Predictive Maintenance in der SAP-Cloud für die Prozessindustrie

Gemeinsam zur Lösung

Eine der derzeit großen Herausforderungen ist es, das Internet der Dinge und die Vorteile digitaler Industrie-4.0-Technologien für die Prozessindustrie nutzbar zu machen. Bei Pepperl+Fuchs hat man dafür zusammen mit vier namhaften Unternehmen (Endress+Hauser, Hilscher, Samson und SAP) eine innovative Gesamtlösung entwickelt. Die Kommunikationsstruktur entspricht dabei dem Namur Open Architecture-Ansatz (NOA).


Die Vielzahl an Feldgeräten in Prozessanlagen erfasst und übermittelt rund um die Uhr Daten zu Temperaturen, Füllständen und Durchflussraten. Zumeist völlig ungenutzt bleiben dagegen heute noch die umfangreichen Informationen über den Zustand der Geräte selbst und ihre Umgebung, die von diesen ebenfalls gesammelt werden. Die Schnittstellentechnik, die in den meisten Anlagen zum Einsatz kommt, erlaubte es bisher nicht, die zusätzlichen Daten für weitere Auswertungen zugänglich zu machen. Um künftig eine zustandsabhängige und vorausschauende Instandhaltung zu ermöglichen, wäre es aber entscheidend, genau diese Informationen zentral verfügbar zu machen. Bei Pepperl+Fuchs hat man das jetzt gemeinsam mit SAP, Hilscher, Endress+Hauser und Samson in die Tat umgesetzt. Die Überwachung von hochkomplexen Anlagen in der Prozess Industrie ist eine extrem anspruchsvolle Aufgabe - insbesondere dann, wenn es um explosionsgefährdete Bereiche und nicht unterbrechbare Produktionsprozesse geht. Hier können ungeplante Ausfälle gravierende Folgen haben. Das gemeinsame Projekt der fünf Unternehmen soll exakt dieses Szenario verhindern. Dafür wurde eine Lösung entwickelt, die auf durchgehender Vernetzung basiert - innerhalb der Anlage und auch über deren Grenzen hinaus. Über die damit umgesetzten Kommunikationskanäle wird frühzeitig signalisiert, wann Defekte und Ausfälle drohen und wo vorbeugende Maßnahmen notwendig sind. Zentraler Bestandteil und sozusagen das Gehirn der gemeinsamen Lösung ist das SAP Asset Intelligence Network (AIN) in der SAP Cloud-Plattform. Hier sind alle wichtigen Daten und Informationen zu den einzelnen Komponenten hinterlegt. Was auf diese Weise entsteht, ist ein zentral verfügbares digitales Abbild der gesamten Anlage. Diese im AIN gespeicherten Strukturen werden regelmäßig mit dem tatsächlichen Zustand der Anlage abgeglichen - Abweichungen der Ist- von den Soll-Werten sind auf diese Weise sofort erkennbar.

Gerätezustand jederzeit im Blick

Die Lösung greift dafür auf die zusätzlichen Betriebsdaten der Feldgeräte zu und ermöglicht eine permanente Zustandsüberwachung und darauf aufbauend vorausschauende Instandhaltung. So liefern beispielsweise Durchflussmessgeräte von Endress+Hauser und Regelventile von Samson permanent zusätzliche Daten über ihren Zustand. Beim Durchflussmessgerät lassen die Werte beispielsweise Rückschlüsse auf Korrosion oder Abrasion zu. Außerdem ist der genaue Zustand jederzeit über eine Ampelanzeige der Heartbeat System Integrity ablesbar. Bei den Regelventilen wird unter anderem erfasst, welche Stellwege zurückgelegt wurden und wie häufig sie betätigt wurden. Anhand von Erfahrungswerten kann man so Rückschlüsse auf die weitere Lebensdauer ziehen. Über den Endlagentrend werden mögliche Probleme wie Beschädigungen am Ventilsitz und Abnutzungen an Dichtungen erkennbar. In Prozessanlagen mit herkömmlicher 4 bis 20mA-Schnittstellentechnik bleiben diese Daten jedoch bislang ungenutzt, da nur die Übertragung eines einzigen Wertes vom Feldgerät in die Leitwarte möglich ist. Im Rahmen des Projektes musste daher ein zusätzlicher Kommunikationsweg geschaffen werden, der die Übertragung weiterer Informationen ermöglicht. Dafür wurde jedes Feldgerät mit dem WirelessHart-Adapter Bullet von Pepperl+Fuchs ausgestattet. Dieser wird in die 4-20mA-Stromschleife geschaltet und ermöglicht parallel eine drahtlose Hart-Kommunikation und damit die Übertragung zusätzlicher Informationen. Der Adapter im Ex-d-Gehäuse ist auch für explosionsgefährdete Bereiche zugelassen. So ist eine durchgängige Kommunikation sogar bis in den Gefahrenbereich möglich.

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Bestehende Strukturen problemlos nachrüsten

Die erfassten Daten überträgt der Adapter drahtlos an ein WirelessHart-Gateway, das via MQTT-Protokoll mit der SAP-Cloud kommuniziert. So können alle zusätzlichen Informationen an das AIN übermittelt werden. Für Anlagen, die mit Feldbus-Technik aufgebaut sind bietet das netIoT Edge Gateway von Hilscher einen alternativen, drahtgebundenen Übertragungsweg in die Cloud. In beiden Fällen sind die Informationen dort zentral verfügbar, werden dort vom Asset Intelligence Network für den Anwender übersichtlich aufbereitet und stellen die entsprechenden Informationen zur Verfügung. Dem Nutzer wird nicht nur signalisiert, wo es zu Abweichungen von Soll-Zuständen kommt, es werden auch mögliche Ursachen und Maßnahmen zur Problembehebung benannt. Anlagenbetreiber können so proaktiv eingreifen, bevor es zu Ausfällen kommt und Wartung vorausschauend planen. Im Asset Intelligence Network können auf den Feldgeräte-Daten aufbauend unterschiedlichste Anwendungen programmiert werden um den speziellen Anforderungen verschiedener Nutzergruppen Rechnung zu tragen. Solche Apps müssen nicht von SAP erstellt werden, sondern können z.B. auch von den Geräte-Herstellern angeboten werden. Neben der durchgängigen Kommunikation vom Feldgerät bis in die Cloud bietet die gemeinschaftliche Entwicklung als weiteren Vorteil eine Vernetzung über Firmengrenzen hinweg. So ist es möglich, dass bei Bedarf nicht nur Anlagenbetreiber selbst, sondern auch autorisierte Hersteller und Dienstleister auf Bereiche des AIN zugreifen. Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten für Servicemodelle. Beispielsweise können Wartungs- und Inspektionstermine perfekt geplant oder Liefertermine optimal abgestimmt werden. Zudem können die Hersteller alle wichtigen Informationen zu den einzelnen Komponenten direkt im Netzwerk bereitstellen. Ein weiteres Plus ist, dass sich die Lösung nahtlos in vorhandene Strukturen einführt und der Installationsaufwand sehr gering ist. Ohne dass das System komplett heruntergefahren werden muss, können bestehende Anlagen effizient mit dem WirelessHart-Adapter nachgerüstet werden. Damit entspricht die im Gemeinschaftsprojekt umgesetzte Kommunikations-Struktur auch dem Namur Open Architecture-Ansatz (NOA), der eine effiziente und flexible Umsetzung von IoT in der Prozessindustrie ermöglichen soll. Wie dort gefordert, bleibt die vorhandene 4 bis 20mA-Verdrahtung unverändert und unbeeinflusst, während die Kommunikation zur Cloud über den WirelessHart-Kanal und das Gateway parallel dazu erfolgt.

Fazit

Bei dem gemeinsamen Projekt von Pepperl+Fuchs, SAP, Hilscher, Endress+Hauser und Samson werden die Vorteile digitaler Industrie-4.0-Technologien in die Prozessindustrie gebracht. In der Cloud kann ein automatisiertes Asset Management laufen, ein permanentes Condition Monitoring durchgeführt und darauf basierend Predictive Maintenance betrieben werden. Abgleiche mit dem ERP-System sind zusätzlich möglich. Auch bei bestehenden Anlagen kann so die Verfügbarkeit nachhaltig erhöht werden, drohende Ausfälle können rechtzeitig erkannt und entsprechend vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden.

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