Wie der Fernzugriff in der Prozessindustrie voranschreitet

Mit zunehmendem Automatisierungsgrad in der Fertigung steigen auch der Bedarf und der Nutzen für den Fernzugriff auf Steuerungssysteme und Daten. In der verarbeitenden Industrie ermöglicht der Fernzugriff Bedienern und Ingenieuren die Steuerung von Geräten, die Analyse von Daten und die Fehlerbehebung des Systems von Laptops, Smartphones oder Tablets von ihrem Büro, zu Hause oder im Café aus.

Was ist Fernzugriff?

Beim Fernzugriff werden Daten und Kontrollsysteme elektronisch ausgeführt und über das Internet (oder besser noch das private Intranet des Unternehmens) abgerufen. Auf diese Weise müssen Ingenieure und Techniker nicht so viel Zeit damit verbringen, durch eine Industrieanlage zu wandern, um Prozessdaten oder Steuerungssysteme zu sammeln. Stattdessen werden Daten nahezu in Echtzeit digital gespeichert und Computer können Entscheidungen zur Prozesssteuerung treffen.

Durch den Fernzugriff wird die Verfahrenstechnik besonders verbessert, da es oft kontinuierliche, stationäre Prozesse gibt, die routinemäßig überwacht werden müssen. Aber auch diskrete Fertigungsstätten können vom Fernzugriff profitieren. Als Grundlage dieses Artikels konzentrieren wir uns jedoch auf die Prozessfertigung.

Abbildung 1. Ein Schauglas und eine Kamera können als Backup verwendet werden, um die digitale Anzeige des Flüssigkeitsstands in einem Tank zu überprüfen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Grainger

Für die Prozessherstellung können Durchflussraten, Temperaturen, Drücke und andere physikalische Parameter erfasst und einfach mit statistischen Prozesssteuerungsdiagrammen (SPC) verglichen werden, um nach Problemen zu suchen. Dies gilt auch für die diskrete Fertigung, obwohl die Eingaben Teilezählungen über Lichtstrahlbruch, Gewicht oder maschinelles Sehen umfassen können.

Der Fernzugriff umfasst häufig den Zugriff auf Kameradaten. Dies ist besonders nützlich, um eine digitale Messung mit einer analogen Messung zu vergleichen. Angenommen, ein Durchflussmesser zeigt keinen Durchfluss an. Ein Techniker kann eine strategisch platzierte Kamera überprüfen, um einen einfachen Schwimmer anzuzeigen, der anzeigt, ob der Durchfluss wirklich gestoppt wurde, und die entsprechenden Maßnahmen ergreifen.

Bei einem ordnungsgemäß integrierten System erhalten Techniker und Ingenieure nur mit entsprechender Ausbildung und Qualifikation Zugang zu Systemen. Die Daten sind auf diejenigen beschränkt, die sie anzeigen müssen, und die Kontrolle verbleibt in den Händen der geschulten Personen.

Vorteile des Fernzugriffs

Verbesserte Sicherheit

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

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

Abbildung 2. Ein Arbeiter, der PSA trägt und Messgeräte in einer Industrieanlage überprüft.

Vor dem Fernzugriff legten die Techniker ihre persönliche Schutzausrüstung (PSA) an, schnappten sich ihre Zwischenablage und wanderten dann durch das Labyrinth von Laufstegen und Leitern und schrieben die Messwerte der verschiedenen Messgeräte auf. Diese Datenpunkte mussten wetterunabhängig gesammelt werden, was bedeutete, dass die Arbeiter möglicherweise auf eisigen Leitern oder bei extremer Hitze klettern mussten. In dieser Umgebung bestand jeden Tag ein Stolper-, Ausrutsch- oder Sturzrisiko und, je nach Wetterlage, das Risiko einer Exposition oder eines Hitzschlags.

Abbildung 3. Diese Sinclair-Raffinerie in Wyoming verfügt über Tausende von Sensoren, Überwachungsprozesse und -ausrüstung und generiert Daten für zukünftige Analysen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Sinclair Refinery

Beim Fernzugriff werden die Daten automatisch gesammelt und in Datenbanken in der Cloud gespeichert. Ingenieure schreiben Routinen, um die Daten zu analysieren und auf Anomalien zu prüfen. Sollte eine Anomalie auftreten, können sie Techniker an einen bestimmten Ort schicken und manuelle Messungen einholen oder eine Wartungs- oder Reparaturaufgabe durchführen. Auf diese Weise laufen die Techniker nicht ständig durch eine große Einrichtung, was das Verletzungsrisiko erhöht.

Begrenzte Kontamination

Mit dem Fernzugriff minimieren Anlageningenieure die Anzahl der Fahrten, die sie in die Anlage unternehmen müssen. Dies ist ein großer Vorteil in kontaminationsempfindlichen Prozessen wie Pharmazeutika und Halbleitern, bei denen alle Personen, die die Anlage betreten, einem komplizierten An- und Auskleiden unterzogen werden müssen.

Bei der pharmazeutischen Herstellung müssen Personen, die einen Teil der Anlage betreten, in dem pharmazeutische Verbindungen ausgesetzt sind, bekleidet und getestet werden. Das Ankleideverfahren begrenzt nicht nur chemische Verunreinigungen, sondern jeder muss getestet werden, um sicherzustellen, dass keine biologischen Verunreinigungen das Produkt erreichen. Die biologische Bedrohung in der Halbleiterfertigung ist begrenzt, aber das Kontaminationspotenzial durch Partikel ist viel höher.

Abbildung 4. Ein leerer Reinraum für die Halbleiterfertigung.

Durch den Fernzugriff können Ingenieure und Techniker viele Prozesse überwachen, untersuchen und Fehler beheben, ohne den Reinraum betreten zu müssen. Die Daten werden aus dem Cloud-Speicher gesammelt und auf einem Laptop analysiert oder zur Analyse an einen Prozessorcluster gesendet. Tests können oft aus der Ferne bestellt werden, was bedeutet, dass Techniker den Raum nur betreten müssen, um Wartungsarbeiten durchzuführen.

Datensicherheit

Eine der wichtigsten Herausforderungen besteht darin, die Vorteile des Fernzugriffs mit der digitalen Sicherheit von Geräten in Einklang zu bringen. Der Fernzugriff auf wichtige Maschinensteuerungen und -daten ist für den Ingenieur und den Hacker oder einen Industriespion praktisch.

Vor dem Fernzugriff muss sich ein Industriespion, der Designs stehlen oder kritische Systeme sabotieren möchte, in die physische Einrichtung einschleichen, sich zurechtfinden und entweder die kritischen Daten greifen oder seinen Angriff starten. Dies bedeutete oft, dass der Spion von der Einrichtung oder einem ihrer Auftragnehmer eingestellt werden musste, was an sich schon eine Herausforderung darstellt.

Hacker können jetzt viel einfacher auf kritische Systeme zugreifen. Physisch können sie den Laptop, das Tablet oder das Smartphone von jemandem stehlen. Sie können einem Ingenieur in einem überfüllten Café einfach über die Schulter schauen und sich Zugang verschaffen. Auf elektronischem Weg gibt es viele Skripte und Techniken, um Daten zu stehlen, sobald sie in der Cloud verfügbar sind.

Die Mitarbeiter müssen in der Fernzugriffssicherheit geschult werden. Ist dies nicht der Fall, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die Anlage angegriffen wird. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht zeigte, dass Ransomware-Angriffe über 80 % der Cyberangriffe ausmachten und die durchschnittliche Auszahlung auf über 220.000 $ gestiegen ist.

Aufgrund dieser Bedrohung müssen einige kritische Systeme über ein manuelles Kontrollsystem verfügen, um einen Angriff zu umgehen, oder sollten überhaupt nicht ferngesteuert werden. Die Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (CISA) und das Multi-State Information Sharing and Analysis Center (MS-ISAC) haben kürzlich einen gemeinsamen Ransomware-Leitfaden veröffentlicht, um Angriffe zu verhindern.

Die Zukunft des Fernzugriffs

Sicherheit, Qualität und Komfort werden sich noch viele Jahre verbessern. Da künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) intelligenter und leistungsfähiger werden, können sie Qualitätsabweichungen weiter draußen erkennen und Ingenieure in Echtzeit alarmieren.

Der Fernzugriff wird weiter ausgebaut und angegriffen werden. Sicherheitssysteme werden sich verbessern, aber auch Hacking-Techniken. Große Einrichtungen müssen Personal beschäftigen, um robustere Sicherheitssysteme und Sicherheitstrainingspläne zu erstellen, um die Auswirkungen dieser Angriffe zu begrenzen.

Prozessanlagen sind normalerweise robuste Anlagen mit Hunderten von Sensoren, die Daten sammeln. Der Fernzugriff hilft, Zeit, Sicherheit, Kontamination und Sicherheit in einer Prozessanlage einzuschränken.