Der NAMUR Arbeitskreis 3.6 Analysenmesstechnik hat die neueste Version seiner Technologie-Roadmap “Prozess-Sensoren“ veröffentlicht. Seit 2004 hat der AK bereits in bis dato drei Versionen die Zukunft der Sensorik in der Prozessanalysentechnik ausgeleuchtet. Die vierte Roadmap bündelt nun in 19 Thesen alte und neue Anforderungen und spiegelt technologische Entwicklungen. Damit leistet die Publikation laut der NAMUR einen wichtigen Beitrag für die Transformation der Prozessindustrie und für die gesellschaftliche Akzeptanz dieses Industriezweigs.
Technologie-Roadmap beschreibt wesentliche Trends
Die Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 2027+“ ist eine Weiterentwicklung vorgängiger Technologie-Roadmaps. Im Zentrum dieser Roadmaps stehen Sensoren zur Erfassung von physikalischen und chemischen Messgrößen mittels spezifischer und unspezifischer Messverfahren, die zur Steuerung und dem besseren Verständnis von Prozessen dienen. Die Roadmap fasst die gemeinsame Technologie- und Marktsicht von Anwendern, Herstellern und Forschungseinrichtungen im Bereich Prozess-Sensorik in der verfahrenstechnischen Industrie zusammen. Sie beschreibt die wesentlichen Trends im Bereich Prozess-Sensorik und künftige Hand-lungsbedarfe für Hersteller, Anwender sowie für Einrichtungen der Forschung und Lehre.
Für die aktuellen und zukünftigen Anforderungen an Prozess-Sensoren werden 19 Thesen formuliert. Die Thesen basieren auf den Thesen der vorangegangenen Roadmaps, wobei die aus heutiger Sicht erforderlichen Anpassungen, Ergänzungen und teilweise auch Streichungen vorgenommen wurden. Die Thesen sind in fünf Themencluster eingeordnet, deren Kernpunkte nachfolgend kurz zusammengefasst sind:
Allgemeine Anforderungen
Prozess-Sensoren müssen neben Genauigkeit eine hohe Robustheit (Technik und Software) aufweisen. Die Bedeutung von Zustandsüberwachung und Selbstdiagnose steigt stetig. In Altanlagen wird konventionelle 4-20mA Übertragung durch drahtlose Kommunikation ergänzt. Digitale Kommunikationsschnittstellen werden bei Neuanlagen eine immer größere Rolle spielen. Die 4-20mA Schnittstelle wird nach wie vor erforderlich sein. Anforderungen an Genauigkeit und Bestimmungsgrenze steigen weiter, insbesondere für die Eingangs- und Freigabeanalytik.
Neue Produktionsprozesse/Applikationsfelder
Stoffe und Herstellverfahren müssen weiterentwickelt werden, um der Forderung nach Nutzung nachwachsenden Rohstoffe, sowie der Energieeinsparung nachzukommen. Dies wird den Einsatz von Bioprozessen fördern. Für die wachsende biotechnische Produktion von Pharmazeutika werden neue innovative PAT-Messtechniken für deren Optimierung benötigt. Durch eine gezielte Endpunktbestimmung und Verfolgung des Reaktionsverlaufs mittels Prozessanalytik kann Sensorik bedeutend zur Ressourcen- und Energieeffizienz beitragen. Der gewünschte gesteigerte Einsatz von rezyklierten oder nachwachsenden Rohstoffen stellt wegen der hohen Variabilität dieser Stoffe neue Anforderungen an die Prozesssensorik.
Neue Messstrategien
Die schon seit vielen Jahren laufende Entwicklung der Übertragung von Laboranalyseverfahren in den Prozess, um Analyseergebnisse direkt und zeitnah aus dem Prozess zu erhalten, wird unvermindert weitergehen. Die bestehende Inline-Technik wird durch nichtinvasive Verfahren erweitert werden. Diese können insbesondere in der Freigabeanalytik für Rohstoffe sehr wirksam sein. Nichtinvasive Prozess-Sensoren bieten sich auch für die sog. ambulante Sensorik an. Das sind Sensoren, die nur für einen gewissen Zeitraum, z. B. bei An- und Abfahrprozessen von kontinuierlichen Prozessen, eingesetzt werden. Eine weitere neue Messstrategie ist die Schwarmsensorik zur Anlagenüberwachung wie der Emissions- und Immissionsüberwachung. Einwegprozesse, also Prozesse, die in „disposable“ Behältern stattfinden, sind in der biotechnischen Pharmaproduktion mittlerweile der Stand der Technik. Hier besteht noch weiterer Bedarf an dafür angepasster Prozess-Sensorik.
Nutzung digitaler Daten
Durch Digitalisierung werden Prozesssensoren „smart“ werden. Zusätzlich zu den Messdaten generieren Prozess-Sensoren dann auch ihre Zustandsdaten, die sogenannten Vitaldaten, welche optimierte vorausschauende Wartungen ermöglicht. Durch das Vorhalten aller für eine Integration eines Prozesssensors relevanter Daten wird die Digitalisierung auch eine selbstorganisierte Systemintegration von Prozess-Sensoren ermöglichen. Bei der Planung des Einsatzes von Prozess-Sensoren kommen digitale Zwillinge zum Einsatz, an denen dann Konfiguration und Parametrisierung separiert von der physischen Inbetriebnahme durchgeführt wird. Für neue Geschäftsmodelle für Anwender und Hersteller, wie die Lieferung von Messdaten statt Messgeräten oder die Zusammenstellung neuer verfahrenstechnischer Anlagen mittels standardisierter Module sind digitale Daten ein essenzieller Baustein. Durch Anreicherung der Mess- und Vitaldaten durch weitere interne und externe Daten und Verdichtung durch KI-Methoden, können weitere Informationen über die des Prozess-Sensors hinaus, auch zum Prozess selbst und Anlagenkomponenten gewonnen werden.
Standardisierung
Um digitale Daten durchgängig und nahtlos verfügbar zu machen, bedarf es eines übergreifend standardisierten Informationsmodells. Das dafür spezifizierte Modell PA-DIM™ setzt auf OPC UA Definitionen auf und berücksichtigt auch Anforderungen an die Informationssicherheit. Damit ist auch der Zugang in die übergeordnete IT-Welt geöffnet. So wachsen die Welten OT und IT zu-sammen. Auch OT-Implementierungen können Multi-Cloud Architekturen nutzen, für die anpassbar Cloud- und Edge-Anteile herangezogen werden können. Um das oft formulierte Ziele einer einfacheren Inbetriebnahme zu erreichen, muss es möglich werden, Inbetriebnahme oder Tausch herstellerunabhängig durchführen zu können. Dazu bedarf es einer übergreifenden Taxonomie der Fähigkeiten, Dienste und Merkmale von Prozess-Sensoren. Basis ist dafür das Konzept der Verwaltungsschale des Industrie 4.0 Referenzarchitekturmodells (RAMI 4.0).
Die Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 2027“ kann kostenfrei heruntergeladen werden.
