enormes potenzial

Wireless-Technologien in der Nahrungs- und Genussmittel-Industrie

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03.11.2008 Hersteller von Nahrungs- und Genussmitteln müssen mehr und mehr auf die Anforderungen der Konsumenten nach einer immer größeren Palette neuer und innovativer Produkte reagieren. Flexibilität der Produktion und die Möglichkeit, vorhandene Anlagen zu erweitern oder zu verändern, werden zu wichtigen Erfolgsfaktoren. Es ist daher kaum erstaunlich, dass die Branche die Wireless-Technologie für industrielle Netze in Betracht zieht, da diese die Möglichkeit bietet, Installation und Inbetriebnahme zu beschleunigen.

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Obwohl die Wireless-Technologie bereits seit einiger Zeit auf dem Markt ist, war ihre Akzeptanz anfangs gering, denn sie hatte den Ruf, schwer installierbar zu sein. Dies ist tatsächlich der Fall bei einigen Lösungen, vor allem bei solchen, die eine direkte Sichtlinie („Line-of-Sight“) zwischen den Geräten benötigen. Dies erfordert eine intensive, zeitaufwendige Anlagenüberprüfung vor der Installation. Jedoch wurde dieses Problem mit der Einführung der selbstorganisierenden kabellosen Mesh-Netze gelöst.

Smart Wireless basiert auf hochverfügbaren, intelligenten Wireless-Messumformern, die mit Hilfe der Kommunikationstechnologie des „Time Synchronised Mesh Protocols (TSMP)“ ein selbstorganisierendes, intelligentes Netzwerk bilden. Es wurde so entwickelt und getestet, dass es bei fast allen Störungen fehlertolerant ist und parallel zu anderen kabellosen Netzen in der Anlage betrieben werden kann.

Wireless so sicher wie ein traditionell verkabeltes Netz

Werden neue Feldgeräte hinzugefügt, binden sie sich automatisch in das selbstorganisierende Netzwerk ein. Wenn nötig, übertragen Geräte ihre Nachrichten über andere Wireless-Geräte im Netz, bis diese das Wireless-Gateway erreicht haben. Es sind keine intensiven Anlagenüberprüfungen notwendig, und jedes Gerät ist nach der Installation schnell ins Netz eingebunden. Sollte die Kommunikation aus irgendwelchen Gründen unterbrochen werden, erkennt das selbstorganisierende Netzwerk das Problem und leitet die Kommunikation automatisch auf dem besten Weg um. Das Ergebnis ist eine Zuverlässigkeit der Kommunikation von >99%. Durch integrierte Verschlüsselung, Authentisierung, Verifizierung, Key-Management, Entstörung und andere Sicherheitsmaßnahmen wird ein professionell installiertes kabelloses Netz so sicher wie ein traditionell verkabeltes.

Die Nutzung solcher kabelloser Netze kann in älteren Anlagen der Nahrungsmittelindustrie sehr effektiv sein. In vielen dieser Anlagen sind die Verkabelungspläne nur noch schwer zu finden oder zu lesen. Es kann Probleme geben, freien Platz für neue Kabel in einem Kabelkanal zu finden oder den Zustand der vorhandenen Verkabelung zu ermitteln. Wenn feststeht, dass zusätzliche Kabel nötig sind, um zusätzliche Geräte zu installieren, bietet Wireless durch seine Skalierbarkeit und einfache Installation eine schnelle, kostengünstige Lösung an. Abgesehen von den offensichtlichen Kosten für Verkabelung entstehen Engineeringkosten für Planung und Installation, vor allem bei Anlagen in abgelegenen Gegenden, in denen möglicherweise Aufenthalts- und Arbeitserlaubnisse für externe Fachleute hinzukommen. Schätzungen gehen davon aus, dass die Installationskosten mit einer kabellosen Lösung um bis zu 90% reduziert werden können.
Beim Errichten einer neuen Anlage wird für zukünftige Flexibilität von vielen Herstellern eine gewisse Reserve eingeplant. Da eine Änderung bei verkabelten Systemen teuer ist, wenn die Anlage einmal in Betrieb ist, werden zum Teil bereits von Anfang an zusätzliche Kabel verlegt. Wegen Veränderungen im Markt werden diese toten Kabel aber möglicherweise gar nicht gebraucht und stellen daher eine unnötige Ausgabe dar. Mit der Wireless-Technologie ist eine solche Investition nicht mehr nötig. Da Smart Wireless-Lösungen der selbstorganisierenden Mesh-Spezifikation des interoperablen Wireless Hart-Industriestandards für die Prozessindustrie entsprechen, sind sie für Skalierbarkeit in der Zukunft ausgelegt. Dadurch können weitere kabellose Messumformer an das Netz angeschlossen werden, die sich sofort problemlos integrieren.

Anlagenleistung problemlosoptimieren

Wireless ist ideal geeignet für Anwendungen, die eine Aktualisierung der Messdaten in regelmäßigen, aber Nicht zeitkritischen Abständen benötigen. Die Zyklen können von wenigen Sekunden bis zu mehrmals täglich variieren. So kann ein kabelloses Messgerät zur kostengünstigen Überwachung von Emissionen oder Versorgungseinheiten eingesetzt werden. Bei wachsendem Druck durch Umweltbestimmungen und durch explodierende Energiekosten ist die Möglichkeit, schnell und kostengünstig zusätzliche Messgeräte zu installieren, um den Verbrauch wertvoller Rohstoffe zu überwachen, von großem Vorteil.

Die geringen Kosten und der schnelle Einbau kabelloser Geräte schaffen neue Möglichkeiten, die Anlagenleistung zu optimieren. Das Erfassen bisher unerreichter Diagnoseinformationen oder die Installation eines Messpunktes an einem Ort, der bisher unzugänglich oder finanziell unmöglich war, erreicht mit kabellosen Instrumenten eine Verringerung der Varianzen im gesamten Produktionsprozess. Das Ergebnis kann eine verbesserte Qualität des Endproduktes sein, eine Verringerung von Produktionsverlusten oder das Vermeiden teurer Nacharbeiten.
Aufgrund des sich schnell ändernden Kundengeschmacks ist es wichtig, dass die Produktionslinien flexibel und schnell zu verändern sind. Mit einer selbstorganisierenden kabellosen Infrastruktur wird es möglich, das Layout der Anlage zu verändern, ohne neue Kabelstränge zu verlegen oder eine Anlagenüberprüfung durchzuführen.
Wireless eignet sich auch für temporäre Messstellen an kritischen Punkten. So können Messungen an bestimmten Orten im Prozess zu Diagnosezwecken eingerichtet werden. Durch die Identifikation und Isolation eines Problems werden teure Ingenieurstunden gespart, und die Anlage ist schnell wieder in einem effizienten Betriebszustand.
„Wir sehen eine Anzahl von Möglichkeiten, Wireless einzusetzen,“ kommentiert Martin Friz, Direktor Vertrieb Automatisierung der Ziemann Gruppe, eines Dienstleisters für Brauereien. „So erstrecken sich einige Brauereien über ein großes Areal und haben einige Prozesse, etwa die Gärung, weitab von den anderen Betriebsbereichen. Es ist jedoch sehr wichtig, die Temperatur in den Gärtanks genau zu regeln. Kabellose Temperaturmessungen auf verschiedenen Ebenen des Gärtanks stellen sicher, dass die Temperatur während der gesamten Charge überwacht wird und Alarme in die Messwarte gesandt werden, wenn die Abweichung zu groß ist.“

Bedenken wegen Sicherheitausgeräumt

Viele Branchen waren anfangs vorsichtig, die kabellose Technologie anzuwenden, denn sie hatten nicht nur Bedenken wegen der Sicherheit und Zuverlässigkeit der Datenübertragung, sondern auch wegen der Gefahr von Unterbrechungen aufgrund von Störungen durch andere Radioquellen in der Anlage. Das selbstreparierende kabellose Mesh-Netzwerk mit integrierten Sicherheitsmaßnahmen hat diese Vorbehalte entkräftet.

Heute hat sich die Aufmerksamkeit auf Fragen wie Reichweite und Batterie-Einsatzdauer verlagert. Auch hier hat der technische Fortschritt Batterien mit einer Standzeit von Jahren anstatt – wie früher – Monaten hervorgebracht. Abhängig von der Anwendung kann die Übertragungsrate verringert werden, so dass die Batterie-Einsatzdauer noch einmal verlängert wird. Bei einer intelligenten Implementierung der Wireless-Lösung mit Techniken wie Elektronik mit geringer Stromaufnahme („Low Power Electronics“), optimierten Abschaltzeiten („Sleep Mode“) und lokaler Nachladung kann eine Batterie ihre Arbeit fünf bis zehn Jahre lang verrichten.

Da das Potenzial der Wireless-Technologie immer offensichtlicher wird, zeigen Hersteller in der Nahrungs- und Genussmittel-Branche ein immer größeres Interesse. Zwei unabhängige Studien über die Anwendung kabelloser Technologie in der herstellenden und weiterverarbeitenden Industrie erkennen Unternehmen der Nahrungs- und Genussmittel-Industrie als führend in ihrem Einsatz. Ihre Vorteile liegen vor allem in der Kostenersparnis bei der Installation in einem breiten Anwendungsspektrum. Bei Modernisierungen bestehender Anlagen und Anlagen-Neubauten sind die Möglichkeiten für die Zukunft noch lange nicht ausgeschöpft.

Die Nutzung kabelloser Netze kann in älteren Anlagen die Effektivität deutlich steigern
Die geringen Kosten und der schnelle Einbau kabelloser Geräte schaffen neue Möglichkeiten, die Anlagenleistung zu optimieren

Heftausgabe: November-Dezember 2008
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Nell Burden , Industry Sales & Marketing Emerson Process Management

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Nell Burden , Industry Sales & Marketing Emerson Process Management

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