Ventilüberwachungskosten um 90 % senken mit drahtlosen IoT-Sensoren

Remote-Ventilüberwachung in der Prozessindustrie

Fabriken und Anlagen in Branchen wie chemische Verarbeitung, Zellstoff und Papier, Wasser- und Abwasserbehandlung profitieren von der ferngesteuerten Ventilüberwachung.

Herausforderung: Hohe Nachrüstkosten bei tausenden Handventilen

Herkömmliche nachgerüstete Überwachungslösungen sind jedoch kostspielig und langsam zu implementieren für Fabriken mit tausenden Handventilen unterschiedlicher Typen.

Eine kosteneffizientere Alternative existiert: Fabriken haben eine 90-prozentige Reduzierung der Nachrüstinvestitionen durch den Einsatz industriegeeigneter drahtloser Sensoren und Industrial-IoT-Technologien nachgewiesen.

Experteninterview mit Pertti Kujala von Haltian

In diesem Artikel spricht Industrial-IoT-Spezialist Pertti Kujala, Director Smart Factory Business bei Haltian, über Nachrüst-Ventilüberwachung und erklärt, wie Fabriken erhebliche Kosten einsparen können.

Was ist Remote-Ventilüberwachung?

Fabriken und Anlagen in der chemischen Prozessindustrie, Zellstoff und Papier, Wasser- und Abwasserbehandlung und anderen Sektoren sind vor allem durch massive Netze von Prozessleitungen bekannt, die von tausenden handbetätigten Ventilen gesteuert werden.

Bis vor Kurzem liefen diese Systeme seit vielen Jahren erfolgreich und effektiv mit verschiedenen Arten von Handventilen.

Die ferngesteuerte Überwachung dieser Handventilen wird im Zuge der Industry-4.0-Transformation, die weltweit durch Fabriken fegt, in der Prozessindustrie noch kritischer.

Um zukünftige Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten, müssen Industrieunternehmen Produktionseffizienz steigern, Verarbeitungsprozesse optimieren, unnötige Ausfälle verhindern und Sicherheit verbessern.

Mit der Integration von SCADA mit Feldeinsätzen sowie Smartphones, Tablets und anderen mobilen Lösungen wächst industrielle Automatisierung und Prozesssteuerung rasant zum Wohle aller.

Vorteile für Fabriken und Anlagen

Remote-Ventilüberwachung besteht aus mehreren Komponenten: Sie erkennt die Ventilposition mit einem nachrüstbaren Sensorgeber, der am handbetätigten Ventil montiert wird.

Positionsensoren unterteilen sich in Winkelpositions- und Linearpotionsensoren.

Das Sensorgeber meldet die Positionsdaten in digitalem Format an das zentrale Leitsystem der Fabrik.

Mit einer idealen Remote-Überwachungslösung können Positionen aller Ventile in einer Fabrik in Echtzeit im zentralen Leitsystem überwacht werden – von tausenden verschiedenen Punkten entlang der Prozessleitungen.

Fernüberwachung von Prozessregelventilen kann Fabriken auf unzählige Weisen vielfältige Vorteile bieten:

• Massive Kosteneinsparungen
• Schnellere Prozesserholung nach Wartungspausen
• Erhöhte Sicherheit in der Anlage
• Reduzierung von Fehlern und Qualitätsabweichungen
• Wertvolle Analytics und Vermeidung ungeplanter Ausfallzeiten

Die Vorteile der Remote-Ventilüberwachung im Zuge der Industry-4.0-Transformation haben den Markt für Fernüberwachung und -steuerung auf einen stetigen Wachstumskurs mit 4,5 Prozent Jahreswachstum gebracht. Weltweit wird ein Marktwert von 27 Milliarden Dollar bis 2023 erwartet.

Herausforderungen traditioneller Nachrüstlösungen

Viele Fabriken und Anlagen zögern, in Erweiterungen der Remote-Ventilüberwachung zu investieren, trotz raschem Marktwachstum und signifikanter wirtschaftlicher Vorteile.

Die Nachrüstung eines Überwachungssystems an tausenden verschiedenen Ventiltypen – einige sehr alt, oft von verschiedenen Herstellern – ist kostspielig und zeitaufwändig.

Der Autor hat eine Übersicht der Hauptprobleme bei der Nachrüstung von Fernüberwachung an bestehenden Ventilen zusammengestellt.

Herstellerspezifische Sensoren

Aktuelle Ventilpositionsensoren am Markt passen oft nur auf einen Ventiltyp, und verschiedene Ventilhersteller haben ihre eigenen spezifischen Positionsensoren.

Das erhöht die Hardware-Investitionen für Fabriken, und die Beschaffung mehrerer Herstellerprodukte kann zeitaufwändig sein.

Vielfältige Kommunikationsprotokolle

Traditionelle Feldeinsätze nutzen verschiedene industrielle Kommunikationsprotokolle – wie Foundation Fieldbus, Profibus, DeviceNet, AS-Interface und HART-Protokoll – für die Kommunikation mit dem SCADA- oder SAS-System der Fabrik.

Das kann kostspielige Software-Schnittstellenanpassungen erfordern, besonders wenn Sensoren mehrerer Hersteller im System enthalten sind.

Verkabelungsaufwand

Die meisten aktuellen industriellen Ventilpositionsensoren und Detektorprodukte am Markt benötigen physische Verkabelung für Strom und Daten.

Bei tausenden Ventilen in einer Fabrik wird die Verkabelung zum signifikanten Kostenfaktor und verlängert die Implementierungszeit auf Monate, manchmal Jahre.

Überdimensionierte Produktdesigns

Die aktuell am Markt verfügbaren traditionellen Positionsensoren sind nach denselben extremen Industriestandards gebaut wie kritische, operative Feldeinsätze.

Dies könnte in vielen industriellen Anwendungen als Over-Engineering gelten.

Positionsensoren werden typischerweise auf der primären operativen Hardware wie Ventilen montiert – und die Sensoren sind nicht direkt den härtesten Bedingungen ausgesetzt.

Diese extreme Produktdesign-Praxis hat die Verkaufspreise traditioneller Positionsensorprodukte erhöht, aber hochwertige, enterprise-grade Produkte mit niedrigerem Preisschild sind für die meisten Anwendungsfälle ebenso geeignet.

IoT-Technologie als Gamechanger

Diese Herausforderungen bremsen die Implementierung von Nachrüst-Remote-Ventilüberwachungslösungen in globalen Fabriken. Die Frage ist: Wie lassen sich diese Investitionen reduzieren und die Nachrüstung vereinfachen?

Eine spielverändernde Lösung könnte aus dem Internet-of-Things (IoT) Technologiebereich kommen. Entwicklungen bei IoT-Sensorgebern und drahtlosen Technologien haben in den letzten Jahren einen Quantensprung gemacht.

Gamechanging Technology: Drahtloser Winkelsensor

Haltian, Produktspezialist und Industrial-IoT-Anbieter, hat zusammen mit einem globalen Prozessindustrieunternehmen einen intelligenten, industriegeeigneten drahtlosen Winkelsensor für Remote-Ventilüberwachung entwickelt.

Er kombiniert neueste industriegeeignete drahtlose Technologien und ultrarobuste Materialien. Mit dieser Lösung können Fabriken ihre Nachrüstkosten um bis zu 90 Prozent reduzieren – im Vergleich zu traditionellen Alternativen.

Funktionen des Winkelsensors

Der drahtlose Sensor benötigt keine Verkabelung. Dieser nachrüstbare Winkelsensor lässt sich an verschiedene Typen handbetätigter Drehventile anbringen, einschließlich Kugel- und Klappenventilen.

Er wird mit einem Montageadapterkit geliefert, das Installation schnell und einfach macht. Eine Klemme befestigt das Sensorgeber an einem Rohr. Sein rotierender Positionserkennungsscheibe wird mit einem einfachen Clip am Ventilhebel befestigt.

Im Winkelsensor befinden sich magnetische und mechanische Sensoren zur Erkennung der Ventilposition mit einer Genauigkeit von einem Grad. Er meldet Positionsänderungen über die drahtlose Verbindung an das zentrale Leitsystem der Fabrik oder Anlage.

Nach dem Einschalten verbindet sich der Sensor automatisch mit anderen Sensorgebern über Wirepas-Mesh-Technologie.

Der Wirepas-Mesh-Funkprotokoll im Winkelsensor kann die Funkübertragungsleistung und das Frequenzband automatisch optimieren, wann immer nötig.

Keine Basisstationen oder Funknetzinfrastruktur sind in der Fabrik nötig – die Winkelsensoren fungieren als Zugangspunkte für andere Sensorgeber und bilden ein voll vernetztes Netz, das Datenpakete hop-by-hop zum richtigen Ziel überträgt.

Der stromsparende Winkelsensor kann mehrere Jahre mit nur einer Batterie betrieben werden.

Lebenszeitvorteile für Fabriken

Über einen mehrjährigen industriellen Investitionshorizont bringt der drahtlose Winkelsensor-Ansatz Fabriken und Anlagen CAPEX- und OPEX-Einsparungen. Hier die prominentesten lebenslangen Vorteile:

• Schnelle und einfache Installation an Ventilen – keine Verkabelung nötig, komplett vorkonfiguriert geliefert. Reduziert Implementierungs- und Betriebskosten bei tausenden Ventilen.
• Funktioniert mit verschiedenen Drehventiltypen einschließlich Kugel- und Klappenventilen jedes Herstellers – senkt Hardwarekosten und vereinfacht Beschaffung.
• Vermeidet weitere kostspielige Softwareanpassungen für industrielle Kommunikationsprotokolle – der Winkelsensor integriert direkt in das Leitsystem über eine einfache API.
• Ventilpositionsänderungen werden an Ihr Leitsystem gemeldet – ermöglicht schnellere Anpassung der Fabrikprozesse auf optimale Leistungsniveaus.
• Mit aktuellen Informationen zu allen Ventilpositionen lassen sich Unfälle vermeiden und die Arbeitssicherheit in der Anlage erhöhen.
• Umweltschäden vermeiden, indem sichergestellt wird, dass Gefahrstoffe nicht aus dem System entweichen.
• Handventile werden typischerweise von Betriebspersonal justiert. Sie führen die Justierarbeiten basierend auf ihrem impliziten Wissen durch – Ventilüberwachung ermöglicht Digitalisierung und Speicherung dieses impliziten Wissens.
• Ende-zu-Ende-Daten aller Ventile ermöglichen Messung und Optimierung der Prozesse.

Fazit: Gamechanger für Remote-Ventilüberwachung

Remote-Ventilüberwachung bietet Fabriken und Anlagen signifikante Vorteile – das bedeutet Kosteneinsparungen, bessere Sicherheit und kontinuierliche Prozessoptimierung.

Die Digitalisierung von Prozessregelventilen schleppte sich jedoch zu lange hin, aufgrund hoher Nachrüstinvestitionen.

Der neue industriegeeignete Winkelsensor und drahtlose Industrial-IoT-Technologien können das Remote-Ventilüberwachungsspiel mit einer einfachen, aber robusten Alternative mit bis zu 90 Prozent geringerer Investition verändern!