zu nutzen. Zu viele Betriebe lassen diesen Schatz brachliegen. Dabei haben die Meisten längst die Grundlagen gelegt: in Form von Feldbus- oder Hart-fähigen Feldgeräten, die abgesehen von Messwerten jede Menge Diagnosedaten liefern.

Zeitsparende Überwachung entfernter Komponenten und Anlagen

Dass diese allzu oft ungenutzt bleiben, hat wohl gerade mit der Fülle zu tun: die Vielzahl der Quellen, die Menge der Daten – und die Krux, dass nicht alles gleichzeitig erledigt werden kann. Wieder gilt es Prioritäten zu setzen. Zwei wichtige Fragen sollte man zunächst beantworten: Ist an irgendeiner Stelle nicht optimal für die Sicherheit des Personals gesorgt? Und gibt es Equipment, das regelmäßig für größere ungeplante Wartungseinsätze oder gar für einen Anlagenstillstand verantwortlich ist?


Die Zukunft im Service gehört Augmented und Mixed Reality. Über Smart Glasses kann sich der Instandhalter zusätzliche Informationen, etwa Wartungsanleitungen, ins Blickfeld holen

Die Zukunft im Service gehört Augmented und Mixed Reality. Über Smart Glasses kann sich der Instandhalter zusätzliche Informationen, etwa Wartungsanleitungen, ins Blickfeld holen


Bei der systematischen Analyse sämtlicher Schwachstellen, unterstützt durch Phoenix Contact-Experten, ist darüber hinaus zu betrachten, mit welchem Aufwand regelmäßig wiederkehrende Tätigkeiten, beispielsweise Vor-Ort-Kontrollen, verbunden sind. Besonders zeitaufwendige Kontrollfahrten, etwa für die Brunnenüberwachung in einem weitläufigen Werksgelände, lassen sich mit Hilfe einfacher Online-Messungen und eines Modems vermeiden. Ähnlich fällt die Antwort auf die Frage nach der Sicherheit aus. Man sollte immer darauf vertrauen können, dass eine Notdusche funktioniert – nicht nur unmittelbar nach dem letzten turnusmäßigen Kontrollrundgang. Die kontinuierliche Überwachung stellt das sicher; eine sinnvolle Zusatzfunktion ist die Benachrichtigung eines Ersthelfers, sobald die Notdusche betätigt wird. So kann Datenerfassung und -transport zum Lebensretter werden.


Wer Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit seiner Anlage erhöhen will, benötigt nicht zwingend künstliche Intelligenz. Ob beispielsweise die Begleitheizung funktioniert, signalisiert bereits eine simple Strom­messung

Wer Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit seiner Anlage erhöhen will, benötigt nicht zwingend künstliche Intelligenz. Ob beispielsweise die Begleitheizung funktioniert, signalisiert bereits eine simple Strom­messung


In Altanlagen gibt es zahlreiche ähnliche Möglichkeiten, um die Sicherheit und Anlagenverfügbarkeit zu steigern. Ein einfacher Namur-Endschalter signalisiert die Stellung von Handventilen. Wer wissen will, ob seine Begleitheizung funktioniert, kann sich mit einer simplen Strommessung Gewissheit verschaffen. Nicht viel aufwendiger ist die Leckage-Überwachung von Pipelines: Neben Messstationen in regelmäßigen Abständen braucht es dazu lediglich eine beliebige Möglichkeit der Datenübertragung und jede Leckage lässt sich schnell registrieren und lokalisieren.  

Umfassende Auswertung von Diagnosedaten

Höher sind die Anforderungen, wenn es um die Auswertung der Signale geht, die intelligente Transmitter – ergänzend zum eigentlichen Messwert – liefern. Wer sie sinnvoll zu nutzen weiß, dem eröffnen sich neue Perspektiven für die Verbesserung der Anlageneffizienz, der Produktqualität und Prozessführung. Auch Ventile und Positioner sowie das Rotating Equipment, also zum Beispiel Pumpen und Kompressoren, stellen zahlreiche Diagnoseinformationen zur Verfügung. Es gilt, diese bestmöglich auszuwerten und daraus Handlungsempfehlungen, beispielsweise einen vorbeugenden Wartungseinsatz, abzuleiten.


Massendaten, etwa Diagnosewerte, lassen sich einfach in die Profi-cloud übertragen, wo sie ausgewertet werden können, etwa um ­Predictive Maintenance oder Advanced Process Control zu unterstützen

Massendaten, etwa Diagnosewerte, lassen sich einfach in die Profi-cloud übertragen, wo sie ausgewertet werden können, etwa um ­Predictive Maintenance oder Advanced Process Control zu unterstützen


Standard-Maintenance-Tools, wie sie von vielen Instandhaltungsteams verwendet werden, sind damit jedoch oft überfordert. Sie bringen nicht die nötige Rechenleistung mit. Selbst große Prozessleitsysteme geraten hier an ihre Grenzen – sie haben schließlich andere Aufgaben.

Zielführend ist es, die nahezu unendliche Rechenleistung in ­einer (Public oder Private) Cloud zu heranzuziehen. Mit dem Proficloud-Koppler lassen sich Daten über OPC UA unkompliziert transferieren. Sie können von IT-Experten und deren smarten Tools kompetent interpretiert werden, die dann zum Beispiel neue Sollwerte via Profinet zurückliefern.

Oder man gewährt dem Gerätehersteller Zugriff. Er verfügt im besten Fall über erweiterte Einblicke auf der Grundlage von ­Diagnosedaten, Variablen und Störgrößen zahlreicher identischer Geräte weltweit. Mithilfe von Big-Data-Analysen und Webservices kann er unter Umständen entscheidend zur Anlageneffizienz beitragen – etwa indem er dem Anlagenbetreiber mitteilt, dass eine Pumpe innerhalb des nächsten Monats zu tauschen ist oder wann bestimmte Wartungseingriffe an welchen Ventilen erledigt werden sollten, um Leistungsein­bußen auszuschließen. So smart kann sich die „Altanlage“ wieder problemlos mit jeder Greenfield-Produktion messen.

www.phoenixcontact.de/prozess


Dipl.-Ing. Stephan Sagebiel ist Leiter Industriemanagement Prozess- und Verfahrenstechnik bei der Phoenix Contact Deutschland GmbH in Blomberg.Autor:

Dipl.-Ing. Stephan Sagebiel
ist Leiter Industriemanagement Prozess- und Verfahrenstechnik bei der Phoenix Contact Deutschland GmbH in Blomberg.

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
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