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Samstag, 17. Februar 2018

Sensorik

"Wir wollen das Labor ersetzen"

Von Iestyn Hartbrich | 22. November 2013 | Ausgabe 47

Stromschleife oder cyberphysisches System – die Kluft zwischen dem heute Verbauten und dem technisch Möglichen ist groß in der Messtechnik. Ulrich Kaiser, Direktor Technologie beim Sensorhersteller Endress + Hauser, spricht im Interview über die Zukunft der Sensoren.

Ulrich Kaiser
Foto: Endress + Hauser

Ulrich Kaiser: „Internetfähig ist heute nur ein verschwindend kleiner Bruchteil der Sensoren.“

VDI nachrichten: Sie beschäftigen sich seit über 30 Jahren mit Messtechnik. Erkennen Sie die Sensoren aus Ihrer Anfangszeit in heutigen Sensoren noch wieder?

Ulrich Kaiser: Nein, nicht in neueren Entwicklungen. Tatsächlich entdecke ich aber heute immer noch bisweilen Systeme im Betrieb, die ich zu Beginn meines Berufslebens selber entwickelt habe.

Das Unternehmen Endress + Hauser

Was hat sich seitdem verändert?

Wir kommen immer stärker zur Vernetzung. Die Prozessindustrie ist zwar schon seit den 40er-Jahren vernetzt im eigentlichen Sinne damals hat sie die Stromschleife eingeführt. Seit einigen Jahren steht nun aber fest: Das Internet drängt langsam aber sicher in die Prozessautomatisierung.

Was bedeutet das für Sie als Hersteller?

Seit zwei Jahren offerieren wir Ethernet IP, einen Standard, der auf Internettechnologien basiert. So kann der Sensor mit dem Steuersystem kommunizieren. Seit einem Jahr bieten wir aber auch Sensoren an, die mit jedem beliebigen PC per Internet kommunizieren können. Der Sensor wird damit zum cyberphysischen System.

Die Fertigungsindustrie nennt das "Industrie 4.0" ...

... und auch wir kommen nicht daran vorbei. Wir müssen allerdings die Entwicklungen in der Fertigungsindustrie und in der Prozessindustrie unterscheiden. Die eine produziert Werkstücke, die andere verarbeitet Medien, also Gase und Flüssigkeiten. Aber auch bei uns sehe ich für die Zukunft, dass sich die Automatisierungspyramide auflöst. An ihre Stelle tritt ein vernetztes System mit flachen Hierarchien. Das Internet als Kommunikationsmittel jedenfalls wird sich durchsetzen.

Nur wann? Die Prozessindustrie gilt nicht gerade als die schnellste.

Die Prozessautomatisierung entwickelt sich immer viel langsamer als die diskrete Automatisierung, die zum Beispiel in der Automobilindustrie stattfindet. Das sieht man daran, dass sich Feldbustechnologien, die bereits in den 80er-Jahren erfunden wurden, immer noch nicht flächendeckend durchgesetzt haben…

… ganz zu schweigen von internetfähigen Sensoren.

90 % der heute ausgelieferten Sensoren stellen im Prinzip einfach eine Stromquelle dar. Je nachdem, wie viel Strom sie liefert, kann ich auf die Messgröße schließen. Die Stromschleifentechnik funktioniert seit 70 Jahren hervorragend. Internetfähig ist heute nur ein verschwindend kleiner Anteil der Geräte.

Scheuen Ihre Kunden Innovationen?

Die Unternehmen in der Prozessindustrie sind nicht innovationsfeindlicher als andere Unternehmen. Der Grund liegt darin, dass die Anlagen eine sehr lange Lebensdauer haben.

Wie intelligent sind Sensoren – Stand heute – denn wirklich?

Stand der Technik ist, dass ein Sensor neben dem Messwert zusätzlich Informationen über seinen Zustand liefert. Das kann so weit gehen, dass der Sensor selbst einen Wartungsbedarf für sich erkennt und diesen im Sinne einer vorausschauenden Instandhaltung anmeldet. Die Interpretation der Daten findet heute immer in einem Leitsystem statt, wo Regelungsvorgänge ablaufen oder wo betriebswirtschaftlich relevante Informationen entstehen. Zum Beispiel: Der Tank ist voll und sein Inhalt kann ausgeliefert werden…

… und das geschieht künftig auf der Ebene der Komponentensteuerung?

Im Zuge der zunehmenden Vernetzung werden die ERP-Ebene, auf der der Einsatz der Unternehmensressourcen geplant wird, und die Feldebene, die die Steuerungen für einzelne Komponenten umfasst, ineinander wachsen.

Welche Vorteile hätte das für die Prozessindustrie?

Ich stelle mir einen Tank vor, in dem der Anlagenbetreiber eine sehr teure Substanz weiterverarbeitet. Mithilfe der Internettechnologien kann der Tankinhalt nun als finanzielles Asset im Abrechnungssystem gewertet werden, ähnlich wie die Bestände im Lager. Das funktioniert, weil Tank und Inhalt ein virtuelles Abbild im Internet haben. Beide zusammen bilden sie ein cyberphysisches System, dass mit dem ERP-System kommuniziert. Diese Verbindung existiert bislang noch nicht.

Wenn der Vernetzungsgrad zunimmt, wie sicher sind Sensoren dann noch?

Stuxnet lässt grüßen?

Eine prozesstechnische Anlage wäre ein attraktives Angriffsziel ...

… wobei das Horrorszenario wäre, dass es jemandem gelingt, von außen einen Füllstandsensor zu manipulieren. Dann fließt der Tank mit einer giftigen Chemikalie über. Zurzeit sehen wir aber – was die Sensoren selbst betrifft – kein großes Problem, weil sie – Stand heute – passiv sind. Man kann also per Internet nur Informationen rausholen. Das kann sich allerdings bald ändern.

Wie rüsten Sie sich denn für die Zukunft?

Wir haben zum Beispiel Tests durchgeführt, in denen wir versucht haben, durch heutige Sicherheitssoftware hindurch in unsere eigenen Geräte reinzukommen. Die Ergebnisse waren in Ordnung, aber mit IT-Sicherheit werden wir uns immer mehr beschäftigen müssen. Das ist im Übrigen auch eher eine Frage des Systemlayouts beim Kunden, das weit über die Sensorik hinausgeht.

Welches Potenzial liegt momentan noch brach in der Sensorik?

Die Mikrosystemtechnik halte ich für die zentrale Technologie in der zukünftigen Sensorentwicklung. Es geht darum, die Methoden der mikromechanischen Produktion – basierend auf Halbleitern – in die Sensoren zu bringen.

Wozu kann man sie nutzen?

Zum einen bauen Sensoren mit Mikrosystemtechnik logischerweise kleiner. Viel wichtiger ist aber, dass sie funktionale Vorteile mit sich bringen. Wir entwickeln derzeit zum Beispiel einen Dichtesensor aus Silizium, der deutlich empfindlicher ist als klassische metallbasierte Dichtesensoren. Wenn ich in mein Wasserglas einen Löffel Cognac rühre, erfasst der Sensor den Unterschied. Neben der Mikrosystemtechnik sehe ich aber noch einen zweiten Weg für die Sensorik in der Prozessindustrie, der bereits angelegt ist …

Und wohin führt er?

In Zukunft werden die Sensoren nicht mehr nur Prozessinformationen, sondern vermehrt auch stoffliche Informationen liefern. Als wir vor einigen Jahren unsere drei größten Kunden gefragt haben (Namur-Roadmap, Anm. d. Red.), was sie sich eigentlich von Sensoren in Zukunft erhoffen, haben sie genau das geantwortet. Sie wünschen sich zusätzlich stoffliche Informationen, also die genaue Kenntnis der Qualität eines Mediums. Zum Beispiel die Konzentration eines bestimmten Stoffes.

Wie messen die Kunden heute?

Im Tank messen sie Prozessgrößen wie den Füllstand, die Temperatur oder den Druck. Die Zusammensetzung aber messen sie meistens im Labor …

... dessen Funktion Sie als Sensorhersteller wohl gerne ersetzen würden.

Ja, wir wollen das Labor ersetzen. Bei einer Aktualisierung der Namur-Roadmap – wir haben diesmal viele hundert Anlagenbetreiber befragt – kam heraus: Die Anlagenbetreiber wollen auf ihrem Bildschirm genau die Informationen, für deren Erhebung Labore zuständig sind, und zwar laufend und vor Ort. Sie hätten dann die Daten in Echtzeit vom Prozess und müssten nicht Laborbefunde abwarten. Die Daten können dann auch zur Prozessregelung genutzt werden.

Können Sie ein Beispiel nennen?

Beim Trocknen von Material läuft der Vorgang heute eine vorgegebene Zeit lang, sagen wir 20 Minuten. In Zukunft aber können Sie so lange trocknen, bis der laufend gemessene Wassergehalt unter eine bestimmte Marke gefallen ist. Noch werden solche Sensoren aber nicht flächendeckend eingesetzt. Denn erstens sind sie noch recht teuer. Und zweitens sind sie noch recht anspruchsvoll in der Anwendung. An der Handhabbarkeit müssen wir Sensorhersteller also noch arbeiten. IESTYN HARTBRICH

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