Industrielle Wireless-Technologie​

Industrielle Wireless-Technologie ist die grundlegende Komponente von Industrie 4.0, da sie die Messungen digitalisiert, die als Basis für alle weiteren Komponenten der vernetzten Anlage dienen. Wireless-Sensoren erschließen Messdaten von Anlagen und Anlagenteilen, die bislang manuell überwacht wurden, überhaupt nicht überwacht werden konnten oder deren Verkabelung wirtschaftlich nicht sinnvoll war. Dadurch stellen sie Echtzeitdaten für Prozessleitsysteme, Analyseplattformen und Cloud-Anwendungen bereit. Das Ergebnis ist eine Anlage, die auf aktuelle Prozessereignisse reagieren kann – statt auf Daten, die erst gestern erfasst wurden.

Industrielle Wireless-Technologie bietet den größten Mehrwert in Branchen mit abgelegenen, gefährlichen oder schwer zugänglichen Anlagen. Zu den größten Anwendern gehören heute:

• Öl und Gas – Tankfüllstände, Bohrlochüberwachung, Rohrleitungsintegrität
• Chemie und Raffinierung – Druckentlastungsventile, Korrosion, Sicherheitsduschen
• Energieerzeugung – Kondensatableiter, Dreharmaturen, Emissionen
• Life Sciences – Reinversorgungssysteme, Umweltüberwachung, Dampfqualität
• Metalle, Bergbau, Wasser und Abwasser – abgelegene Pumpstationen, Halden, Füllstand
• Diskrete Fertigung sowie Lebensmittel und Getränke – Energiemonitoring, Zustandsüberwachung, Kondensatableiter

Wireless-Feldgeräte senden Daten über ein sicheres, selbstorganisierendes Mesh-Netzwerk an einen Gateway. Dieses wandelt die Daten in Protokolle um, die Ihr Prozessleitsystem, Ihre SPS oder Ihr SCADA bereits unterstützt, beispielsweise HART-IP, OPC UA und Modbus TCP. Bestehende Hostsysteme müssen nicht ausgetauscht werden. Hier erfahren Sie mehr über industrielle Wireless Gateways.

WirelessHART® ist der globale Industriestandard (IEC 62591) für Wireless-Prozessautomatisierung. Es nutzt ein selbstorganisierendes, selbstregenerierendes Mesh-Netzwerk, in dem jedes Gerät Daten über mehrere Kommunikationspfade weiterleiten kann. Dadurch wird selbst in Umgebungen mit Funkstörungen, extremen Temperaturen oder physischen Hindernissen eine Datenzuverlässigkeit von über 99 % erreicht. Für Prozessanlagen ist Profibus das am weitesten verbreitete und praxiserprobte industrielle Wireless-Protokoll.

Wireless-Sensoren unterstützen Wartungs- und Zuverlässigkeitsteams durch kontinuierliche Überwachung der Bedingungen, die auf ein sich entwickelndes Problem hinweisen. Dazu gehören Schwingungen, Temperatur, Druck, akustische Emissionen und Korrosion. Durch die Trendanalyse dieser Daten im Vergleich zu den normalen Betriebsbedingungen können Teams Probleme bereits Wochen oder Monate vor einem Ausfall erkennen, Reparaturen während geplanter Stillstände durchführen und ungeplante Anlagenstillstände reduzieren. Die Plantweb™ Insight Anwendungen von Emerson wandeln diese Sensordaten in priorisierte, entscheidungsrelevante Wartungsempfehlungen um.

Industrielle Wireless-Lösungen verbessern die Arbeitssicherheit durch Reduzierung der für Arbeiten in Ex-Bereichen erforderlichen Zeit. Wireless-Messtechnik automatisiert Messungen, die zuvor manuelle Kontrollgänge erforderten. Dadurch müssen Mitarbeitende seltener explosionsgefährdete Bereiche betreten, während Betreiber kontinuierliche Transparenz über toxische Gaskonzentrationen, Ansprechvorgänge von Druckentlastungseinrichtungen und den Zustand von Tanks erhalten. Emerson bietet Geräte an, die nach den Normen FM, CSA, ATEX und IECEx für den Einsatz in eigensicheren und explosionsgefährdeten Bereichen zertifiziert sind.

Die Rosemount™ Wireless-Messumformer von Emerson sind für den Einsatz in abgelegenen Bereichen und im Freien ausgelegt und halten extremen Temperaturen, korrosiven Atmosphären und Umgebungen mit starken Vibrationen stand. Zu den häufig eingesetzten Lösungen gehören der Rosemount 3051S Wireless für Druckmessungen, der Rosemount 648 Wireless für Temperaturmessungen und der Rosemount 5300 Wireless für die Füllstandsüberwachung. Alle diese Messumformer werden von langlebigen Emerson SmartPower™ Modulen mit Spannung versorgt und kommunizieren über selbstorganisierende WirelessHART Mesh-Netzwerke. Dadurch wird selbst am Rand der Funkabdeckung eine zuverlässige Datenübertragung möglich.

Eine typische Wireless-Füllstandsmessung umfasst:

• Rosemount™ Wireless-Füllstandsmessumformer (5300 oder 3408)
• Emerson SmartPower™ Modul mit mehrjähriger Akkulebensdauer
• Emerson Wireless Gateway zur Bündelung der Messdaten und Anbindung an Ihr Hostsystem (1410S1 oder 1410S2)

Es sind keine Gräben, Rohre oder neue Prozessanschlüsse erforderlich. Für sehr abgelegene Standorte kann das Gateway die Daten über Mobilfunk, Satellitenverbindungen oder eine vorhandene IT-Infrastruktur an übergeordnete Systeme übertragen.

Jedes industrielle Wireless-Netzwerk besteht aus drei Hauptkomponenten:

Feldgeräte: Messumformer, Adapter oder Stellantriebe, die Messdaten sammeln

Wireless Gateway: Aggregiert Daten, verwaltet das Netzwerk, stellt die Verbindung zu Hostsystemen her

Spannungsversorgungsmodule: Langlebige Akkus, die Geräte jahrelang am Laufen halten

Die Sicherheit wird auf jeder Ebene durch AES-128-Verschlüsselung, Geräteauthentifizierung und vom Gateway verwaltete Netzwerkschlüssel.

Für Automatisierungsingenieure und Projektverantwortliche besteht der beste Einstieg darin, Bereiche mit hohem Nutzenpotenzial zu identifizieren, in denen in ihrer Anlage Überwachungslücken bestehen. Das Wireless Network Planning Tool von Emerson ermöglicht es Ihnen, ein Luftbild Ihrer Anlage hochzuladen und ein Funknetzwerk zu entwerfen, das auf bewährten Branchenpraktiken hinsichtlich Gerätedichte, optimaler Gateway-Platzierung und zuverlässiger Netzabdeckung basiert. Die Netzwerke lassen sich mühelos von einer Pilotinstallation mit wenigen Geräten auf anlagenweite Implementierungen mit Hunderten von Messstellen erweitern, ohne dass die Netzwerkarchitektur neu ausgelegt werden muss. Zusätzliche Wireless-Geräte können auf einfache Weise zu bestehenden WirelessHART Mesh-Netzwerken hinzugefügt werden.

Die Wireless Gateways von Emerson unterstützen mehrere Ausgabeprotokolle, darunter HART-IP, OPC UA und Modbus TCP. Dadurch lassen sie sich ohne Austausch der bestehenden Infrastruktur nahtlos in vorhandene DeltaV™-, Ovation™-, Fremdhersteller-DCS-, SCADA- und Asset-Management-Systeme integrieren. Der AMS Device Manager von Emerson bietet umfassende Diagnose- und Konfigurationsfunktionen für Wireless-Feldgeräte und verwaltet diese gemeinsam mit Ihrer bestehenden kabelgebundenen Messtechnik. So steht Instandhaltungsteams ein einheitlicher Workflow für beide Gerätetypen zur Verfügung.

Industrielle Wireless-Netzwerke auf WirelessHART nutzen Defense-in-Depth-Sicherheit wie:

• AES-128-Verschlüsselung für jede Nachricht
• Authentifizierung auf Geräteebene mit rotierenden Sitzungsschlüsseln
• Automatischer Frequenzwechsel (Channel Hopping) zum Schutz vor Störungen
• Isolierte Netzwerksegmente zur Eindämmung potenzieller Bedrohungen

Selbst wenn ein einzelnes Gerät kompromittiert wird, bleibt der sichere Betrieb des übrigen Mesh-Netzwerks gewährleistet. Die Wireless Gateways von Emerson bieten zusätzlich rollenbasierte Zugriffskontrollen, Auditprotokolle und sichere Hostprotokolle.

Die meisten industriellen Wireless-Implementierungen amortisieren sich innerhalb von 12 bis 24 Monaten. Der Mehrwert ergibt sich insbesondere aus:

• Bis zu 60 % niedrigere Installationskosten im Vergleich zu herkömmlicher verkabelter Messtechnik
• Verhinderung ungeplanter Stillstandszeiten aufgrund früherer Problemerkennung
• Schnellere Inbetriebnahme durch den Einsatz nicht-invasiver Wireless-Geräte ganz ohne Verkabelung, Kabelschutzrohre oder Eingriffe in den Prozess
• Mehr verfügbare Produktionszeit und Reduzierung manueller Kontrollgänge

Schnellere Kapitalrendite durch Kombination von Wireless-Daten mit Plantweb™ Insight Analysefunktionen für priorisierte Wartungs- und Energieeinsparungsmaßnahmen.

Identifizieren Sie zunächst die Überwachungslücken in Ihrer Anlage, bei deren Schließung der größte Mehrwert erzielt werden kann. Verwenden Sie anschließend das Wireless Network Planning Tool von Emerson, um ein Netzwerk unter Verwendung der branchenspezifischen bewährten Verfahren bezüglich Gerätedichte, Gateway-Platzierung und Abdeckung zu entwerfen. Eine typische Erstimplementierung umfasst ein Wireless Gateway, Feldgeräte, Spannungsversorgungsmodule und die Integration in ein bestehendes Hostsystem. Ihr lokaler Emerson Impact Partner kann Sie bei der Standortbesichtigung, Planung und Inbetriebnahme unterstützen.

Emerson bietet technischen Support, zertifizierte Schulungen im Rahmen von Educational Services, Firmware-Downloads und ein globales Impact-Partner-Netzwerk für Vertrieb und Service.