Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Messtechnik: Ausgabe 11/2014, 03.11.2014

Mehr Informationen mit weniger Aufwand

Der technische und digitale Fortschritt lässt sich nicht aufhalten. Mussten Unternehmen noch vor wenigen Jahren Messtechnik über dezentrale Ein- und Ausgänge an die Steuerung anschliessen, geschieht die Anbindung mittlerweile über Ethernet/IP.

Autor: Tim Schrodt, Branchenmanager Lebensmittel

Die Informationsbeschaffung über das Internet ist im Alltag heute das erste Mittel der Wahl. Grundvoraussetzung für diese digitale Kommunikation ist das Internetprotokoll, das sich auf Basis der Ethernettechnologie für lokale Netzwerke etabliert hat. Als Indus­trial Ethernet verwenden Experten diese Technologie inzwischen auch in der Fertigungsautomatisierung. Nun dringt sie weiter vor in den Bereich der Prozessautomatisierung, auch in der Brauindustrie, und ist auf der Feldgerätebene angekommen. Heute lassen sich Durchflussmessgeräte so einfach wie ein USB-Stick an eine Steuerung anschliessen.

Innovative Ideen.

Vor wenigen Jahren entwickelte der Lehrstuhl für Lebensmittelverpackung der TU München-Weihenstephan die bis anhin kleinste vollautomatisierte Brauerei der Welt. In diesem Kooperationsprojekt zwischen Forschung und Industrie zeigten die Experten unter praxisnahen Anforderungen, wie einfach die Überwachung und Steuerung von Prozessabläufen funktio­nieren kann. Die Fachleute verbanden über Ethernet das Prozessleitsystem brewmaxx von ProLeiT mit der Logix-Steuerungsplattform von Rockwell Automation. Auf der Feldgerätebene schlossen die Wissenschaftler aber noch die Messtechnik und Aktorik über dezent­rale Ein- und Ausgänge an die Steuerung an. Doch diese Anschlussart gehört der Vergangenheit an, denn das Proline-Promass-Durchflussmessgerät lässt sich über Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol) direkt an eine Steuerung oder einen PC anschliessen. In den vergangenen vier Jahren hat Endress+Hauser seine Produktpalette mit Ethernet/IP-Schnittstelle im Durchfluss um den magnetisch-induktiv messenden Proline Promag erweitert. Wo sind die Geräte bisher zum Einsatz gekommen und welchen Nutzen bringen sie dem Anwender?

Entwicklung der digitalen Kommunikation.

In der Indus­trie gibt es eine Hand voll an digitalen Signalübertragungstechnologien. Zum Einsatz kamen industrielle Feldbusse zuerst 1979 mit dem Modbus, gefolgt in den 1980er-Jahren von Hart. Anfang der Neunzigerjahre kamen weitere dazu: PROFIBUS und FOUN­DATION fieldbus. Alle genannten Systeme boten im Gegensatz zur konventionellen 4- bis 20-mA-Signal­übertragung mehr Informationen in der Kommunikation zwischen Feld- und Leitebene der Prozessautomatisierung. Allerdings erfordern die Systeme spezielles Wissen und spezielle Feldbuskomponenten, die den Anforderungen wie Ex-Schutz sowie Stromversorgung und Datenübertragung über dieselbe Leitung genügen. In der Chemie- und Pharmaindustrie kommen beide Feldbusse häufig zum Einsatz.

Aus der Entwicklung des Ethernets, die Mitte der 1970er-Jahre begann, entstand das Internet. In der Industrie etablierte sich Ethernet in der Kommunikation zwischen der Ebene der Unternehmensführung (Business ERP, zum Beispiel SAP) und der MES-Ebene (etwa Betriebsdatenerfassung) als Standard Ethernet TCP/IP. Auch auf Prozessleit- und Steuerungsebene wurden die Anbindungen als Industrial Ethernet definiert.

Sie erlauben einen schnellen und hoch verfügbaren Informationsaustausch zwischen prozessnahen Komponenten, wie beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), den Anzeige- und Bedien­komponenten und der Engineering Workstation.

In der Anbindung auf Feldgerätebene hat sich noch kein einheitlicher Standard der Kommunikationsprotokolle etabliert. Je nach Markt und Branche kommen unter anderem PROFINET, Modbus/TCP, EtherCAT, Ethernet POWERLINK und Ethernet/IP zum Einsatz. Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie benötigt als hybride Industrie sowohl die Fertigungs- als auch die Prozess­automatisierung. Mit dem Wunsch nach einer einfach zu handhabenden Technik hat aus dem Fertigungsbereich Ethernet im Prozessbereich Einzug gehalten.

Erwartungen an Ethernet auf Feldgerätebene.

Die Kom- plexitätsreduzierung innerhalb der Automatisierungspyramide erfordert eine einheitliche Datenübertragung innerhalb der gesamten Anlage und eine Informationstransparenz auf allen Ebenen. Eine Anbindung via Internet und der Zugriff via Standard-Webbrowser sind Features, die echtes «Plug&Play» erlauben. Um die Kosten der Netzwerkerstellung zu reduzieren, müssen Standardkomponenten verwendbar sein. Sind mehr Informationen aus dem Prozess verfügbar, können Produzenten Anlagenleistungen optimieren. Beispielsweise können Unternehmen mittels der Methode der «Overall Equipment Effectiveness (OEE)» Ursachen für Stillstände, Engpässe in der Lieferkette sowie Qualitätsschwankungen erfassen. Ferner sind kürzere Reak­tionszeiten für das Anlagen­management und die Instandhaltung möglich, wenn Daten verfügbar sind, die einen Serviceeinsatz vorhersagen lassen. Ferner sollen Daten in Echtzeit in höher gelegenen Auswertungssystemen verfügbar sein. Intelligente Feldgeräte können diese Daten liefern und erlauben dem Betreiber einen tiefen Einblick in seine Prozesse. Mit Feldbussen bedeutet dieses aber einen hohen Aufwand an Konfiguration und Inbetriebnahme.

Praxiserfahrungen von Messgeräten mit Ethernet/IP.

Für ein Anlagenprojekt in Biessenhofen im Allgäu zur Herstellung hypoallergener Säuglingsnahrung suchten Projektingenieure von Nestlé eine Lösung, um den komplexen Prozess rechnergestützt in engen Toleranzgrenzen zu führen. Da Rockwell Automation auf der Steuerungsseite gesetzt war, stand Ethernet/IP als Kommunikationsstandard fest. Die Verantwortlichen installierten mit Ethernet/IP 26 Coriolis-Massedurchflussmessgeräte Promass 83F. Für Nestlé war die standardisierte Physik auschlag­gebend, die schon bei der Planung und Installation der Prozessvisualisierung viele Vorteile bietet. Nach Anschluss des Geräts wird dieses selbstständig erkannt. Die Konfiguration und Integration in die Rockwell-Steuerung ist mit ein paar Mausklicks erledigt.

In einem weiteren Projekt kommt das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät Promag 53H mit Ethernet/IP-Anbindung zum Einsatz. Die Comac Group entwickelte eine Abfüllanlage für Bierfässer, deren Steuerungssystem vollständig auf dem Ethernet/IP-Kommunikationsprotokoll beruht. Auch hier kam die strategische Allianz mit Rockwell Automation zum Tragen. Der Promag 53H liefert alle Alarme und die Füllmenge der Bierfässer. Über den integrierten Webserver können sowohl der Bediener als auch der Service per Fernzugriff auf Messwerte und Diagnosedaten zugreifen, von unterschiedlichsten Stellen und Ebenen über nur eine Kommunikationsstruktur.

Mehr Informationen – Multiparameter­geräte.

Das Coriolis-Gerät Promass 83 misst nicht nur den Massestrom, sondern weitere Parameter wie Dichte, Konzentration, Viskosität und Temperatur. Diese Informationen lassen neben den Rückschlüssen auf Produkteigenschaften auch Aussagen zum Prozessverlauf zu. Dank Ethernet/IP können Anwender sogar Daten zum Erregerstrom und zur Schwingfrequenz des Messsystems auslesen. Damit lassen sich Prozessabweichungen wie Lufteintrag in der Anlage erkennen.

Der Anfang mit Ethernet auf der Feldgerätebene ist gemacht. Besonders die einfache und schnelle Integration von Messgeräten in die Automatisierungstopologie sind die Pluspunkte dieser Kommunikationstechnologie. Durch Ethernet/IP beschränken sich Integrationskosten und -risiken auf ein Minimum. Die einfache Gerätebedienung stösst auf eine hohe Akzeptanz bei den Benutzern. Durch die Verfügbarkeit und Transparenz von Daten in Echtzeit sowie den Zugriff über alle Ebenen der Prozessautomatisierung lassen sich Prozesse, Produktqualität und Chargenverfolgung weiter optimieren. Der Messgerätespezialist hat mit den Durchflussmessgeräten Promass und Promag den Grundstein gelegt und wird sukzessive sein Geräteportfolio mit Ethernet/IP-Anschluss ausbauen.


Weitere Informationen:
Endress+Hauser Metso AG
www.ch.endress.com



Die Durchflussmessgeräte Promass 100 (Coriolis) sowie Promag 100 (MID) gibt es auch mit Ethernet/IP-Schnittstelle


Anbindung eines Durchflussmessgeräts mit Ethernet/IP ist so einfach wie ein USB-Stick


Promag 53H mit Ethernet-IP-Anbindung in der Bierfassabfüllung: Datenzugriff von allen Ebenen der Automatisierung erlaubt Prozessoptimierung sowie planbaren Service