Smart sensoren zijn druk bezig om de wereld te veroveren in zowel de maak- als de procesindustrie.

De voordelen zitten in sneller ingrijpen bij afwijkingen in het proces en in voorspelbaar onderhoud, kortom minder afkeur en uitval. Products4Engineers sprak met Aldert Schollaardt, marketing manager van Endress+Hauser Nederland in Naarden.

Soms zegt men dat een sensor een smart sensor is zodra hij kan communiceren. Met sensoren met een 4-20 mA- en/of een relaisuitgang kun je niet communiceren. Pas met HART en vergelijkbare protocollen ontstond er een vorm van communicatie. Een sensor wordt pas 'smart' als hij zelf bepaalde diagnostische informatie kan weergeven en communiceren. Dat wil niet zeggen dat een smart sensor veel duurder is dan een 'gewone' sensor. Schollaardt: "Ik denk dat het bouwen van een smart instrument tegenwoordig goedkoper is dan van een analoog instrument. De R&D en kosten zitten nu vooral in de digitalisering van de proceswereld."

Foto: Een Deltabar verschildrukmeting met onder andere detectie van verstopte impulsleidingen.

Meer dan alleen meten

Smart sensoren worden vaak geassocieerd met predictief onderhoud, maar instrumenten zijn zo goed geworden dat ze nog maar weinig onderhoud vragen. Ze bieden vooral meerwaarde aan de proceskant. "In de voedingsmiddelen- en drankenindustrie is momenteel sprake van een doorbraak. Gebruikers kunnen nu zien of ze nog binnen de specificaties produceren. Mayonaise en ketchup bijvoorbeeld moet je met een constante consistentie produceren. Als je alleen flow, druk en temperatuur meet, doe je waarschijnlijk te weinig. Daar zijn oplossingen voor. De huidige generatie Coriolis massaflowmeters bijvoorbeeld kan vertellen dát en ook hoevéél lucht er in zit. Dat is een grote meerwaarde voor de gebruiker, want die kan zijn proces nog bijsturen terwijl hij produceert. Als je pas achteraf in het laboratorium gaat meten of een batch aan de specificaties voldoet, ben je te laat."

In principe is iedere sensor smart te maken. De vraag is alleen hoeveel informatie je uit een sensor kunt en wilt halen. "Uit een Coriolismeter kun je veel informatie halen: dichtheid, massaflow, hoeveelheid lucht, aangroei en corrosie in de meetbuis, temperatuur en viscositeit, allemaal uit één instrument. Met de huidige elektromagnetische flowmeters kun je ook geleidbaarheid meten. Deze parameter is gevoelig voor temperatuur, dus die wil je ook meteen meten. Verder kan je in veel gevallen nog de aangroei meten. In een Pt100 temperatuursensor daarentegen zit veel minder informatie. We kunnen daar nu wel corrosie meten van de aansluitkabels."

Afbeelding: De Namur Open Architecture (NOA) met een koppeling naar Netilion.

Architectuur

De NAMUR heeft een uitbreiding op de klassieke automatiseringspiramide ontwikkeld, de NAMUR Open Architecture (NOA). Procesinformatie gaat verticaal naar een PLC, procesregelaar of DCS, en diagnose-informatie horizontaal naar bijvoorbeeld een onderhoudssysteem. "In principe komen er dus twee signalen uit een sensor. Je kunt het processignaal bijvoorbeeld met 4-20 mA naar de regelaar communiceren en de diagnose-informatie draadloos naar je onderhoudssysteem. Als je instrument communiceert met een op ethernet gebaseerd systeem, komt er zelfs maar één signaal uit. Zowel het DCS als het onderhoudssysteem kan zijn informatie dan vanaf het netwerk halen. Ik zie PLC, PID-regelaar en DCS voor de feitelijke regeling voorlopig nog niet verdwijnen."

Tegenwoordig kan een smart instrument niet alleen een foutmelding in leesbare tekst geven, maar ook een oorzaak en de oplossing. Verliezen operators en onderhoudstechnici dan niet hun kennis van het proces? Als een instrument elke keer dezelfde storing geeft, is er immers meer aan de hand. "Het probleem is dat sommige meldingen niet eenduidig zijn. Een aantal oorzaken kan tot eenzelfde soort probleem leiden. In 90 procent van de gevallen zal het diagnosesysteem het bij het rechte eind hebben, soms komt er een mens aan te pas. Endress+Hauser heeft een grote onderhoudsgroep die daarbij kan assisteren, zowel ter plaatse als op afstand."

Foto: De Promass I500 Coriolis-meter meet massaflow, volumeflow, dichtheid, viscositeit, corrosie erosie, temperatuur, vervuiling en luchtinslag. 

Business case

Hoe bepaal je bij smart sensors een business case en de terugverdientijd? Schollaardt: "Een batch die buiten de specificaties valt, kost veel geld. Als een smart instrument al tijdens het proces aangeeft dat het product uit zijn specificaties gaat lopen, kan de gebruiker ingrijpen. Dan is de terugverdientijd één foute batch.

Als je een heel proces wilt optuigen en alle instrumenten wilt bewaken, wordt het lastiger. Met Netilion bieden wij een cloudbased-oplossing die alle diagnosedata van alle instrumenten automatisch naar de cloud communiceert en daar berekeningen op loslaat. Met Heartbeat Verification kunnen we alle instrumenten een verificatie geven voor een batch start. Daarmee weet de gebruiker voor meer dan 95 procent zeker dat zijn instrument binnen zijn toleranties werkt voordat hij de batch begint. Als je daarmee één batch wint, heb je de investering terugverdiend."

Endress+Hauser is ook bezig met technieken als digital twins, kunstmatige intelligentie (AI), machine learning. Maar Schollaardt ziet die technieken nog niet in de instrumenten zelf verschijnen. "Er zitten ook risico's in. Als je een instrument via AI zichzelf laat corrigeren, kan hij bij veranderende procesomstandigheden juist het verkeerde doen. Dat wil je te allen tijde voorkomen. Een afwijking aan een instrument heeft een oorzaak en die neem je met een zelfcorrectie niet weg."

Hij vervolgt: "In de cloud zullen we wel kunstmatige intelligentie en machine learning gaan toepassen. Dan gaan we correlaties leggen tussen verschillende waarden, bijvoorbeeld tussen drukken, temperaturen, massaflows, etc. De digitalisering gaat steeds harder, die komt nu echt in een stroomversnelling. Er zit nu ook tweedraads ethernet aan te komen: APL. Daarmee kunnen we van 4-20 mA HART af en met één protocol met 100 MB gaan communiceren met alle instrumenten. Dat zal de digitaliseringsslag en ook smart sensoren nog een extra push geven."

Tekst: Ad Spijkers

Foto's: Endress+Hauser