Procesinstrumentatie in het IIoT-tijdperk

Een aantal trends in procesautomatisering zoals de opmars van het Industrial Internet of Things en de toenemende aandacht voor predictive maintenance hebben een grote invloed op de procesinstrumentatie en de manier waarop we die gebruiken. Productivity.be had hierover een gesprek met Matthias Altendorf, CEO van Endress+Hauser Group.

We kregen de gelegenheid om Matthias Altendorf te spreken bij een bezoek aan het competentiecenter voor druk- en niveaumeting van Endress+Hauser in het Duitse Maulburg. Het is in die fabriek, vlak bij de grens met Zwitserland en Frankrijk, dat hij zijn carričre bij Endress+Hauser begon, zoals vele werknemers daar via een stagecontract. Vanaf dat punt doorliep hij een indrukwekkende carričre die hem vier jaar geleden de post van CEO opleverde.

Gevraagd naar wat volgens hem al die jaren de belangrijkste trends geweest zijn in procesautomatisering verwijst Altendorf zonder aarzelen naar 1975 – het jaar dat Microsoft opgericht werd. DCS-systemen, tools waarmee instrumenten beheerd worden, en uiteraard de bovenliggende laag waarin bedrijven gerund worden – ze draaien allemaal op Microsoft-technologie en zijn mee geëvolueerd met de producten en technologieën van Microsoft.

Een gelijkaardige evolutie doet zich momenteel voor op het gebied van mobile computing, waarin Apple met de introductie van de iPhone een revolutie ontketend heeft die zich nu ook doorzet in de industrie. De makkelijke en intuďtieve manier waarop mensen in de privésfeer communiceren en data raadplegen, willen ze ook in een productieomgeving kunnen gebruiken.

Het Industrial Internet of Things is uiteraard een omvangrijk verhaal met vele aspecten, maar voor de gebruiker is de bottom line vaak het eenvoudige feit dat hij vanop zijn telefoon wil kunnen nakijken hoeveel voorraad er in een bepaalde tank zit en waarom een bepaalde drukmeting een lager dan normale waarde geeft.

Demografische trends

Een belangrijke opmerking daarbij, meent Matthias Altendorf, is dat de verwijzingen naar Microsoft en smart phones enkel gaan over de manier waarop bepaalde uitdagingen aangepakt worden. Als drijfveer voor de huidige trends in automatisering kijkt hij eerder naar een aantal demografische evoluties.

Ten eerste is er de sterke bevolkingsaangroei die de vraag naar voedsel en drinkbaar water doet toenemen. Vandaar de druk op deze sectoren om de throughput van bestaande en nieuwe installaties alsmaar te verhogen. Een aanvullende evolutie is de vergrijzing die om gelijkaardige efficiëntiewinsten vraagt in de farmaceutische industrie.

Maar er is meer, want de demografische evoluties zorgen er ook voor dat bedrijven die hogere throughput met steeds minder mensen moeten realiseren. Dat vraagt om nog meer automatsering en houdt ook een specifieke rol in voor de wereld van sensoren en instrumenten.

Medewerkers die in de fabriek rondlopen, werken, meer dan ze beseffen, met hun zintuigen, zegt Matthias Altendorf. Ze zien ergens een lek of horen een pomp een vreemd geluid maken. Als die medewerkers er straks niet meer zijn, is het aan sensoren om dat soort dingen waar te nemen.

Nieuwe meettechnieken

Een van de manieren om op deze trends in te spelen is de introductie van nieuwe meettechnieken. Endress+Hauser presenteerde bij ons bezoek aan het R&D- en Productiecenter in Maulburg de nieuwe instrumenten voor niveaumeting met 80 GHz radartechnologie. Het voordeel van deze hoge frequentie is dat de sensor een zeer gerichte bundel elektro-magnetische golven uitzendt waardoor men nauwkeurige metingen kan doen op grote afstand en/of in omgevingen met een groot risico op interferenties van bijvoorbeeld roerwerken.

De Micropilot NMR81 is zo een radar met 80 GHz technologie aan boord. Het toestel is gecertificeerd voor Custody Transfer metingen met een nauwkeurigheid van +/- 0,5 mm.

Endress+Hauser gebruikt in haar communicatie 113 GHz als blikvanger. Dat is de som van 1 GHz, 6 GHz, 26 GHz en 80 GHz – de vier frequenties die in verschillende radartoepassingen gebruikt worden. Want hoewel de 80 GHz technologie uitgesproken voordelen biedt, benadrukt het bedrijf dat de meest geschikte technologie per toepassing bekeken moet worden.

De nieuwe instrumenten zijn verder uitgerust met de Heartbeat Technology, en dat brengt ons bij een tweede manier waarop ingespeeld wordt op de hoger aangegeven trends. De technologie verzamelt heel wat intelligentie in de apparaten zodat deze niet alleen een meetwaarde geven maar ook bijkomende informatie over het apparaat zelf en over het proces waarin het is ingebouwd. Het is die informatie die nieuwe concepten zoals diagnose, en predictief onderhoud vanop een mobiel device mogelijk maakt.

Klassieke automatiseringspiramide doorbroken

Het is nu aan de industrie om ook volop gebruik te maken van de intelligentie die vervat zit in moderne sensoren en instrumenten. In sectoren als de voedingsindustrie gebeurt dat al volop, zegt men bij Endress+Hauser. Daar is het Ethernet de gangbare communicatiebus geworden wat een volledige toegang tot de intelligentie in instrumenten mogelijk maakt. In de chemie daarentegen is momenteel slechts 15% van de instrumenten aangesloten op een digitaal bussysteem. De rest zit nog op 4-20 mA bekabeling wat de toegang tot bijkomende functies belemmert. Een van de redenen hiervoor is dat Ex-zones beperkingen opleggen aan de netwerkapparatuur die gebruikt kan worden.

Wat men wel vaststelt over alle sectoren heen, is dat de overname van nieuwe concepten uit de IT en consumentenmarkt de klassieke automatiseringspiramide doorbreekt. Waar de toegang tot data gegenereerd door de instrumenten vroeger via het DCS-systeem of een PLC verliep, kunnen nu allerlei toepassingen rechtstreeks via het internet en/of Ethernet met de apparaten communiceren. Dat brengt een compleet nieuwe dynamiek op gang met tal van start-ups, en uiteraard ook gevestigde namen, die specifieke applicaties op het gebied van procesoptimalisatie, diagnose en maintenance realiseren. Het IIoT brengt de industrie in het werkveld van de whiz kids in IT.

Knowhow over de processen zelf

Er is overigens nog een bijkomende manier waarop de consumentenmarkt de wereld van industriële automatisering beďnvloedt. Dat Endress+Hauser vandaag uitpakt met een 80 GHz radar voor niveaumeting en Tank Gauging applicaties heeft niet zozeer met een nieuwe technologische ontwikkeling te maken, maar vooral met het feit dat de technologie goedkoper geworden is doordat ook steeds meer consumentenproducten zoals auto’s met dergelijke radars uitgerust worden.

We vroegen Matthias Altendorf of dit soort evolutie ook een risico voor gevestigde bedrijven als Endress+Hauser kan betekenen: wat als de whiz kids die vandaag al op een voor de industrie onorthodoxe manier softwareoplossingen bouwen, straks met off-the-shelf sensorelementen aan de slag gaan en een soort open source meetinstrumenten gaan ontwikkelen?

Als antwoord worden we meegenomen naar het Validation Center – een labo in de fabriek in Maulburg waar tientallen instrumenten wekenlang in extreme omstandigheden getest worden. Er is een salt spray test waarin transmitters blootgesteld worden aan een mist van zeewater. In een andere opstelling gaan apparaten in een oven op 80°C waarbij ze om de zoveel tijd besproeid worden met water van 15°C. Een andere test meet de invloed van UV-straling op de veroudering van zowel de behuizing als de componenten. In totaal zijn er zo een 15-tal proefopstellingen.

“We hebben instrumenten die bij onze klanten 15 tot 20 jaar in de field staan zonder een enkele storing”, zegt Matthias Altendorf. “Dat doe je niet door wat off-the-shelf componenten bij elkaar te brengen. Bovendien zit in de instrumenten heel wat knowhow over de processen zelf. Onze focus ligt op de sensorelementen maar ook op het omzetten van signalen in bruikbare informatie. Het is die informatie waarmee men in Industrie 4.0 verder aan de slag gaat.”

© Productivity.be, 15/06/2017, Tekst: Erwin Vanvuchelen, Foto: Endress+Hauser


Feel free to share

Agenda

Kunststoffen 2018, Koningshof Veldhoven, 26-27/9/18
WoTS, World of Technology & Science, Jaarbeurs Utrecht, 2-5/10/18
ABISS, Apps, software & solutions, Kortrijk Xpo, 4/10/18
Solids Antwerp 2018, Antwerp Expo, 17-18/10/18

Meer


Productivity.be

is een publicatie van
Redactiebureau ConScript

Contact

Erwin Vanvuchelen
+32 (0)475 64 99 34
erwin@conscript.be
erwinvanvuchelen