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Analytik in Abwasserkontrolle und -aufbereitung

TOC-Werte online überwachen

An die Online-Analytik werden komplexe Anforderungen gestellt. Trotz permanenter Überwachung von Prozessen und Prozessströmen sind smarte Lösungen in der Mess- und Regeltechnik noch recht selten. Die Gründe hierfür sind vielfältig. Woran es noch fehlt und Möglichkeiten der Digitalisierung, das beschreibt Dr. Stefan Vosskötter.

Die Digitalisierung ist fester Bestandteil des täglichen Lebens. Über das Handy Häuser steuern oder dem Postboten die Garage von unterwegs öffnen. Was im Privatleben vor allem Komfort bieten soll, kann im Arbeitsleben noch mehr Nutzen bringen. Denn genau da bietet die Digitalisierung und der Einsatz smarter Lösungen neben mehr Komfort weitere entscheidende Vorteile. Unter dem Begriff Industrie 4.0 ist dieser Prozess bereits voll im Gange, auch wenn sich die Anforderungen stark vom privaten Bereich unterscheiden. Im Fokus steht die intelligente Vernetzung von Mensch, Maschine und Prozess auf Basis dezentraler Kommunikation.

Die Verbreitung smarter Systeme unterscheidet sich stark vom Anwendungsbereich. Im Laboralltag unterstützen instrumentelle Analysengeräte und Softwarelösungen dabei, typische Fehler zu vermeiden und Prozesse zu vereinfachen, die Datenintegrität zu sichern; Daten werden automatisiert ausgewertet. In vielen Bereichen werden durch die regulierenden Behörden Labor-Informationssysteme (LIS) und anwendungsbezogene Datenbanksysteme (z. B. für die Chromatografie) gefordert [1] [2]. Informationen sind jederzeit dezentral verfügbar, automatisiert auswertbar und werden zumeist nach dem ALCOA (Attributable, legible, contemporaneous, original, accurate)-Prinzip behandelt. Analysensysteme können zum Teil „remote“ gesteuert, der Systemstatus abgerufen oder die Auslastung geplant werden.

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Bild 1: Online-TOC-Messgerät von Horiba Tocadero. In Prozesse integriert überwacht es die Wasserqualität und erkennt Überschreitungen der Grenzwerte. © HORIBA Tocadero

Die Online-Analytik hinkt in vielerlei Hinsicht hinterher. Die Anforderungen unterscheiden sich zuweilen – je nach Anwendung – deutlich von denen im Labor. Aber wie ist der aktuelle Stand? Dies sei am Beispiel der Online-TOC-Analytik („total organic carbon“) gezeigt. Der TOC-Wert ist ein Maß für die Qualität des Wassers. Mit TOC-Analysatoren (Bild 1) werden z. B. Kläranlagen-Ein- und Ausläufe überwacht oder Kühl- und Heißwasser in den Prozesstechnik kontrolliert. In den meisten Industriesegmenten kommen Online-TOC-Messungen zur Anwendung mit dem Ziel, den Eintrag schädlicher Substanzen in die Natur zu minimieren und Prozessanlagen vor Schaden zu schützen. Messwerte werden in der Steuerzentrale überwacht und gegebenenfalls automatisiert ausgewertet. Die direkte Kommunikation und Interaktion mit dem Analysengerät sind oft nicht gegeben. Mit Schwellenwert-getriggerten Relais werden einfache 0/1-Statusmeldungen übermittelt. Der vollumfängliche Status des Geräts ist nicht ersichtlich. Dabei bringen smarte Lösungen und bidirektionale Kommunikationswege entscheidende Vorteile. Gefordert sind hier die Hersteller analytischer Systeme.

So kann es schon jetzt aussehen: Bidirektionale Kommunikationswege ermöglichen die direkte Interaktion mit dem Analysegerät. Messungen werden gestartet oder das Gerät auf Knopfdruck kalibriert. Zusätzliche Schnittstellen wie OPC UA oder Modbus helfen bei der Umsetzung. Auch die Datenübertragung per Bluetooth, WLAN oder 5G ist möglich. Statusdaten wie Temperaturen, Gasflüsse, Spannungen oder Drücke sind einsehbar und geben Aufschluss über den Zustand des Geräts. Weiterhin ergeben sich praktische Möglichkeiten für die „Predictive Maintenance“, die vorausschauende Wartung: Auf Basis der Vital- und Statusdaten werden Wartungs- und Tauschintervalle prognostiziert. Damit wird die Planung von Wartungseinsätzen dynamisch, angepasst an die Art der Probe und die Anwendung. So können Ausfälle vermieden und Standzeiten erhöht werden, bei gleichzeitiger Reduzierung der Wartungskosten.

Bild 2: AR(Augmented Realtity)-Technologie mit dem Einsatz von Datenbrillen macht eine schnelle und einfache Kommunikation mit der Servicezentrale möglich. © HORIBA Tocadero

IIoT (Industrial Internet of Things)-Lösungen werden die Wartung und den Service in Zukunft entscheidend vereinfachen. Durch den Einsatz von AR-Technologie können Anwender und Fachpersonal schnell und einfach unterstützt werden. Im Falle eines Stillstands des Analysators entfallen zeitraubende Terminabsprachen für den Service – mit der Hilfe von Datenbrillen kann zeitnah Support geleistet werden (Bild 2). Auch die weltweite Schulung von Mitarbeitern und Anwendern ist denkbar. Einsätze werden digital dokumentiert und bei Bedarf mit Fotos und Videos erweitert. Bereits jetzt setzen viele Firmen erfolgreich Datenbrillen ein, um z. B. interne Audits an weltweiten Standorten durchzuführen. Der Technologietransfer in die produktbezogene Unterstützung hilft, Kosten zu sparen und planbar zu arbeiten.

Umdenken in der Arbeitsweise

Zwar stellen einige Hersteller die nötige Technologie bereit, die Integration erfordert einige Grundvoraussetzung. Die nötigen Kommunikationswege müssen am Standort der Online-TOC-Analysen zur Verfügung gestellt werden. Vor allem bei abseits gelegenen Einsatzorten ist dies oft mit Aufwand verbunden. Hier helfen drahtlose Kommunikationswege wie 5G, WLAN oder „LoRaWAN“. Auch die Anbindung von Analysegeräten (OT = Operational Technology) an die IT von Prozessleitsystemen benötigt Know-how und ist recht zeitaufwendig. Der Einsatz smarter Lösungen erfordert ein Umdenken in der Arbeitsweise. Agile, bereichsübergreifende Teams sind für die Implementierung von IIoT-Lösungen notwendig. Fehlende Sicherheit ist ein häufig angeführtes Argument gegen eine bidirektionale Kommunikation und die Verwendung von Cloud-Services. Die Nutzung moderner Informationsmodelle wie OPC UA mit einem vom BSI zertifizierten „Security by Design“ kann Risiken minimieren. Digitale Sicherheit ist immer nur so gut wie ihr schwächstes Glied und ist daher eine übergreifende Aufgabe für Hersteller, Anwender und Dienstleister.

Die ersten Schritte zur Industrie 4.0 sind gegangen. Doch Steuerung und Überwachung von Prozessen könnten noch weiter vereinfacht werden. Der Trend ist erkennbar – die Zukunft ist smart.

Literatur

[1] ISO/IEC 17025:2017 „Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien“
[2] FDA 21CFR part 11 - ALCOA Definition

AUTOR
Dr. Stefan Vosskötter
HORIBA Tocadero GmbH, Berlin
Tel.: 030/6392-3150
info@tocadero.com
www.horiba-tocadero.com

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