Skalierbare Analysen- und Steuerungstechnik aus einer Hand

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Analytische Leistungsmerkmale

Der Begriff Key Performance Indicator (KPI) bezeichnet generell Kennzahlen, durch die der Erfüllungsgrad bestimmter Vorgaben und Voraussetzungen ermittelt werden kann. Im Falle von Analysatoren sind das z.B. die Zeitspannen, in denen ein Analysator in korrektem Betrieb war (Time_Process, TPRO), sich in Kalibrierung, Wartung oder Validierung befand (Time_Check, TCHK) oder ausgefallen war (Time_Break, TBRK). Zur Ermittlung dieser Werte sammelt und archiviert der ASM-Server rund um die Uhr alle Status-Signale der Analysatoren. Die KPIs der in der Anlage installierten Analysatoren können dann bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit leicht verglichen werden (s. Abb. 3, links). Dadurch werden Schwachpunkte schnell ermittelt und durch Neukalibrierung, Reparatur oder Austausch gezielt behoben. Die dazu notwendigen Aktionen sowie die dazugehörigen Arbeits-Anweisungen stellt das Modul Wartung zur Verfügung.

Validierung und Kalibrierung

Das Software-Modul Validierung und Kalibrierung (s. Abb. 3, rechts) enthält Funktionen und Methoden zur Bestimmung der Messqualität der Analysatoren. Es nutzt die zielgerichtete Sammlung von Messdaten und klärt mittels deren Auswertung für jeden Analysator die folgenden Fragen:

Liefert der Analysator wiederholbare und zuverlässige Daten?
Gibt es ein systematisches Offset (Bias) in den Ergebnissen?
Muss der Analysator neu kalibriert werden?

Die Methoden zur Datenauswertung basieren auf dem Industrie-Standard ASTM D 3764 (Standard Practices for Validation of Process Stream Analyzers). Dieser beschreibt statistisch unterlegte Vorgehensweisen, z.B. Dixon-Test, F-Test, Chi-square Test u.a., mit deren Hilfe beurteilt werden kann, ob die Qualität der aktuellen Messergebnisse bestimmten Ansprüchen genügt. Dabei kann jedem Analysator-Typ eine eigene, vordefinierte Validierungsmethode zugewiesen werden:

Die Variance-Monitoring-Methode überprüft auf Drift oder auf ein ungewöhnliches Verteilungsmuster der Validierungsergebnisse.
Die Referenzproben-Methode vergleicht die aktuellen Prozessmessungen mit denen einer bekannten Referenzprobe.
Die Line-Sample-Methode vergleicht die Ergebnisse des Analysators mit den Ergebnissen eines Labors.
Zusätzlich wird eine Methode angeboten, um eine aus dem Prozess stammende Probe als eigene Referenzprobe zu definieren.

Wartung

Das Modul Wartung unterstützt den Betreiber bei der Organisation von Wartungsarbeiten und der Definition von Wartungsprozeduren mit dem Ziel, mit möglichst geringem Personal- und Kosteneinsatz eine hohe Verfügbarkeit der Anlage zu gewährleisten. Wartungsarbeiten sind vordefinierte Aufgaben, die an einem spezifischen Analysator ausgeführt und mittels des Moduls Wartung geplant, überwacht und dokumentiert werden. Wartungsprozeduren sind vom Anwender festgelegte Arbeitsanweisungen, die für die Anlage spezifisch sind und generelle Firmenkonzepte berücksichtigen. Sie bestehen aus detaillierten Dokumenten wie Wartungshandbüchern, die für den jeweiligen Arbeitsablauf notwendig sind. Wartungsprozeduren sind eine große Hilfe für die tägliche Arbeit, denn sie stellen dem Wartungspersonal alle notwendigen Dokumente in digitaler Form zentral zur Verfügung.

Berichtswesen (Reporting)

Dieses Modul unterstützt die Erstellung unterschiedlicher Berichte dazu gehören:
Übersicht aller Analysatoren inklusive Benchmark-Report;
Analysator-Validierungsreport;
Report der verwendeten Referenz-Materialien;
Report der manuell durchzuführenden Validierungen;
„Analyzer Performance Report“ mit Angaben zu Verfügbarkeit, Wiederholbarkeit und Überprüfungsintervallen;
ein Report der durchgeführten Wartungsarbeiten einschließlich der benötigten Zeit.

Fazit

Mit ASM steht ein Ethernet-basiertes Analyzer-Monitoring-System zur Verfügung, welches alle Anwenderforderungen hinsichtlich einheitlicher Bedienung und Darstellung aller Analysatoren, flexibler Anpassung an die Anlagenverhältnisse, ausfallsicheren, redundanten Betriebs und leistungsfähiger Validierungsmethoden erfüllt.

Das System überwacht alle Analysatoren, ermittelt Trends oder Ausfälle, sendet Warnsignale an den Anlagenfahrer zusammen mit Vorschlägen für Wartungsmaßnahmen. So wird die Verfügbarkeit der Anlage und die Qualitätssicherung der Produkte sichergestellt. Die Analyzer-Monitoring-Systeme sind auf die jeweilige Anlagengröße skalierbar und verwenden zur Prozesssteuerung ausschließlich Simatic-Komponenten. Zusammen mit den Prozess-Gaschromatographen und dem Analyzer-Monitoring-System kommt so alles aus einer Hand.

P. Berghäuser, T. Lenk, Siemens Industry Automation, Karlsruhe

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Prozessanalytik