Das neue Werk in Zhanjiang ist das derzeit größte Investitionsvorhaben des Konzerns – und wird nach Ludwigshafen und Antwerpen zum drittgrößten Verbundstandort der BASF. Schrittweise werden derzeit die Anlagen in Betrieb genommen. Voraussetzung dafür ist die Integration aller Feldgeräte – darunter mehrere Tausend Sensoren, u.a. von Endress+Hauser. Neben der Dimension des Projekts ist vor allem der hohe Digitalisierungsgrad richtungsweisend: Zhanjiang zählt zu den ersten BASF-Standorten, an denen Ethernet-APL flächendeckend vorbereitet oder bereits im Einsatz ist. APL steht für Advanced Physical Layer und ermöglicht eine robuste, eigensichere Ethernet-Kommunikation über zwei Adern. Gleichzeitig versorgt das Kabel die angeschlossenen Feldgeräte mit Energie. Damit reicht die durchgängige digitale Kommunikation bis in explosionsgefährdete Bereiche und direkt auf die Feldebene.
Positive Erfahrungen im Betrieb
Die Erwartungen an Ethernet-APL sind hoch: Anwender wie BASF versprechen sich einen durchgängigen Zugriff auf Daten aus intelligenten Feldgeräten, etwa für optimierte Wartungsstrategien, höhere Effizienz oder ein vorausschauendes Asset Management. Denn mit der heutigen Prozesskommunikation sind diese Daten meist nur eingeschränkt oder gar nicht nutzbar. In Zhanjiang zeigen sich bereits erste Vorteile. Dr. Kai Krüning, bei BASF im Projekt für die Standardisierung von Prozessleitsystemen verantwortlich, berichtet von beschleunigten Inbetriebnahmen und einem vereinfachten Loopcheck: „Laut meinen Kollegen vor Ort verläuft die Parametrierung über Asset-Management-Systeme jetzt einfacher“. Auch Gerd Niedermayer, Senior E+I Engineering Manager bei BASF, zieht eine positive Bilanz: „Wir sparen erhebliche Kosten bei der Hardware und vor allem beim Engineering und der Inbetriebnahme.“
Gerätedaten in Echtzeit
Die Feldebene ist in vielen Prozessanlagen bis heute nur unzureichend in die digitale Kommunikationsinfrastruktur eingebunden. Nach wie vor dominiert in der Chemietechnik die analoge Signalübertragung – selbst moderne Feldgeräte übermitteln ihre Messwerte häufig ausschließlich über die klassische 4-20mA-Stromschleife an das Leitsystem. Zusätzliche Informationen wie Diagnose- oder Statusdaten werden teilweise über das HART-Protokoll übertragen, das digital auf das analoge Signal aufmoduliert wird. Die verfügbaren Bandbreiten sind jedoch begrenzt. Zwar stehen mit Feldbussystemen wie Profibus PA seit Jahrzehnten digitale Alternativen zur Verfügung, doch in der Praxis erweisen sich diese Systeme oft als komplex in der Topologie und eingeschränkt in der Leistungsfähigkeit. Die Integration verschiedener Komponenten ist aufwendig, das Engineering anspruchsvoll, und ein Geräteaustausch mit erheblichem Aufwand verbunden.
Ethernet-APL verbindet die Robustheit und Eigensicherheit der bewährten Zweidrahttechnik mit der Bandbreite von Ethernet. Entfernungen bis 1.000m lassen sich damit überbrücken. Mit einer Übertragungsrate von 10Mbit/s ist die Technologie rund 10.000-mal schneller als HART und 300-mal schneller als klassische Feldbusse. Dadurch stehen umfangreiche Gerätedaten schnell und durchgängig zur Verfügung.
Partner der ersten Stunde
Erste Impulse für Ethernet-APL kamen aus Workshops der NAMUR, Fachverband für Automatisierung in der Prozessindustrie. Dort erkannten die BASF-Experten das Potenzial frühzeitig. Für eine durchgängige Kommunikation bis ins Leitsystem entwickelte man gemeinsam mit Partnern ein umfassendes Konzept: von geeigneten Protokollen, wie Profinet, über Schnittstellen bis hin zur Integration in Asset-Management-Systeme. Ziel war eine standardisierte, interoperable und leistungsfähige Lösung. Als langjähriger Standardlieferant für Feldgeräte war Endress+Hauser von Anfang an in die Entwicklung eingebunden. Erfahrungen und Herausforderungen früherer Feldbustechnologien flossen dabei in Entwicklung und Standardisierung von Ethernet-APL ein.
Testlabor beschleunigt Entwicklung
Bereits 2019 richtete BASF am Hauptsitz in Ludwigshafen ein Ethernet-APL-Testlabor ein. Dort wurden Prototypen unter realistischen Bedingungen getestet und Hard- sowie Software gemeinsam mit Endress+Hauser iterativ weiterentwickelt. Neben der Funktionalität stand dabei vor allem die Praxistauglichkeit im Fokus: Montage, Verkabelung und Integration ebenso wie Inbetriebnahme, Loopcheck, Fernparametrierung, Gerätetausch und Erweiterbarkeit. Auch Mischbetrieb und Interoperabilität mit Komponenten unterschiedlicher Hersteller wurden untersucht.
Endress+Hauser führte ebenfalls Lasttests entsprechend den Anforderungen von BASF durch. Dabei waren 240 Geräte je Leitsystem im Einsatz. Die Komponenten verschiedener Hersteller ließen sich zu einem zuverlässigen Ethernet-APL-System kombinieren. Profinet übernimmt die Kommunikation zwischen Feldgerät und Prozessleitsystem, standardisierte Geräteprofile vereinfachen Integration und Austausch. Ein einheitliches Treibermodell bindet die Geräte in Asset-Management-Systeme ein; Sensordaten werden herstellerneutral strukturiert. Damit hatte Ethernet-APL seine Praxistauglichkeit unter realitätsnahen Bedingungen nachgewiesen.
In Ludwigshafen wurden bereits erste Ethernet-APL-Feldgeräte installiert. In Zhanjiang verfolgt BASF einen APL-ready-Ansatz: Die Netzwerkinfrastruktur basiert bereits auf einer Profinet-Ringarchitektur, die mit Unterstützung von Endress+Hauser getestet wurde. Zunächst kommen Profibus-PA-Geräte zum Einsatz, die bei künftigen Wartungszyklen sukzessive durch Ethernet-APL-Geräte ersetzt werden können. „Wir setzen unseren Weg fort, um Ethernet-APL als Standard zu etablieren“, sagt Niedermayer.
APL als künftiger Standard
Ethernet-APL schafft die Voraussetzung, Feldgeräte durchgängig in Ethernet-basierte Automatisierungsarchitekturen einzubinden. Besonders bei Greenfield-Projekten bietet die Technologie Potenzial, Engineering, Inbetriebnahme und Asset Management zu vereinfachen. Für BASF ist sie damit ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur digitalisierten Prozessanlage.
