Was sind die Voraussetzungen dafür, dass Anlagen der Prozesstechnik gleichzeitig flexibel, robust und möglichst weitgehend automatisiert laufen? Im Positionspapier „Sensorik für die Digitalisierung chemischer Produktionsanlagen“ haben Experten aus verschiedenen Branchen im Rahmen von ProcessNet und AMA Verband für Sensorik und Messtechnik die Anforderungen an Sensoren, Datenübertragung und –verarbeitung zusammengetragen.

Das Fazit: Für die bestehenden Herausforderungen reicht die heute vorhandene betriebliche Instrumentierung nicht aus. Sowohl hinsichtlich der erfassten Informationen als auch mit Blick auf Schnittstellen und Datenformate besteht weiterer Entwicklungsbedarf. Ziele sind die Erfassung sekundärer Prozessparameter, eine intelligente multimodale Sensordatenverarbeitung, standardisierte digitale Schnittstellen sowie Sensorintelligenz.

Die Sensorik umfasst in der Prozessindustrie mehrere Ebenen: Zum einen bezieht sie sich auf die Zustandsüberwachung der Anlagen selbst. Möglichst viele Positionen müssen mit möglichst wenig Aufwand abgedeckt werden, um multisensoriell verschiedene Parameter zu erfassen und eine vorausschauende Wartung zu ermöglichen.

Sensoren erfassen aber auch das Geschehen innerhalb der Anlage. Die Messtechnik zur Erfassung stoffbezogener Daten ist fast immer noch ausschließlich für den Laborbereich verfügbar. Das hat zur Folge, dass die Instrumente gegenüber Störungen in der Prozessumgebung anfällig sind. Zudem erschwert es die Durchlässigkeit beim Scale-up vom Labor zum Produktionsmaßstab. Die Vielzahl der Parameter, die für eine durchgängige Prozessanalysentechnik erfasst werden müssen, erfordert zudem eine Vielzahl von Messtechniken. Diese müssen aus dem Labormaßstab für industrielle Umgebungen weiterentwickelt werden.

Zudem stellen sich im Prozess neue Fragen der Integration: Sensoren müssen möglichst kompakt und robust sein, idealerweise energieautark und wartungsarm arbeiten und die Messdaten kabellos mit einheitlichen Übertragungsprotokollen übertragen. Dazu sind standardisierte Schnittstellen notwendig, die bis heute nur in Ansätzen existieren. Weitere Anforderungen wie die Interaktionsfähigkeit sowie Selbstüberwachung und –korrektur werden unter dem Stichwort „Sensorintelligenz“ zusammengefasst.

Um dem Ziel einer digitalisierten chemischen Produktion näher zu kommen, bedarf es verschiedener Initiativen: Grundlagenforschung sollte sich auf die Entwicklung neuer Messtechniken und fortschrittliche Methoden der Signal- und Datenverarbeitung konzentrieren. Angewandte Grundlagenforschung ist unter anderem bei der Gewinnung und Analyse multisensorieller und multimodaler Daten sowie in den Bereichen Softsensorik und Energy Harvesting notwendig. Daneben listen die Autoren aber auch eine ganze Reihe von konkreten Fragestellungen auf, die in vorwettbewerblichen Forschungsvorhaben zu bearbeiten wären. Das Papier ist kostenfrei verfügbar unter dechema.de/sensorik.