Einbindung des Aktors in Leit- und Asset-Management-Systeme

Einbindung des Aktors in Leit- und Asset-Management-Systeme über einen kommunikationsfähigen Stellungsregler. Bild: Samson

Mechanik und Elektrik allein werden für Unternehmen auf Dauer nicht genügen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Denn datengetriebene Services, IT-Lösungen und Software ermöglicht die weitere Verbesserung der Produktivität. Wer der Industrie also Komponenten mit digitalem Zusatz bietet, erhöht die eigene Wettbewerbsfähigkeit. Und dies gilt auch für Armaturenhersteller.

Glänzende Perspektiven soll die Digitalisierung bieten: Ein durchschnittliches jährliches Umsatzwachstum von 2,5 Prozent erhoffen sich laut einer gemeinsamen Studie von Pricewatercoopers und Strategy die deutschen Unternehmen von der Digitalisierung und Vernetzung ihres Produkt- und Serviceportfolios. Außerdem glauben die 235 befragten Industrieunternehmen an eine Effizienzverbesserung von durchschnittlich 3,3 Prozent im Jahr und an eine Kostenersparnis von 2,6 Prozent. Bis 2020 erwarten sie laut Studie, dass über 80 Prozent der Wertschöpfungskette einen hohen Digitalisierungsgrad aufweist.

Auch Siemens betrachtet die Digitalisierung als entscheidenden Wachstumshebel in der Industrie. Sie verheiße, so der Technologiekonzern, mehr Produktivität, Effizienz und Flexibilität. Die gesamte Wertschöpfungskette eines Unternehmens müsse vollständig digital abgebildet werden. Das Unternehmen erklärte daher die Digitalisierung zu einem seiner Hauptthemen für die Zukunft. Armaturen-, Antriebs- und Automationshersteller rücken ebenfalls das Sammeln und Auswerten von Daten für ihre Produkte in den Vordergrund. Die Digitalisierung bedeutet hier Fernsteuerung, automatisierte Prozessabläufe und Diagnosemöglichkeiten.

Intelligente und digitale Aktorik

Für das digitale Know-how sorgt die intelligente und digitale Aktorik auf der mechanischen Armatur. „Dabei spielen die elektrische Steuerung sowie integrierte Sensorik die Hauptrolle“, erläutert Marcus Geigle, Marketingkommunikation bei Hoerbiger Ventilwerke. Während des Betriebs werden unter anderem Position und Drehmoment am Antrieb sowie Umgebungswerte wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck gemessen. „Damit können sogenannte Wertelandschaften gebildet werden. Auf Basis dieser Werte lassen sich einzelne Armaturen oder ein Armaturenverbund zielgerichtet steuern, warten oder korrigieren – vor Ort oder über einen fernen Zugriff.“

Verarbeitet würden die Daten entweder in der Serviceleitstelle oder dem Betriebszentrum innerhalb oder außerhalb der Anlage, so Hoerbiger. Ein Beispiel der direkten Datenverarbeitung an der Armatur sei die sicherheitsrelevante Funktion des Smart-Partial-Stroke-Test, den das Unternehmen im Produkt Trivax realisiert habe. „Hier wird neben der mechanischen Beweglichkeit beispielsweise auch das Drehmoment gemessen, um Rückschlüsse auf die Gängigkeit der Armatur zu ziehen. Eine klassische Anwendung für einen automatisierten und digitalisierten Armaturenantrieb“, sagt Geigle.

Über den Ist-Zustand hinaus

Werkstückträger

Auf dem Weg zur intelligenten Fabrik: Auf dem Werkstückträger liegt ein Rohling mit dem Funkdatenträger. Der RFID-Lesekopf erfasst die Auftragsdaten und löst entsprechend den nächsten Bearbeitungsschritt aus.
Bild: Festo

Vorbei sind also die Zeiten, in denen etwa die Stellung von pneumatischen Hubventilen allein direkt an der angebrachten Hubanzeige abgelesen werden konnte. „Heute macht die Digitalisierung über den elektronischen Stellungsregler die Armatur transparent, indem Daten kontinuierlich gesammelt und durch intelligente Bewertung nutzbar gemacht werden“, betont auch Peter Arzbach, Leiter der Abteilung „Stellungsregler und Stellventilzubehör“ des Produktmanagements und -marketings bei Samson.

Hieraus ergäben sich Möglichkeiten der Datenauswertung, die einen analytischen Blick auf die Armatur erlaubten. „In Zukunft werden die Daten mehr und mehr mit denen aus dem Umfeld zusammengefasst. So können immer weitgehendere Aussagen getroffen werden, die über die reine Beurteilung des Istzustands einer Armatur hinausgehen, was letztlich zu einer Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit genutzt werden kann.“

Die Erwartungen an Armaturen sind bei den Anwendern bereits hoch. „Einerseits müssen Armaturen Informationen an das Gesamtsystem weitergeben“, erläutert Arzbach. Andererseits müssten sie in der Lage sein, Informationen aus dem System zu empfangen sowie selbst Informationen zu sammeln, „um letztendlich einen Mehrwert hervorzubringen.“

Digitalisierung bei Regelarmaturen

Die Digitalisierung im Bereich pneumatischer Armaturen schreitet bereits mit Sieben-Meilen-Stiefeln voran und bereitet so den Boden für die Industrie 4.0. Am Ziel sind die Unternehmen allerdings noch lange nicht: „Im Fall der Auf/Zu-Armaturen wird es noch dauern, bis der heutige hohe Digitalisierungsstand von Regelarmaturen erreicht ist“, glaubt Arzbach. Sie würden noch immer überwiegend klassisch mit Magnetventilen oder Grenzsignalgebern ausgerüstet.

Unterm Strich ist die Perspektive für Hersteller von Armaturen mit digitaler Komponente sehr günstig. „Für unsere Angebote erhoffen wir uns durch die fortschreitende Digitalisierung eine deutliche Belebung der Nachfrage nach effizienten elektrohydraulischen Armaturenstellantrieben“, erklärt Geigle von Hoerbiger. „Wer heute Prozessanlagen, Kraftwerke oder Pipelines mit fortschrittlicher Armaturenautomation ausrüsten möchte, wird sicher vermehrt auf digitalisierte Stellantriebe gehen.“

Grenzen für die digitale Entwicklung scheint es kaum zu geben. Kompakte elektrohydraulische Antriebe mit dem Maximum an Digitalisierung und einem extrem breiten Einsatzspektrum erlauben es, die Digitalisierung bei fast allen Anwendungen umzusetzen. „Die einzige Voraussetzung ist eine Stromquelle“, erläutert Geigle. „Diese lässt sich aber zuverlässig über Solarpanels und Batteriekästen auch im tiefsten Niemandsland wie Sand- oder Eiswüsten und Steppen realisieren. Somit gibt es kaum eine Beschränkung für den Einsatz von Antrieben zur digitalisierten Armaturenautomation.“

Kaum Grenzen für die Digitalisierung

Industrie 4.0

Die Umsetzung des Industrie-4.0-Konzeptes ist für Hersteller und Anwender über die ganze Produktionskette hinweg eine Herausforderung. Sie alle müssen sich intensiv mit neuen Technologien auseinanderzusetzen. Bild: Festo

Technisch gesehen, ist also einiges möglich. „Die eigentliche Grenze liegt in der Akzeptanz der Unternehmen“, betont Arzbach von Samson. Welche Daten möchte man transparent machen? Sind die Daten ausreichend geschützt? Die Unternehmen müssten diese Fragen für sich beantworten, um die Digitalisierung bis zur letzten Konsequenz zu nutzen. Dadurch werde eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung der Armaturen möglich, erklärt Arzbach.

Direkt erfassbare Größen wie Sollwert, Istwert, Regeldifferenz und Antriebsdruck werden kontinuierlich aufgenommen und in Zukunft noch um weitere Informationen ergänzt, zum Beispiel um den Durchfluss. Der Stellungsregler weist den Anwender frühzeitig auf eventuelle Fehlzustände am Ventil hin. Meldungen wie „Innere Leckage“ oder „Defekt der Antriebsfedern“ erfordern keine weitere Interpretation der Daten durch den Anwender.

Die Digitalisierung erhöht zusammen mit der im Stellungsregler integrierten Ventildiagnose die Verfügbarkeit der Anlagen, da die Betreiber eventuelle Fehlzustände frühzeitig erkennen und beheben können. Arzbach führt aus: „Ziel ist es zukünftig, Fehlzustände sogar gänzlich zu vermeiden, was durch Ansätze wie vorausschauendes Fahren der Anlage, aber auch proaktives Wartungsmanagement zu realisieren ist. Hierzu sind entsprechende Informationen und Bewertungen der Armatur als Aktor in der Anlage nicht nur unabdingbar, sondern auch ein wesentlicher Wettbewerbsvorteil.“

Wachstumstreiber Industrie 4.0

Trivax

Trivax: Der Hersteller erhofft sich von der fortschreitenden Digitalisierung eine höhere Nachfrage nach elektrohydraulischen Armaturenstellantrieben. Bild: Hoerbiger

Die Digitalisierung ermöglicht also eine schnelle, zielgerichtete und offene Kommunikation mit der automatisierten Armatur. Geigle geht davon aus, dass die Digitalisierung der Armaturenautomation deshalb weiter fortschreiten wird. „Sie ist die Voraussetzung für Industrie 4.0 und damit für intelligente und vernetzte Systeme, die sich bis zu einem definierten Punkt selbst steuern und optimieren“, begründet er.

Reale und virtuelle Welt wachsen zusammen oder anders ausgedrückt: Informations- und Kommunikationstechnologien verschmelzen mit industriellen Prozessen. Für Siemens ist dies der Grund, sich intensiv der Industrie 4.0 zu widmen. Die Digitalisierung entwickle sich zum entscheidenden Wachstumstreiber in nahezu allen Branchen der Industrie. „Die digitale Fabrik ist keine Vision mehr“, versichert Anton Huber, CEO der Division Digital Factory bei Siemens.

Mit der Industrie 4.0 kann dem Trend zum individualisierten Produkt und zu immer kürzeren Produktlebenszyklen Rechnung getragen werden. „Die damit verbundenen kleinen Stückzahlen und die hohe Variantenvielfalt erfordern Technologien, die sich kontinuierlich an veränderte Bedingungen anpassen“, berichtet das Unternehmen Festo.

Komponenten in Industrieanlagen müssten deshalb in Zukunft in der Lage sein, sich untereinander abzustimmen. Die intelligenten Komponenten organisieren und konfigurieren sich automatisch. Sie bestimmen selbst, welche Leistungen sie von den Fabrikanlagen abrufen. Es kommt zu einer selbstständigen Entscheidungsfindung und Steuerung vor Ort. Aus einer bisher starren zentralen Fabriksteuerung werde eine dezentrale Steuerung, lässt das Unternehmen verlauten. Dies ermöglicht eine selbstständige Reaktion der Komponente, beispielsweise auf einen kritischen Zustand.

Grundlage für die Industrie 4.0 ist ein Austausch von Daten und Informationen in Echtzeit, der ohne Digitalisierung undenkbar wäre. Die Entwicklung dieser Technik und die daraus resultierenden Anwendungen und Automatisierungen fordert auf allen Gebieten eine konsequente Integration in die digitale Welt. Moderne Armaturen sind Teil dieser Entwicklung. do

Autorin: Petra Hartmann-Bresgen, Valve World Expo 2016