Die Welle von Industrie 4.0 reißt die chemische Industrie, und herkömmliche „stumme“ Geräte können die Anforderungen intelligenter Chemiefabriken nicht mehr erfüllen. Als „Augen“ und „Füße“ der industriellen Automatisierung verändert sich besonders die Messtechnik. In diesem Artikel wird untersucht, wie sich chemische Messgeräte aus der Perspektive des industriellen Internets der Dinge (IIoT) von einem einzigen Wahrnehmungswerkzeug zu vernetzten intelligenten Knoten entwickelt haben und die Zukunft der chemischen Produktion neu gestalten.

Abschied vom „stummen“ Gerät: IIoT bringt „Gehirn“ und „Mund“ zum Gerät

Traditionelle chemische Messgeräte haben eine einzige Funktion: Der Druckgeber wandelt das Drucksignal in einen Strom von 4-20 mA um, und das Füllstandsmessgerät zeigt nur die Füllstandshöhe an. Sie „wahrnehmen“ die Welt mit Sorgfalt, können aber ihren Zustand nicht „ausdrücken“. Sie sind passive Datenanbieter, die im Falle eines Ausfalls oder einer Abweichung der Präzision oft erst nach einem Unfall festgestellt werden, was zu ungeplanten Ausfallzeiten oder sogar zu Sicherheitsunfällen führt.

Im Kern der IIoT-Technologie stehen „Connectivity“ und „Intelligence“. Durch die Einbettung fortschrittlicher Mikroprozessoren und digitaler Kommunikationschips in herkömmliche Geräte und den Zugang zu industriellen Internetplattformen über drahtlose oder kabelgebundene Netzwerke verleihen wir dem Gerät ein "Gehirn" (Selbstverarbeitung, Selbstdiagnostik) und einen "Mund" (digitale Kommunikationsfähigkeit). Seitdem sind die Messgeräte nicht mehr der Endpunkt der Informationen, sondern eine wichtige Quelle und ein intelligenter Knotenpunkt für den industriellen Datenstrom.

Kernwert von Intelligent Union Instrumenten: weit über die Datendividende der Messung hinaus

Der Wert, den intelligente Messgeräte im IIoT bieten, geht weit über die grundlegende Anforderung der „Präzision“ hinaus.

1. Vorhersagende Wartung, passiv zu aktiv
   Intelligente Messgeräte können ihren Gesundheitszustand kontinuierlich überwachen. Ein intelligenter Drucksender kann beispielsweise die Änderung der Kapazitätswerte der Membran, die Stabilität der Elektronik und sogar die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf sich selbst überwachen. Wenn diese Parameter ungewöhnlich sind, aber nicht zu einem Messfehler führen, kann das Gerät eine frühzeitige Warnmeldung senden. Das Wartungspersonal kann daher den Austausch im nächsten Parkfenster planen, um unerwartete Ausfallzeiten zu vermeiden und den Übergang von der „präventiven Wartung“ (regelmäßiger Austausch) zur „prädiktiven Wartung“ (Austausch auf Anfrage) zu ermöglichen, wodurch Wartungskosten und Sicherheitsrisiken erheblich reduziert werden.

2. Fernwartung und Volumenmanagement für mehr Effizienz
   Ingenieure müssen keine hohen Türme erklimmen oder in gefährliche Gebiete eintauchen, sondern können in der Steuerung oder im Büro über Software Messgeräte aus Tausenden von Meilen Entfernung diagnostizieren, Messungen ändern, Konfigurationen einstellen und sogar Firmware-Upgrades durchführen. Für große Chemieparks mit Tausenden von Messgeräten ermöglicht die IIoT-Plattform das Volumenmanagement von Messgeräten und das „Asset Health Display“, um den Gesundheitszustand und die Lebensdauer aller Messgeräte mit einem Klick zu überprüfen, was die Betriebseffizienz erheblich verbessert und die Sicherheitsrisiken für die Mitarbeiter verringert.

3. Datenfusion und Prozessoptimierung schaffen neuen Wert
   Der Wert verändert sich qualitativ, wenn große Mengen von zeitlich gekennzeichneten Messdaten (Druck, Durchfluss, Temperatur, Vibrationen usw.) auf die IIoT-Cloud-Plattform oder einen Edge-Server zusammengefasst werden. Mit Big Data-Analysen und Algorithmen für künstliche Intelligenz können Unternehmen:

• Optimierung des Energieverbrauchs:Analysieren Sie die Beziehung zwischen Dampffluss und Reaktortemperatur, um den energieeffizientesten Betriebspunkt zu finden.

• Steigerung der Produktivität:Verfolgen Sie die Beziehung zwischen Produktqualitätsschwankungen und kritischen Parameterkurven im Produktionsprozess, um optimale Prozessrezepte festzustellen.

• Digitale Zwillinge:Hochpräzise Echtzeitdaten sind die Grundlage für den Aufbau einer virtuellen Fabrik (Digital Twin), die für die Simulation, Vorhersage und Optimierung des gesamten Produktionssystems verwendet werden kann.

Schlüsseltechnologie: Von HART bis zu Wireless

Diese Veränderung ist unabhängig von den Fortschritten der Kommunikationstechnologie:

• Protokolle wie HART/Modbus:Diese herkömmlichen Protokolle ermöglichen die digitale Kommunikation auf bestehender kabelbasierter Basis und sind eine wichtige Grundlage für die Entwicklung des IIoT.

• WirelessHART/ISA100.11a:Ein drahtloses Netzwerkprotokoll, das speziell für industrielle Umgebungen entwickelt wurde, mit Eigenschaften wie Selbstorganisation, Selbstheilung und hoher Zuverlässigkeit löst die Herausforderungen der Verkabelung in komplexen Umgebungen und bietet die Möglichkeit, alte Anlagen zu modernisieren und mobile Geräte zu überwachen.

• Die OPC UA:Es löst die Probleme der Datenkommunikation zwischen Geräten verschiedener Marken und Protokollen und stellt einen Standard für einen effizienten, sicheren und einheitlichen Zugriff auf Daten bereit.

• Randberechnung:Bereitstellen Sie intelligente Dienste nahe an der Quelle, an der die Daten erzeugt werden, analysieren und verarbeiten Sie anspruchsvolle Daten in Echtzeit vor Ort, reduzieren Sie den Druck auf die Cloud und erhöhen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems.

Herausforderungen und Denken

Der Weg in die Zukunft ist nicht einfach:

• Netzwerksicherheit:Die Vernetzung von Geräten erhöht zwangsläufig die Angriffsfläche. Eine tiefgreifende Verteidigung von Chips, Geräten, Netzwerken und Cloud-Plattformen muss aufgebaut werden, um die absolute Sicherheit von industriellen Systemen zu gewährleisten.

• Bewertung des Investment Return (ROI):Die Anfangsinvestitionen für intelligente Upgrades sind hoch und müssen den Entscheidungsträgern ihren langfristigen Wert über den gesamten Lebenszyklus hinweg beweisen (weniger OPEX, weniger Ausfallzeiten, höhere Energieeffizienz).

• Transformation der Fähigkeiten:Die Anforderungen an Messtechniker haben sich von einfachen Reparaturkenntnissen zu komplexen Kompetenzen entwickelt, die sowohl IT, Netzwerk als auch Datenanalyse erfordern.

Zukunftsperspektiven: Intelligenz überall

Die chemischen Geräte der Zukunft werden keine Informationsinsel mehr sein. Sie werden ein sehr synergistisches organisches Ganzes sein: Druckschwankungen lösen eine aktive Kompensation des Durchflussmessers aus und die Daten des Temperatursensors werden mit dem Ventilpositioner verknüpft, um eine genauere Steuerung zu ermöglichen. Alle Daten werden in der Cloud zusammengeführt, analysiert und schließlich zu einem intelligenten Produktionssystem gebildet, das sich selbst wahrnimmt, selbst diagnostiziert, selbst entscheidet und sich selbst optimiert.

Schlussfolgerung:

Die Entwicklung von "Wahrnehmung" zu "Intelligenz" ist eine tiefgreifende Paradigmenrevolution im Bereich chemischer Instrumente. Es verwandelt die Rolle des Instruments von einem Kostenzentrum zu einem Wertschöpfungszentrum. Für Chemieunternehmen ist die frühzeitige Einführung des IIoT und das Layout intelligenter Messsysteme zweifellos ein entscheidender Schritt zum Aufbau zukünftiger Kernvorteile in einem heftigen Marktwettbewerb. Und wir, die Beobachter, sind Zeugen und Förderer dieser großen Veränderung.