Sicherer Fernzugriff: Innovationstreiber in der Prozessindustrie

Mit zunehmender Automatisierung in der Fertigung steigt auch der Bedarf und Nutzen von Fernzugriff auf Steuerungssysteme und Daten. In der Prozessindustrie ermöglicht Fernzugriff Bedienern und Ingenieuren, Geräte zu steuern, Daten zu analysieren und Systeme von Laptops, Smartphones oder Tablets aus zu beheben – vom Büro, von zu Hause oder aus dem Café.

 

Was ist Fernzugriff?

Fernzugriff bedeutet, dass Daten und Steuerungssysteme elektronisch ausgeführt und über das Internet (oder besser: das private Intranet des Unternehmens) abgerufen werden. So müssen Ingenieure und Techniker nicht so viel Zeit damit verbringen, durch eine Industrieanlage zu wandern, um Prozessdaten zu sammeln oder Steuerungssysteme zu bedienen. Stattdessen werden Daten digital in Near-Real-Time gespeichert, und Computer können Prozesssteuerungsentscheidungen treffen.

Prozessengineering profitiert besonders von Fernzugriff, da oft kontinuierliche, stationäre Prozesse routinemäßig überwacht werden müssen. Doch auch diskrete Fertigungsanlagen profitieren. Für diesen Artikel fokussieren wir uns auf die Prozessfertigung.

 

Abbildung 1. Eine Sichtanzeige und eine Kamera können als Backup dienen, um den digitalen Füllstandsanzeiger in einem Tank zu prüfen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Grainger

 

In der Prozessfertigung können Durchflussraten, Temperaturen, Drücke und andere physikalische Parameter abgetastet und einfach mit Statistical Process Control (SPC)-Charts verglichen werden, um Probleme zu suchen. In der diskreten Fertigung gilt dies ebenfalls, obwohl Eingaben Teilezählungen via Lichtschranken, Gewicht oder Maschinenvision umfassen können.

Fernzugriff umfasst oft auch Zugriff auf Kameradaten. Dies ist besonders nützlich, um eine digitale Messung gegen eine analoge zu verifizieren. Angenommen, ein Durchflussmesser zeigt keinen Durchfluss. Ein Techniker kann eine strategisch platzierte Kamera prüfen, um einen einfachen Schwimmer anzuzeigen, der anzeigt, ob der Durchfluss wirklich gestoppt ist, und die entsprechende Maßnahme ergreifen.

Mit einem ordnungsgemäß integrierten System erhalten Techniker und Ingenieure nur Zugriff auf Systeme, für die sie über entsprechende Schulung und Berechtigungen verfügen. Daten sind auf diejenigen beschränkt, die sie sehen müssen, und Steuerungen bleiben in den Händen der Geschulten.

 

Vorteile von Fernzugriff

Verbesserte Sicherheit

Fernzugriff spart Mitarbeitern Zeit und Aufwand, kann aber auch die Sicherheit am Arbeitsplatz verbessern.

In einer großen Raffinerie gibt es möglicherweise Tausende von Temperatur-, Druck- und Durchflussmessgeräten, die aus Qualitäts- und Sicherheitsgründen verfolgt werden müssen. Jede Verfahrenseinheit, wie Wärmetauscher und Cracker, verfügt über zusätzliche Alarme für Prozessabweichungen, Warnungen und Wartungsindikatoren.

 

Abbildung 2. Ein Arbeiter mit PSA, der Messgeräte in einer Industrieanlage prüft.

 

Vor Fernzugriff mussten Techniker ihre persönliche Schutzausrüstung (PSA) anlegen, ihr Klemmbrett nehmen und dann durch das Labyrinth aus Stegen und Leitern wandern, um die Messwerte der verschiedenen Geräte aufzuschreiben. Diese Datenpunkte mussten gesammelt werden, unabhängig vom Wetter – Arbeiter mussten möglicherweise vereiste Leitern bei extremer Hitze besteigen. Jeden Tag in dieser Umgebung bestand Sturz-, Stolper- oder Ausrutschgefahr sowie, wetterabhängig, Exposition oder Hitzschlagrisiko.

 

Abbildung 3. Diese Sinclair-Raffinerie in Wyoming hat Tausende von Sensoren, die Prozesse und Ausrüstung überwachen und Daten für zukünftige Analysen generieren. Bild mit freundlicher Genehmigung von Sinclair Refinery

 

Mit Fernzugriff werden Daten automatisch gesammelt und in Cloud-Datenbanken gespeichert. Ingenieure schreiben Routinen zur Datenanalyse und Anomalieerkennung. Sollte eine Anomalie auftreten, können sie Techniker an einen bestimmten Ort senden, um manuelle Messungen durchzuführen oder Wartungs- und Reparaturaufgaben zu erledigen. Dadurch sind Techniker nicht ständig in einer großen Anlage unterwegs, was ihre Verletzungsgefahr verringert.

 

Begrenzte Kontamination

Mit Fernzugriff minimieren Werksingenieure die Anzahl der notwendigen Besuche in der Anlage. Dies ist ein großer Vorteil bei kontaminationsempfindlichen Prozessen wie Pharmazeutika und Halbleiter, wo alle Personen, die die Anlage betreten, ein komplexes Ankleide- und Entkleideverfahren durchlaufen müssen.

In der pharmazeutischen Herstellung müssen Personen, die Bereiche betreten, in denen pharmazeutische Verbindungen exponiert sind, angekleidet und getestet werden. Nicht nur begrenzt das Ankleideverfahren chemische Kontaminanten, sondern alle müssen getestet werden, um sicherzustellen, dass keine biologischen Kontaminanten das Produkt erreichen. Die biologische Bedrohung in der Halbleiterfertigung ist begrenzt, aber das Partikelkontaminationspotenzial ist viel höher.

 

Abbildung 4. Ein leerer Halbleiter-Reinraum.

 

Durch Fernzugriff können Ingenieure und Techniker viele Prozesse überwachen, untersuchen und beheben, ohne den Reinraum zu betreten. Daten werden aus dem Cloud-Speicher gesammelt und auf einem Laptop analysiert oder an einen Prozessorcluster zur Analyse gesendet. Oft können Tests ferngesteuert angeordnet werden, sodass Techniker den Raum nur für Wartungsaufgaben betreten müssen.

 

Datensicherheit

Eine der wichtigsten Herausforderungen ist die Balance zwischen den Vorteilen von Fernzugriff und der digitalen Sicherheit der Geräte. Der Zugriff auf wichtige Maschinensteuerungen und Daten aus der Ferne ist für den Ingenieur ebenso bequem wie für den Hacker oder Industriespion.

Vor Fernzugriff musste ein Industriespion, der Designs stehlen oder kritische Systeme sabotieren wollte, physisch in die Anlage eindringen, sich zurechtfinden und entweder kritische Daten stehlen oder seinen Angriff starten. Oft bedeutete dies, dass der Spion von der Anlage oder einem ihrer Auftragnehmer eingestellt werden musste – eine Herausforderung an sich.

Heute können Hacker viel leichter auf kritische Systeme zugreifen. Physisch können sie Laptops, Tablets oder Smartphones stehlen. Sie können einfach einem Ingenieur in einem überfüllten Café über die Schulter schauen und Zugriff erlangen. Elektronisch gibt es viele Skripte und Techniken, um Daten zu stehlen, sobald sie in der Cloud verfügbar sind.

Mitarbeiter müssen in Fernzugriffssicherheit geschult werden. Wenn nicht, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die Anlage angegriffen wird. Ein aktueller Bericht zeigte, dass Ransomware-Angriffe über 80 % der Cyberangriffe ausmachten, und die durchschnittliche Lösegeldzahlung auf über 220.000 $ gestiegen ist.

Aufgrund dieser Bedrohung müssen einige kritische Systeme ein manuelles Steuerungssystem haben, um einen Angriff zu übersteuern, oder gar nicht in die Fernsteuerung aufgenommen werden. Die Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (CISA) und das Multi-State Information Sharing and Analysis Center (MS-ISAC) veröffentlichten kürzlich einen gemeinsamen Ransomware-Leitfaden zur Angriffsprävention.

 

Die Zukunft des Fernzugriffs

Sicherheit, Qualität und Komfort werden sich in den kommenden Jahren weiter verbessern. Mit zunehmender Intelligenz und Fähigkeit von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML) werden sie Qualitätsabweichungen früher erkennen und Ingenieure in Echtzeit alarmieren.

Fernzugriff wird weiter expandieren und angegriffen werden. Sicherheitssysteme werden sich verbessern, aber auch Hacking-Techniken. Große Anlagen müssen Personal einsetzen, um robustere Sicherheitssysteme und Schulungspläne zu erstellen, um die Auswirkungen dieser Angriffe zu begrenzen.

Prozessanlagen sind in der Regel robuste Anlagen mit Hunderten von Sensoren, die Daten sammeln. Fernzugriff hilft, Zeit, Sicherheit, Kontamination und Sicherheit in einer Prozessanlage zu verringern.