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Verfahrenstechnik 12/2021

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Verfahrenstechnik 12/2021

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Anschluss geglückt Ethernet-APL erschließt Vorteile digitaler Kommunikation in der Prozessindustrie Mit der neuen Kommunikationstechnologie Ethernet-APL haben Anwender in den Prozessindustrien auf ihrer Suche nach höherer Effizienz und steigender Qualität einen starken Partner an ihre Seite bekommen. Dieser neue Weg der Datenübertragung wird die Digitalisierung in verfahrenstechnischen Produktionen vorantreiben. Unternehmen wie die BASF nutzen bereits die Vorteile der Ethernet-APL- Technologie. Autor: Frank Jablonski, freier Redakteur, mylk+honey, für Endress+Hauser Mit Ethernet-APL werden Daten aus allen Bereichen von Prozessanlagen sicher und praktikabel vernetzt und zentral verfügbar gemacht. Das hilft Anwendern, aus Unmengen von Datenpunkten wertvolle Informationen abzuleiten. Seit vielen Jahren sind Feldgeräte in der Verfahrenstechnik in der Lage, nicht nur ihre eigentliche Messaufgabe zu erfüllen, sondern auch weitergehende Informationen zu liefern. Theoretisch wird so die installierte Basis transparent und detaillierte Gerätediagnoseinformationen stehen zur Verfügung, beispielsweise zur vorbeugenden Wartung der Instrumente. Im Feld der Prozessindustrie haben die Ethernet-Spezifikationen bislang die Erwartungen der Betreiber nicht erfüllt. Ethernet überträgt Daten zwar schnell, aber alle Komponenten benötigen eine separate Energieversorgung. Das bedeutet einen hohen Verkabelungsaufwand und damit verbunden höhere Kosten. Außerdem war Ethernet bislang auf 100 m Kabellänge beschränkt, während in Prozessanlagen oftmals Distanzen von 1 000 m und mehr zu überbrücken sind. Auch der typische RJ-45-Stecker ist nicht für die raue Umgebung im Feld ausgelegt. Doch das beste Argument bislang gegen den Einsatz von Ethernet in der Prozessindustrie war die mangelnde Eignung für Ex-Bereiche aufgrund der fehlenden Eigensicherheit. Vor einigen Jahren haben sich namhafte Hersteller und Nutzerorganisationen zusammengetan, um genau diese Nachteile aus der Welt zu schaffen. Die Ethernet- APL-Gruppe hat sich zum Ziel gesetzt, die grundsätzlichen Vorteile der Ethernet- Technologie auch in den verfahrenstechnischen Anlagen nutzen zu können und Ethernet fit für den Einsatz in der Feldebene der Prozessindustrie zu machen: Energieversorgung und Datenübertragung über dasselbe Zweileiterkabel, für den Einsatz im Ex-Bereich geeignet, mit einer hohen Bandbreite und langen Kabeldistanzen. Die Arbeit an den Spezifikationen ist mittlerweile abgeschlossen. Die Technologie wurde im Rahmen der Achema 2021 der Öffentlichkeit vorgestellt. In der Praxis angekommen Bereits vor der offiziellen Vorstellung der Normen und Spezifikationen und der nach ihren Vorgaben konstruierten Geräte, wur- 32 VERFAHRENSTECHNIK 12/2021 www.verfahrenstechnik.de

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Ethernet-APL ermöglicht einen schnelleren Zugriff auf Daten aus dem Feld, die dann in digitalen Services wie dem Netilion-Ökosystem zur Verfügung stehen de die Ethernet-APL-Technologie erfolgreich in der Praxis eingesetzt. So hat die BASF in Ludwigshafen schon im Jahr 2019 Ethernet-APL-Prototypen verschiedener Hersteller installiert. Die Tests reichten von der Installation über die Inbetriebnahme bis hin zum Ausschleusen von Daten parallel zum Prozessleitsystem. Im elektrotechnischen Testlabor der BASF hängen die Kabel ordentlich aufgereiht an der Wand und wandern säuberlich aufgewickelt von jedem Gerät in eine Ecke des Raums, um dort in einem dicken Kabelbündel zu verschwinden. Außergewöhnlich nur, dass keines der Durchfluss-, Druck- oder Temperaturmessgeräte seinem eigentlichen Zweck entsprechend an eine Rohrleitung angeschlossen ist. Doch dieses für den außenstehenden Betrachter ungewohnte Bild ist Routine für die Ingenieure bei BASF, denn mit Medium gefüllte Rohrleitungen sind überflüssig. In diesen Räumen konzentrieren sich die Ingenieure darauf, die Kommunikation von Feldgeräten zu untersuchen und zu testen. An den Wänden ist für praktisch jedes Messprinzip auch ein Gerät von Endress+Hauser präsent, das den neuen Kommunikationsstandard Ethernet-APL nutzt. In der Praxis führen die neuen Eigenschaften dazu, dass Anwendungen wie vorausschauende Wartung möglich werden. Edge-Geräte übermitteln hierzu Geräte- Daten direkt vom Feld in die Cloud wie beispielsweise in das Endress+Hauser IIoT-Ökosystem Netilion. Dort werden Analysen und Auswertungen gefahren und deren Ergebnisse an die Anwender in Form von Informationen und Handlungsempfehlungen zurückgespielt. Solche Möglichkeiten und die Rahmenbedingungen einer neuen Kommunikation in den Anlagen klangen von Anfang an auch für die Automatisierer der BASF in Ludwigshafen reizvoll. Sie beschäftigen sich spätestens seit der Namur-Hauptversammlung im Jahr 2016 mit den Details der Ethernet-APL-Kommunikation. Um möglichst schnell auch praktische Erfahrungen mit dem neuen Ansatz sammeln zu können, organisierten die BASF-Ingenieure Geräte unterschiedlicher Hersteller und probierten sie aus. Umfangreiche Tests des Zusammenspiels von Steuerungs- und Leittechnik, Frequenzumrichtern, Netzwerk-Verteilern, Stellgeräten und Mess- und Analysegeräten sollten folgen. Daher richteten sie schließlich im März 2019 ein größeres, eigenständiges Testlabor mit Prototypen führender Prozesstechnik-Ausrüster ein. Als gemeinsames Industrial Ethernet Protokoll unterstützen die Komponenten das Profinet-Protokoll. Hintergrund ist, dass dieses Protokoll bereits seit vielen Jahren in Fabrik-Anwendungen eingesetzt wird und mit der Verabschiedung der finalen Version des kommunikationsunabhängigen PA-Profils V4.0 ein großer Schritt in Richtung der Ertüchtigung von Profinet für den Einsatz in Anlagen der Prozessautomatisierung geschafft wurde. In der Konsequenz stellte Endress+Hauser seine Feldinstrument-Prototypen ebenfalls mit Profinet zur Verfügung. Vorteile der neuen Technik Die Arbeit im Testlabor zeigt, dass Daten schnell in die Sensoren hochgeladen werden können. Auch der umgekehrte Weg, der Download von Daten in die Geräte, ist problemlos und mit hoher Geschwindigkeit möglich. Netzwerk- und Gerätediagnosen sind einfach aufrufbar, Fehler leicht zu identifizieren und somit schneller zu beseitigen. Im Zusammenspiel mit der System- und Medienredundanz führt das zu einer effizienten Instandhaltung und hohen Verfügbarkeit der Anlage. Neue Applikationen werden deutlich einfacher in Betrieb genommen und eingerichtet. Die Tests bei der BASF reichten von der Installation über die Inbetriebnahme bis hin zum Ausschleusen von Daten parallel zum Prozessleitsystem und zeigen, dass Ethernet-APL die grundsätzlichen Vorteile der Ethernet-Technologie gegenüber der analogen 4–20-mA-Technologie und den digitalen Feldbussen auch in den verfahrenstechnischen Produktionen nutzbar macht. Im BASF-Testlabor werden selbstverständlich ebenfalls Geräte installiert, die für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären geeignet sind. Momentan betrifft das noch die Zündschutzart Ex ic, doch schon bald sollen eigensichere Geräte für den Einsatz in Zone 0 (Ex ia) getestet werden. Das ist möglich, weil in Anlehnung an das Fisco-Konzept (Fieldbus Intrinsically Safe Concept, IEC 60079-11 und -25) gemeinsam mit der Dekra Exam ein 2-Wise- Explosionsschutz (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) für eigensichere Zwei-Draht-Feldbussysteme konzipiert wurde. Auch verwendet Ethernet-APL ein von Power-over- Data-Line abweichendes Speisekonzept. Zudem sind die bei der BASF verwendeten Standard-Sicherheitssteuerungen bereits mit einem Profinet-Kommunikationsmodul ausgestattet, das direkt mit den APL-Fieldswitches verbunden wird. Daher kann in der Zukunft dieselbe Technik Wir nehmen diese umfangreichen Tests auf uns, damit wir gut vorbereitet sind, wenn wir die Technik im kommenden Jahr in einer Pilotanlage in Europa installieren. Gerd Niedermayer, Senior E+I Engineering Manager, BASF SE für die Sicherheits- wie für die Leitsystemanwendungen genutzt werden. Der Schritt in die Produktion soll bei der BASF ab jetzt schnell gehen: Durch die umfangreichen Tests an Prototypen ist das Team der BASF gut vorbereitet, um die Ethernet-APL-Technik bereits im kommenden Jahr in einer Pilotanlage an einem europäischen Standort zu installieren. Fotos: Endress+Hauser www.endress.com www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 12/2021 33

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