Holdings: Handbuch der Prozessautomatisierung

Handbuch der Prozessautomatisierung: Prozessleittechnik für verfahrenstechnische Anlagen

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Bibliographic Details
Main Authors:	Schaudel, Dieter (Author, Editor), Tauchnitz, Thomas (Author, Editor), Urbas, Leon (Author, Editor), Früh, Karl Friedrich (Author, Editor)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Essen DIV, Deutscher Industrieverlag GmbH 2018
Edition:	6. Auflage
Subjects:	Prozessleittechnik - Verfahrenstechnik Prozessleittechnik Verfahrenstechnik Online-Ressource Prozessautomation
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Item Description:	Bis 5. Auflage mit Herausgeber: Karl Friedrich Früh
Physical Description:	VIII, 1336 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm
ISBN:	9783835673519 3835673513

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT ZUR 1. AUFLAGE ................ . ...................................................................V VORWORT ZUR 6. AUFLAGE..................................................................................VII 1 SITUATION DER PROZESSAUTOMATISIERUNG ....................................... 27 1.1 MARKTSITUATION UND MARKTTRENDS.........................................................29 1.1.1 ZUSAMMENFASSUNG: MARKTENTWICKLUNG UND -TRENDS IN DER PROZESSAUTOMATISIERUNG BIS 2022.......................................................29 1.1.2 WELTMARKTENTWICKLUNG PROZESSAUTOMATISIERUNG ................................. 30 1.1.3 ENTWICKLUNG VON WELTPRODUKTION UND WELTMARKT NACH REGIONEN ..... 32 1.1.4 WELTMARKTBETRACHTUNG NACH INDUSTRIELLEN BRANCHEN .......................... 34 1.1.5 MARKTTRENDS UND -TREIBER.....................................................................35 1.1.5.1 MODULARE PRODUKTION ERFORDERT MODULARE AUTOMATION..........................35 1.1.5.2 MES - VORAUSSETZUNG FUER DAS DIGITALE BETRIEBS- UND PRODUKTIONSMA NAGEMENT............................................................................................. 37 1.1.5.3 SMARTE GLEICHSTROMNETZE IN DER PRODUKTION........................................38 1.1.5.4 56 IM INDUSTRIELLEN EINSATZ ................................................................... 39 1.1.5.5 SITUATION UND PERSPEKTIVEN VON INDUSTRIE 4.0 UND LO T .........................40 1.2 TRENDS DER PROZESSAUTOMATISIERUNG ................................ 43 1.2.1 ALLGEMEINES - AUFBRUECHE ..................................................... 43 1.2.2 DIGITALISIERUNG ....................................................................................... 44 1.2.3 INDUSTRIE 4.0......................................................................................... 44 1.2.4 NORMUNG UND STANDARDISIERUNG ........................................................... 46 1.2.5 MODULARISIERUNG................................................................................... 48 1.2.6 TRENNUNG VON FUNKTION UND HARDWARE .......................... 49 1.2.7 FUNKTECHNIK......................................................................................... 51 1.2.8 ETHERNET IN THE FIELD............................................................................. 52 1.2.9 NOA - NAMUR OPEN ARCHITECTURE....................................................... 54 1.2.10 MES - EIN NEUER, OFFENER MARKT...........................................................54 1.2.11 WERDEN AUTOMATISIERUNG UND INFORMATIK AUCH FORMAL ZUSAMMENWACHSEN?..........................................................................55 1.3 PROZESSLEITTECHNIK - BEGRIFFE UND STRUKTUREN.......................................57 1.3.1 PROZESSLEITTECHNIK - WAS IST DAS?......................................................... 57 1.3.2 EBENEN UND FUNKTIONEN ....................................................................... 58 1.3.3 MESSEN................................................................................................ 62 1.3.4 STELLEN.................................................................................................. 64 1.3.5 STEUERN................................................................................................ 64 1.3.6 REGELN................................................................................................. 66 1.3.7 UEBERWACHUNG UND DIAGNOSE...............................................................68 1.3.8 HOEHERE PROZESSLEITFUNKTIONEN..............................................................70 2 2.1 2 . 1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.4.1 2.1.4.2 2.1.4.3 2.1.4.4 2.1.4.5 2.1.4.6 2.1.4.7 2.1.4.8 2.1.4.9 2.1.5 2 . 1.6 2.1.7 2.1.7.1 2.1.7.2 2.2 2.2.1 2.2.1.1 2.2.1.2 2.2.1.3 2.2.1.4 2 . 2 . 1.5 2.2.1.6 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2 . 2 . 2.4 2.2.2.5 2.2.2.6 2.2.2.7 2.2.2.S 2.2.2.Q 2.2.3 2.2.3.1 2.2.5.2 2.2.3.3 FELDGERAETE: ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN UND KOMMUNIKATION. 73 EXPLOSIONSSCHUTZ ................................................................... BEURTEILUNG MOEGLICHER EXPLOSIONSGEFAHREN, ZONENEINTEILUNG GERAETEKATEGORIEN..................................................................... UEBERBLICK UEBER DIE ZUENDSCHUTZARTEN...................................... SICHERHEITSTECHNISCHE KENNGROESSEN UNTERE UND OBERE EXPLOSIONSGRENZE (UEG UND OEG) .............. FLAMMPUNKT................................................................................ ZUENDTEMPERATUR.......................................................................... MINDESTZUENDENERGIE .................................................................. MINDESTZUENDSTROM ..................................................................... GRENZSPALTWEITE.......................................................................... GERAETEGRUPPEN........................................................................... ZUENDTEMPERATUR EINES STAUB-LUFT-GEMISCHES.......................... GLIMMTEMPERATUR BRENNBARER STAEUBE....................................... KRITERIEN FUER DIE GERAETEAUSWAHL UND REGELN FUER DIE INSTALLATION INSTANDHALTUNG............................................................................ INTERNATIONALER EXPLOSIONSSCHUTZ (LECEX-SCHEMA) .................. NORDAMERIKANISCHER RAUM ........................................................ ERRICHTUNGSBESTIMMUNGEN ........................................................ SIGNALUEBERTRAGUNG...................................................................... KONVENTIONELLE SIGNALUEBERTRAGUNG ............................................ ALLGEMEINES................................................................................ ANALOGE STROMSIGNALE (4 - 20 MA) ............................................ BINAERE STROMSIGNALE FUER NAEHERUNGSSCHALTER (NAMUR) ............. BINAERE SPANNUNGSSIGNALE (0/24 V) ............................................. TEMPERATURSIGNALE...................................................................... SONSTIGE SIGNALE......................................................................... REMOTE-I/O................................................................................. ALLGEMEINES................................................................................ AUFBAU........................................................................................ E/A-MODULE................................................................................ REDUNDANZ UND VERHALTEN IM FEHLERFALL.................................... MONTAGE IM FELD......................................................................... EXPLOSIONSSCHUTZ ...................................................................... ENGINEERING UND PROJEKTIERUNG .................................................. INBETRIEBNAHME UND W ARTUNG ................................................... WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG .................................................. HART-PROTOKOLL........................................................................... EINFUEHRUNG.................................................................................. TECHNIK DES HART-PROTOKOLLS .................................................... HART-IP - DAS HART OVER ETHERNET ....................................... 75 75 79 80 33 86 86 87 88 88 88 88 89 89 89 94 95 97 99 100 100 100 102 105 106 106 107 107 107 109 109 111 112 112 113 114 116 116 116 117 122 2.2.3A ANWENDERERFAHRUNGEN.........................................................................123 2.2.3.S WEITERENTWICKLUNGEN...........................................................................125 2.2.4 I/O-LINK............................................................................................... 125 2.2.4.1 DIE I/O-LINK SYSTEMUEBERSICHT ........................................................... 125 2.2.4.2 DIE LO-LINK PHYSIK..............................................................................128 2.2.4.3 DIE IO-LINK DATENHALTUNG / DATASTORAGE MECHANISMUS ................. 129 2.2.4.4 DIE IO-LINK IODD...............................................................................130 2.2.4.5 DIE IO-LINK HERSTELLERERKLAERUNG ......................................................... 131 2.2.4.6 DIE IO-LINK PROFILE...............................................................................131 2.2.5 FELDBUS............................................................................................... 133 2.2.5.1 ARCHITEKTUREN......................................................................................133 2.2.5.2 NUTZEN DER FELDBUSTECHNIK ............................................................... 136 2.2.5.5 FELDBUSSE FUER DIE PROZESSAUTOMATISIERUNG.......................................142 2.2.5.4 FELDBUS-ENGINEERING..........................................................................154 2.2.6 ETHERNET FUER DIE PROZESSAUTOMATISIERUNG..........................................156 2.2.6.1 PROFINET FUER DIE PROZESSAUTOMATISIERUNG .....................................156 2.2.6.2 ETHERNET/IP FUER DIE PROZESSAUTOMATISIERUNG ....................................161 2.2.7 DRAHTLOSE UEBERTRAGUNGSTECHNIK ......................................................... 164 2.2.7.1 DRAHTLOSE SENSORNETZWERKE................................................................164 2.2.7.2 DATENUEBERTRAGUNG...............................................................................164 2.2.7.5 NETZWERKTOPOLOGIE ............................................................................165 2.2.7.4 MEDIENZUGANG....................................................................................166 2.2.7.5 NETZWERK-MANAGEMENT.......................................................................166 2.2.7.6 SICHERHEIT............................................................................................. 167 2.2.7J STROMVERSORGUNG.................................................................................168 2.2.7.8 PLANUNG UND ERRICHTUNG.......................................................................169 2.2.7.9 REGULIERUNG IN EUROPA.........................................................................169 2.2.7.10 STANDARDS...........................................................................................170 2.2.8 ENTWICKLUNGSTRENDS DER KOMMUNIKATION VON FELDGERAETEN.................170 2.3 SMARTE SENSOREN UND AKTOREN ........................................................... 176 2.3.1 SMARTE SENSOREN................................................................................176 2.3.1.1 WAS IST EIN SENSOR, WAS EIN SMART SENSOR? ....................................176 2.3.1.2 ANFORDERUNGEN AN PROZESSSENSOREN............................ ..................... 178 2.3.1.3 ANFORDERUNGEN AN SMARTE SENSOREN UND SENSORSYSTEME ................ 181 2.3.2 SMARTE AKTOREN....................................................................................182 2.3.2.1 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN AN PROZESSAKTOREN.................................182 2 3.2.2 SMARTE AKTOREN....................................................................................183 2.4 INTEGRATION INTELLIGENTER FELDGERAETE IN PLS ......................................... 183 2.4.1 EINLEITUNG............................................................................................188 2.4.2 TECHNOLOGISCHE ENTWICKLUNGSSCHRITTE VON FELDGERAETEN ................... 189 2.4.3 AUFGABEN DER FELDGERAETEINSTRUMENTIERUNG........................................192 2.4.3.1 UEBERBLICK............................................................................................. 192 2.4.3.2 BEISPIEL-ARCHITEKTUR EINES AUTOMATISIERUNGSSYSTEMS ...................... 193 2.4.3.S KOMMUNIKATIONSKONFIGURIERUNG.......................................................... 195 2.4.3.4 FELDGERAETEPARAMETRIERUNG ................................................................. 195 2.4.5.5 INTEGRATION IN DIE PNK-SOFTWARE........................................................ 197 2.4.3. G DIAGNOSE UND WARTUNG ....................................................................... 197 2.4.3.7 HMI-INTEGRATION .................................................................................. 198 2.4.4 INSTRUMENTIERUNGSTECHNOLOGIEN......................................................... 199 2.4.4.1 UEBERBLICK............................................................................................ 199 2.4.4.2 KOMMUNIKATIONSKONFIGURIERUNG UND GSD.........................................202 2.4.4.5 PARAMETRIERUNG DER FELDGERAETE-FUNKTIONEN: GERAETEBESCHREIBUNG, DDL UND EDDL.................................................................................. 204 2.4.4.4 FELDGERAETEINTEGRATION IN DIE PNK-SOFTWARE: PROXY ........................... 208 2.4.4.5 SYSTEMINTEGRATION VON FELDGERAETEN...................................................209 2.4.4. G FIELD DEVICE INTEGRATION (FDI) ............................................................221 2.4.4.7 ARCHITEKTURVERGLEICH EDD, FDT UND FDI BASIERTE INTEGRATION ........... 224 2.4.5 NAMUR OPEN ARCHITEKTUR (NOA).......................................................224 2.4.5.1 AUSGANGSPUNKT UND PROBLEMSTELLUNG ..............................................224 2.4.5.2 ZIELSETZUNG VON NAMUR OPEN ARCHITECTURE - NOA ........................ 225 2.4.5.3 DAS LOESUNGSKONZEPT......................................................................... 226 2.4.5.4 UMSETZUNGSBEISPIEL FUER PROFIBUS PA.............................................227 2.4.5.5 ANWENDUNGSFAELLE............................................................................... 228 2.4.6 FELDBUS-PROFILE.................................................................................. 228 2.4.7 MODELL FUER DAS ENGINEERING UND DIE INSTRUMENTIERUNG ..................... 232 2.4.7.1 DAS GERAETEMODELL.............................................................................. 232 2.4.7.2 BESCHREIBUNGS- UND REALISIERUNGSBEISPIEL ...................................... 240 2.4.8 ZUSAMMENFASSUNG............................................................................ 242 2.5 ENTWICKLUNGEN IM DEUTSCHEN EICHRECHT UND IN DER INTERNATIONALEN HARMONISIERUNG DES GESETZLICHEN MESSWESENS .............................. 244 2.5.1 EINFUEHRUNG......................................................................................... 244 2.5.2 EUROPAEISCHE MESSGERAETERICHTLINIE (MID) ........................................... 244 2.5.3 DAS DEUTSCHE MESS- UND EICHGESETZ (MESSEG) .............................. 246 2.5.4 DIE DEUTSCHE MESS- UND EICHVERORDNUNG (MESSEV) ........................ 247 2.5.5 DIE WICHTIGSTEN VERAENDERUNGEN DURCH MID, MESSEG UND MESSEV.248 2.5.5.1 KONFORMITAETSBEWERTUNG, MELDEPFLICHT .............................................. 248 2.5.5.2 EG-BAUMUSTERPRUEFBESCHEINIGUNGEN.................................................249 2.5.5.3 AUSNAHME VON DER EICHPFLICHT FUER GESCHLOSSENE GRUNDSTUECKNUTZUNG...........................................................................250 2.5.6 BUSSGELDER BEI VERSTOESSEN GEGEN DAS MESSEG UND DIE MESSEV ...... 250 3 PROZESSMESSTECHNIK (SENSORIK)................................................253 3.1 DRUCKMESSTECHNIK............................................................................. 255 3.1.1 ALLGEMEINES, MESSGROESSEN UND EINHEITEN ......................................... 255 3.1.2 MESSMETHODEN.................................................................................. 256 3.1.2.1 DRUCKMESSGERAETE MIT SPERRFLUESSIGKEIT...............................................256 3.1.2.2 FEDERELASTISCHE DRUCKMESSGERAETE..................................................... 256 3.1.2.3 ELEKTRISCHE MESSUMFORMER FUER DRUCK UND DIFFERENZDRUCK ................. 256 3.1.2.4 PNEUMATISCHE MESSUMFORMER FUER DRUCK UND DIFFERENZDRUCK ........... 264 3.1.2.5 DRUCKMITTLER.........................................................................................265 3.1.2.6 GRENZSIGNALGEBER FUER DRUCK................................................................ 268 3.1.3 ENTWICKLUNGSTRENDS ............................................................................ 268 3.1.3.1 ENTWICKLUNGEN BEI MEMBRANDRUCKMITTLERN.........................................268 3.1.3.2 AUFBAU UND AUSSTATTUNGSMERKMALE MODERNER MESSUMFORMER ....... 271 3.1.3.3 ANFORDERUNGEN AN DIE LEBENSDAUER VON MESSTECHNIK ...................... 278 3.1.4 NORMUNG, STANDARDISIERUNG............................................................... 279 3.1.4.1 BEGRIFFE................................................................................................279 3.1.4.2 MESSBEREICH........................................................................................279 3.1.4.3 MESSGENAUIGKEIT.................................................................................279 3.1.4.4 LANGZEITSTABILITAET VON NULLSIGNAL UND SPANNE.....................................280 3.1.4.5 TOTAL ERROR (GESAMTABWEICHUNG)........................................................280 3.1.5 KALIBRIEREN, EICHEN, JUSTIEREN............................................................. 280 3.1.6 ELEKTRONISCHE MESSBEREICHSWAHL (TURN-DOWN, TD) ........................... 281 3.1.7 SICHERHEITSASPEKTE ............................................................................ 282 3.1.8 ZU BEACHTENDE EINFLUESSE AUF DIE MESSABWEICHUNG UND DIE ZUVERLAESSIGKEIT....................................................................................283 3.1.8.1 TEMPERATUREINFLUSS ............................................................................. 284 3.1.8.2 EINFLUSS DES STATISCHEN DRUCKES.........................................................284 3.1.8.3 BETRIEBSMAESSIG BEDINGTE UEBERLASTUNGEN.............................................284 3.1.8.4 BERSTSICHERHEIT.....................................................................................285 3.1.8.5 DRUCKSCHWANKUNGEN .......................................................................... 285 3.1.8.6 KORROSION DURCH AGGRESSIVE FLUESSIGKEITEN ODER GASE ....................... 286 3.1.8.7 BEEINTRAECHTIGUNG DER MESSUNGEN DURCH MESSSTOFFE, DIE BEI UMGEBUNGSTEMPERATUREN FEST SIND...................................................286 3.1.9 AUSWAHLKRITERIEN................................................................................. 288 3.2 TEMPERATURMESSTECHNIK..................................................................... 289 3.2.1 ALLGEMEINES........................................................................................289 3.2.2 GRUNDLAGEN DER TEMPERATURMESSTECHNIK..........................................291 3.2.2.1 DIE TEMPERATURSKALA .......................................................................... 291 5.2.2.2 THERMOMETERARTEN ............................................................................. 293 3.2.3 TEMPERATUR-MESSMETHODEN IN DER VERFAHRENSTECHNIK ....................... 297 3.2.3.1 BERUEHRUNGSTHERMOMETER.................................................................... 297 5.2.3.2 THERMOMETERAUFBAU MIT MESSEINSATZ UND SCHUTZROHR .................... 309 3.2.5.3 STRAHLUNGSTHERMOMETER (PYROMETER).................................................311 3.2.4 IN DER PRAXIS ZU BEACHTENDE EINFLUESSE AUF DIE MESSUNSICHERHEIT.... 316 3.2.4.1 EINFLUESSE BEI BERUEHRUNGSTHERMOMETERN............................................316 5.2.4.2 EINFLUESSE AUF DIE MESSFEHLER BEI PYROMETERN ................................... 322 3.2.5 TEMPERATURMESSUMFORMER................................................................ 323 3.2.6 KALIBRIEREN VON THERMOMETERN.......................................................... 324 3.2.7 SELBSTKALIBRIERENDE UND SELBSTJUSTIERENDE THERMOMETER ................. 325 3.2.8 EICHFAEHIGKEIT.......................................................................................325 3.2.9 SICHERHEITSASPEKTE.............................................................................326 3.2.10 AUSWAHLKRITERIEN ................................................................................326 3.2.10.1 BERUEHRUNGSTHERMOMETER ............................ 327 3.2.10.2 STRAHLUNGSTHERMOMETER ..................................................................... 328 3.2.10.3 MESSUMFORMER FUER TEMPERATUREN......................................................328 3.3 FUELLSTANDMESSTECHNIK ........................................................................ 330 3.3.1 ALLGEMEINES........................................................................................330 3.3.2 KONTINUIERLICHE MESSVERFAHREN.......................................................... 332 3.3.2.1 UEBERSICHT............................................................................................332 5.3.2.2 STAND DER TECHNIK...............................................................................332 5.3.2.3 OERTLICHE FUELLSTANDMESSEINRICHTUNGEN................................................333 5.3.2.4 SCHWIMMERGERAETE ............................................................................. 334 3.3.2.5 VERDRAENGERGERAETE ............................................................................... 334 5.3.2.6 MESSUNG DES HYDROSTATISCHEN DRUCKS (BODENDRUCKMESSUNG) ....... 335 5.3.2.7 LAUFZEITVERFAHREN ................... 341 5.3.2.8 STOEREINFLUESSE AUF LAUFZEITMESSUNGEN................................................350 5.3.2.9 KAPAZITIVE FUELLSTANDMESSUNG............................................................352 3.3.2.10 KONDUKTIVE FUELLSTANDMESSUNG..........................................................360 3.3.2.11 RADIOMETRISCHE FUELLSTANDMESSUNG .................................................... 360 3.3.2.12 ELEKTROMECHANISCHE LOTSYSTEME......................................................365 3.3.2.13 GRAVIMETRISCHE FUELLSTANDMESSUNG....................................................365 3.3.3 GRENZSIGNALGEBER FUER FUELLSTAENDE ......................................................... 366 3.3.3.1 ALLGEMEINES.........................................................................................366 5.3.3.2 AKTUELLER STAND DER TECHNIK............................................................... 367 3.3.3.S SCHWIMMERSCHALTER.............................................................................367 5.3.3.4 GRENZSIGNALE AUS BODENDRUCKMESSUNGEN........................................369 5.3.3.5 KAPAZITIVE UND KONDUKTIVE GRENZSIGNALGEBER .................................. 369 3.3.5.6 VIBRATIONSGRENZSIGNALGEBER............................................................... 369 5.3.3.7 ULTRASCHALL GRENZSIGNALGEBER............................................................. 371 5.3.3.8 OPTOELEKTRONISCHE GRENZSIGNALGEBER UND MIKROWELLENSCHRANKEN ...372 3.3.3.9 KALTLEITERUEBERFUELLSICHERUNG................................................................. 372 3.3.4 ENTWICKLUNGSTRENDS ........................................................................... 373 3.3.5 RICHTLINIEN UND NORMEN..................................................................... 374 3.3.5.1 BEGRIFFE................................................................................................ 375 5.3.5.2 MESSBEREICHE.....................................................................................376 5.3.5.3 GENAUIGKEIT........................................................................................376 3.3.6 SICHERHEITSASPEKTE ............................................................................ 377 3.3.7 ZU BERUECKSICHTIGENDE EINFLUESSE AUF MESSUNSICHERHEIT UND ZUVERLAESSIGKEIT ............................................ 378 3.3.7.1 TEMPERATUREINFLUSS ............................................................................. 379 5.3.7.2 DRUCKEINFLUSS..................................................................................... 379 5.3.7.3 DICHTEEINFLUSS.................................................................................... 380 3.5.7.4 UEBERLASTFESTIGKEIT............................................................................... 380 3.3.7.5 EINFLUSS DURCH SCHWANKUNGEN DER MESSGROESSE ................................ 380 3.3.7.5 BEEINTRAECHTIGUNG DER MESSUNGEN DURCH MESSSTOFFE, DIE BEI UMGEBUNGSTEMPERATUR FEST SIND.......................................................381 3.3.8 AUSWAHLKRITERIEN ................................................................................. 382 3.4 DURCHFLUSS- UND MENGENMESSTECHNIK................................................ 384 3.4.1 ALLGEMEINES....................................................................................... 384 3.4.2 GRUNDLAGEN, MESSGROESSEN UND EINHEITEN .......................................... 386 3.4.3 MESSMETHODEN.................................................................................. 389 3.4.3.1 UEBERSICHT........................................................................................... 389 5.4.3.2 WIRKDRUCKVERFAHREN........................................................................... 390 5.4.3.3 DURCHFLUSSMESSUNG AUS DER KRAFT AUF ANGESTROEMTE KOERPER ............. 408 3.4.3.4 MAGNETISCH-INDUKTIVE DURCHFLUSSMESSER (MID) ................................ 413 5.4.3.5 ULTRASCHALLDURCHFLUSSMESSER (USD)...................................................425 5.4.3.6 STROEMUNGSZAEHLER............................................................................... 435 5.4.3.7 UNMITTELBARE VOLUMENDURCHFLUSSMESSER: VERDRAENGERZAEHLER ............. 446 3.4.3.S CORIOLIS-MASSEDURCHFLUSSMESSER (CMM)...........................................448 S.4.3.9 THERMISCHE MASSEDURCHFLUSSMESSER.................................................457 3.4.4 NEUE MESSMETHODEN........................................................................460 3.4.4.1 EMAT DURCHFLUSSMESSTECHNIK..........................................................460 5.4.4.2 MULTIPHASENMESSUNGEN MIT KERNSPINRESONANZ ............................. 464 3.4.5 ENTWICKLUNGSTRENDS........................................................................... 466 3.4.6 NORMUNG, STANDARDISIERUNG..............................................................470 3.4.7 KALIBRIEREINRICHTUNGEN ......................................................................480 3.4.7.1 ALLGEMEINES ZU KALIBRIEREINRICHTUNGEN ............................................... 480 3.4.7.2 KALIBRIERANLAGEN FUER FLUESSIGKEITSSTROEME ............................................ 481 3.4.7.3 KALIBRIERANLAGEN FUER GASSTROEME.........................................................483 5.4.7.4 NEUERE KALIBRIER-BZW. VERIFIKATIONSMETHODEN ................................... 485 3.4.8 SICHERHEIT........................................................................................... 485 3.4.9 ZU BEACHTENDE EINFLUESSE AUF DIE MESSUNSICHERHEIT UND ZUVERLAESSIGKEIT................................................................................... 487 3.4.9.1 UEBERSICHT........................................................................................... 487 3.4.9.2 EINFLUSS DER TEMPERATUR.....................................................................489 5.4.9.3 EINFLUSS DES STATISCHEN DRUCKS..........................................................490 3.4.9.4 PULSATIONEN........................................................................................ 490 3.4.0.5 DICHTEEINFLUSS..................................................................................... 491 5.4.9.6 KORROSION DURCH AGGRESSIVE MESSSTOFFE ........................................... 494 5.4.9.7 BEEINTRAECHTIGUNG DURCH FLUIDE, DIE BEI UMGEBUNGSTEMPERATUR FEST SIND............................................................................................. 494 3.4.10 AUSWAHLKRITERIEN................................................................................495 3.5 WAEGETECHNIK....................................................................................... 499 3.5.1 GRUNDLAGEN DER WAEGETECHNIK ............................................................ 499 3.5.1.1 PHYSIKALISCHE GROESSE MASSE ............................................................ 499 3.5.1.2 AUFGABE DER WAEGETECHNIK .................................................................. 501 3.5.2 MESSMETHODEN...................................................................................503 3.5.2.1 MECHANISCHE WAAGEN ....................................................................... 503 5.5.2.2 ELEKTROMECHANISCHE WAAGEN ............................................................ 504 5.5.2.3 HYBRIDE WAAGEN.................................................................................516 3.5.3 AUFGABEN MODERNER WAAGENELEKTRONIKEN........................................517 3.5.4 AUFBAU UND AUFSTELLUNG WAEGETECHNISCHER EINRICHTUNGEN ................. 520 3.5.4.1 KONSTRUKTIVE MASSNAHMEN FUER DEN EINBAU VON WAEGEZELLEN .............. 520 5.5.4.2 PLANUNG UND INSTALLATIONSHINWEISE FUER BEHAELTERWAAGEN ................... 526 3.5.5 WAAGENAPPLIKATIONEN ........................................................................ 531 3.5.5.1 DISKONTINUIERLICHE WAAGEN ................................................................ 531 5.5.5.2 KONTINUIERLICHE WAAGEN ..................................................................... 550 3.5.6 EICHRECHTLICHE BESTIMMUNGEN........................................................... 561 3.5.6.1 MESS- UND EICHGESETZ, MESS- UND EICHVERORDNUNG ......................... 561 3.5.6.2 KONFORMITAETSBEWERTUNG VOR DER EICHUNG...........................................564 5.5.6.3 KONFORMITAETSBEWERTUNG ODER EICHUNG NACH MODIFIKATION ................ 565 5.5.6.4 EU-RICHTLINIEN.....................................................................................566 3.5.6.5 EICHUNG VON WAAGEN ......................................................................... 567 5.5.6.6 INSTANDSETZER......................................................................................568 5.5.6.7 INSTANDHALTUNG....................................................................................569 3.5.6.S WAAGENARTEN ......................................................................................570 5.5.6.9 MESSTECHNISCHE BEGRIFFE ................................................................... 573 3.5.6.10 KENNZEICHNUNG UND STEMPELUNG...................................................... 574 3.5.6.11 GUELTIGKEITSDAUER DER EICHUNG............................................................ 575 3.5.6.12 VERSTOESSE GEGEN DAS EICHGESETZ.........................................................575 3.5.7 DAKKS-KALIBRIERUNG DURCH AKKREDITIERTES LABOR .............................. 576 3.6 PROZESSANALYSENMESSTECHNIK ............................................................ 580 3.6.1 EINLEITUNG............................................................................................580 3.6.2 DEFINITIONEN.........................................................................................582 3.6.3 DIE MESSAUFGABE................................................................................585 3.6.3.1 DAS PAT-MESSSTELLENBLATT .................................................................. 587 3.6.5.2 PROZESSDESIGN, MESSAUFGABEN UND PAT-LOESUNG ............................. 588 5.6.3.3 LOESUNG BEREITS GELOESTER UND/ODER ZU ERNEUERNDER MESSAUFGABEN.. 596 3.6.3.4 VERBESSERUNG DES PROZESSVERSTAENDNIS - BEITRAG NEUER MESSAUFGABEN....................................................................................597 3.6.4 PAT-EINSATZ UND NUTZEN .................................................................... 597 3.6.4.1 UEBERSICHT.............................................................................................597 3.6.4.2 RAT IN DER BIOTECHNOLOGIE................................................................. 601 3.6.5 MESSVERFAHREN UND GERAETETECHNIK....................................................603 3.6.5.1 EINLEITUNG............................................................................................603 3.6.5.2 OPTISCHE VERFAHREN ............................................................................ 604 3.6.5.3 TDL-GASANALYSESENSOREN..................................................................613 3.6.5.4 PARAMAGNETISCHE SAUERSTOFFSENSOREN................................................616 3.6.5.5 TOC-ANALYSATOREN.............................................................................. 617 3.6.5.6 PH-SENSOREN.......................................................................................617 3.6.5.7 GASWARNSENSORIK................................................................................ 620 3.6.6 RAT TECHNOLOGIETRENDS...................................................................... 623 3.6.6.1 MIKROMECHANISCHE SPEKTROMETER ..................................................... 623 3.6.6.2 QUANTENKASKADENLASER....................................................................... 624 3.6.6.3 DATENGETRIEBENE ANALYSEINFORMATION.................................................625 3.6.6.4 TECHNOLOGIE ROADMAP FUER PROZESSSENSOREN ..................................... 627 3.6.7 BETRIEB UND INSTANDHALTUNG VON PAT-MESSTECHNIK ........................... 628 3.6.7.1 BETREUUNG VON PROZESSANALYSENTECHNISCHEN SYSTEMEN ................... 628 3.6.7.2 INSTANDHALTUNG VON PROZESSANALYSENTECHNISCHEN SYSTEMEN ............ 630 3.6.7.3 ASPEKTE ZUR ORGANISATIONSSTRUKTUR DER PROZESSANALYSENMESS TECHNIK............................................................................................... 639 4 PROZESSSTELLTECHNIK (AKTORIK)..................................................... 645 4.1 VENTILE................................................................................................ 649 4.1.1 HUBVENTILE ................................................ 650 4.1.1.1 VENTILGEHAEUSE UND ANSCHLUESSE...........................................................652 4.1.1.2 VENTILGARNITUR....................................................................................... 653 4.1.1.3 ABDICHTUNG (INNERE UND AEUSSERE DICHTHEIT) ......................................... 656 4.1.1.4 SONDERAUSFUEHRUNGEN..........................................................................661 4.1.2 MEMBRANVENTILE................................................................................. 661 4.1.3 DREHKEGELVENTILE................................................................................. 662 4.1.3.1 DREHKEGELVENTILGEHAEUSE.....................................................................662 4.1.3.2 STELLELEMENTE VON DREHKEGELVENTILEN ................................................ 663 4.1.3.3 WELLENLAGERUNG UND -ABDICHTUNG ...................................................... 665 4.1.3.4 SONDERAUSFUEHRUNGEN..........................................................................665 4.1.4 KLAPPEN............................................................................................. 666 4.1.4.1 KLAPPENGEHAEUSE................................................................................. 668 4.1.4.2 STELLELEMENTE VON KLAPPEN.................................................................669 4.1.4.3 LAGERUNG UND ABDICHTUNG DER KLAPPENWELLE .................................... 671 4.1.4.4 SONDERAUSFUEHRUNGEN..........................................................................672 4.1.5 HAEHNE................................................................................................. 673 4.1.5.1 HAHNGEHAEUSE..................................................................................... 673 4.1.5.2 STELLELEMENTE VON KUGELHAEHNEN.........................................................674 4.1.5.3 STELLELEMENTE VON KUEKENHAEHNEN........................................................674 4.1.5.4 ABDICHTUNG DER WELLENDURCHFUEHRUNGEN ............................................. 674 4.1.5.5 SICHERHEITSBETRACHTUNGEN............................ 675 4.1.6 SCHIEBER............................................................................................. 675 4.1.6.1 SCHIEBERGEHAEUSE................................................................................676 4.1.6.2 STELLELEMENTE VON SCHIEBERN .............................................................. 676 4.1.6.3 ABDICHTUNG DER SCHIEBERSTANGE ......................................................... 677 4.1.7 AUSWAHLKRITERIEN UND ANWENDUNGSHINWEISE......................................677 4.1.7.1 KV-WERT UND STELL VERHAELTNIS.................................................................677 4.1.7.2 BERECHNUNG DES ERFORDERLICHEN KY-WERTS ........................................... 678 4.1.7.3 INHAERENTE KENNLINIEN............................................................................684 4.1.7.4 EINSATZGRENZEN.................................................................................... 685 4.1.7.5 WERKSTOFFE...........................................................................................685 4.1.7.6 LEICHTE UND SCHWERE BAUREIHEN ......................................................... 666 4.1.7.7 UMWELTVERTRAEGLICHKEIT, ARBEITE- UND BETRIEBSSICHERHEIT.....................687 4.1.7.8 GERAEUSCHENTWICKLUNG..........................................................................687 4.1.8 BERECHNUNGSVERFAHREN........................................................................690 4.2 ANTRIEBE............................................................................................... 693 4.2.1 PNEUMATISCHE MEMBRANANTRIEBE......................................................693 4.2.1.1 ALLGEMEINES UND EINFACHWIRKENDE MEMBRAN-HUBANTRIEBE ............... 693 4.2.1.2 MEMBRAN-SCHWENKANTRIEBE................................................................698 4.2.1.3 DOPPELTWIRKENDE MEMBRANANTRIEBE ................................................... 698 4.2.2 PNEUMATISCHE KOLBENANTRIEBE ........................................................... 699 4.2.2.1 EINFACHE KOLBENANTRIEBE.....................................................................699 4.2.2.2 DOPPELKOLBENANTRIEBE ....................................................................... 700 4.2.3 ELEKTRISCHE ANTRIEBE............................................................................702 4.2.4 HYDRAULISCHE ANTRIEBE ....................................................................... 705 4.2.5 STELLKRAEFTE UND STELLGESCHWINDIGKEITEN.............................................706 4.2.6 AUSWAHLKRITERIEN.................................................................................706 4.3 ANBAUGERAETE........................................................................................707 4.3.1 AUFGABEN VON ANBAUGERAETEN............................................................. 707 4.3.2 STELLUNGSREGLER....................................................................................707 4.3.2.1 PNEUMATISCHE STELLUNGSREGLER.............................................................708 4.5.2.2 ELEKTRONISCHE STELLUNGSREGLER ............................................................ 709 4.5.2.3 ANBAU DES STELLUNGSREGLERS............................................................... 714 4.3.2.4 KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIE............................................................. 715 4.3.2.5 ASSET MANAGEMENT DURCH STELLUNGSREGLER........................................716 4.3.3 STELLVENTILZUBEHOER................................................................................717 4.3.3.1 MAGNETVENTILE.....................................................................................718 4.3.5.2 GRENZSIGNALGEBER .............................................................................. 718 4.5.3.3 STELLUNGSRUECKMELDER .......................................................................... 719 4.3.3.4 ZULUFTREDUZIERSTATION .......................................................................... 719 4.3.3.5 VERBLOCKRELAIS.....................................................................................720 4.3.3.6 VOLUMENSTROMVERSTAERKER .................................................................... 720 4.5.3.7 SCHNELLENTLUEFTER...................................................................................720 4.3.4 AUTOMATISIERUNG GROSSER ANTRIEBE.......................................................720 4.3.5 KUENFTIGE ENTWICKLUNG ......................................................................... 721 4.4 WEITERE PROZESSSTELLTECHNIK ................................................................ 723 4.4.1 REGELKONZEPTE FUER FLUIDSTROEME.........................................................723 4.4.1.1 DROSSELREGELUNG...................................................................................727 4.4.1.2 BYPASSREGELUNG...................................................................................727 4.4.1.3 DREHZAHLREGELUNG.................................................................................729 4.4.1.4 VERAENDERUNG DER SCHAUFELGEOMETRIE..................................................729 4.4.2 ARBEITSMASCHINEN.............................................................................. 730 4.4.3 ANTRIEBE FUER ARBEITSMASCHINEN..........................................................733 4.4.4 VERWENDUNG VON ARBEITSMASCHINEN ZUR PROZESSREGELUNG ............... 736 5 PROZESSLEITFUNKTIONEN ................................................................ 745 5.1 ANFORDERUNGEN AN SYSTEME DER PROZESSLEITEBENE ........................... 747 5.1.1 ANFORDERUNGEN UND STAND DER BASISAUTOMATISIERUNG ...................... 747 5.1.2 SYSTEMTECHNIK................................................................................... 749 5.1.2.1 ZENTRALE UND DEZENTRALE AUTOMATISIERUNGSSYSTEME .......................... 749 5.1.2.2 ANZEIGE-ZBEDIEN-KOMPONENTE (ABK).................................................750 5.1.2.3 PROZESSNAHE KOMPONENTE (PNK).......................................................751 5.1.2.4 ANZEIGE-ZBEDIEN- UND PROZESSNAHE KOMPONENTE (ABPNK) ............. 752 5.1.3 KOMMUNIKATION MIT SENSOREN UND AKTOREN........................................753 5.1.3.1 ANSCHLUSSTECHNOLOGIEN......................................................................753 5.1.3.2 DISKUSSION VERSCHIEDENER ANSCHLUSSTECHNOLOGIEN ........................... 754 5.1.3.3 RANGIERUNG......................................................................................... 755 5.1.3.4 FUNKTIONALITAET DER FELDEBENE..............................................................756 5.1.4 PROZESSNAHE AUTOMATISIERUNGSFUNKTIONEN ....................................... 757 5.1.5 GEHOBENE METHODEN DER PROZESSAUTOMATISIERUNG .......................... 758 5.1.6 ANZEIGE- UND BEDIENFUNKTIONEN ........................................................ 759 5.1.7 REZEPTFAHRWEISE NACH NAMUR.........................................................760 5.1.8 ORCHESTRIERUNG VON AUTOMATISIERUNGSSYSTEMEN ............................... 760 5.1.8.1 SERVER UND VIRTUALISIERTE SYSTEME ...................................................... 761 5.1.8.2 SCHNITTSTELLEN......................................................................................761 5.1.9 VERFUEGBARKEIT......................................................................................762 5.1.9.1 FEHLER UND MOEGLICHE GEGENMASSNAHMEN .......................................... 762 5.1.9.2 REDUNDANZ.........................................................................................763 5.1.9.3 REKONFIGURIERUNG................................................................................765 5.1.10 ZEITVERHALTEN......................................................................................766 5.2 TECHNISCHE SYSTEME DER PROZESSLEITEBENE ....................................... 768 5.2.1 UEBERSICHT........................................................................................... 768 5.2.2 PROZESSLEITSYSTEME............................................................................768 5.2.2.1 WESENTLICHE EIGENSCHAFTEN...............................................................769 5.2.2.2 STRUKTUR DEZENTRALER PROZESSLEITSYSTEME...........................................770 5.2.2.3 PROZESSNAHE KOMPONENTE (PNK)......................................................772 5.2.2.4 SYSTEMBUS.........................................................................................773 5.2.2.5 ENGINEERING-KOMPONENTE UND ENGINEERING-WERKZEUGE .................. 774 5.2.2.6 OFFENER BETRIEBS-/WERKSBUS .............................................................. 776 5.2.2.7 UNTERSTUETZUNG VON QUALITAETSSICHERUNG, QUALIFIZIERUNG, VALIDIERUNG.. 777 5.2.2.8 HOEHERWERTIGE FUNKTIONEN .................................................................. 778 5.2.2.9 CONTROLLER PERFORMANCE MANAGEMENT...............................................782 5.2.2.10 INFORMATIONSSCHUTZ FUER AUTOMATISIERUNGSSYSTEME ........................... 782 5.2.2.11 LEBENSZYKLUS DER PLS ....................................................................... 783 5.2.2.12 DIE ZUKUNFT DES PLS...........................................................................784 5.2.2.13 ALTERNATIVEN ZUM PLS ........................................................................ 784 5.2.2.14 AUSWAHLKRITERIEN UND ANWENDUNGSHINWEISE.....................................786 5.2.3 SPEICHERPROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN (SPS)..................................791 5.2.3.1 HARDWARE UND SYSTEMSOFTWARE .......................................................... 792 5.2.5.2 HOCHVERFUEGBARE UND SICHERHEITSGERICHTETE SPS .............................. 797 5.2.3.3 PROGRAMMIERUNG.................................................................................798 5.2.3.4 TRENDS................................................................................................. 800 5.2.3.5 AUSWAHLKRITERIEN UND ANWENDUNGSHINWEISE.....................................801 5.2.4 SPS-BASIERTE PRPZESSLEITSYSTEME (SPS-SYSTEME).............................802 5.2.4.1 GRUNDSAETZLICHES ZU SPS-BASIERTEN PROZESSLEITSYSTEMEN ................. 802 5.2.4.2 MINDESTVORAUSSETZUNGEN .................................................................. 803 5.2.4.3 AUSWAHLKRITERIEN FUER SPS-SYSTEME....................................................804 5.2.4.4 SPS-SYSTEM ODER PLS? .................................................................... 807 5.2.5 KOMPAKTREGLER..................................................................................... 808 5.2.5.1 INDUSTRIEREGLER UND PROZESSREGLER ....................................................... 809 5.2.5.2 STAND DER TECHNIK BEI DEN KOMPAKTREGLERN......................................811 5.2.5.3 ENTWICKLUNGSTRENDS ........................................................................... 814 5.2.5.4 AUSWAHLKRITERIEN UND HINWEISE FUER DIE ANWENDUNG ......................... 815 5.3 INDUSTRIELLE REGELUNGEN.......................................................................819 5.3.1 HERAUSFORDERUNGEN DER PROZESSREGELUNG..........................................819 5.3.2 HIERARCHIE DER REGELUNGSFUNKTIONEN IN DER PROZESSINDUSTRIE ........... 821 5.3.3 PID-BASISREGELUNGEN ......................................................................... 823 5.3.3.1 PID-REGELALGORITHMUS ....................................................................... 823 5.3.5.2 PID-REGLEREINSTELLUNG ........................................................................ 827 5.3.4 ERWEITERTE REGELUNGSSTRUKTUREN........................................................ 831 5.3.4.1 KASKADENREGELUNG..............................................................................831 5.3.4.2 VERHAELTNISREGELUNG..............................................................................832 5.3.4.3 STOERGROESSENAUFSCHALTUNG .................................................................... 834 5.5.4.4 TOTZEITKOMPENSATION ......................................................................... 835 5.3.4.5 SPLIT-RANGE-REGELUNG ....................................................................... 837 5.3.4.6 OVERRIDE-REGELUNG ........................................................................... 837 5.3.4.7 GAIN SCHEDULING.................................................................................838 5.3.4.8 PUFFERSTANDREGELUNG .......................................................................... 838 5.3.4.9 ENTKOPPLUNG.......................................................................................840 5.4 MODULARE AUTOMATISIERUNG ................................................................. 843 5.4.1 EINLEITUNG............................................................................................. 643 5.4.2 ENGINEERING-PROZESS MODU- LARER ANLAGEN .................. 844 5.4.3 AUTOMATISIERUNG MODULARER ANLAGEN .......................... 845 5.4.4 INHALTE DES MODULE TYPE PACKAGE ......................... 846 5.4.5 AUFBAU DES MODULE TYPE PACKAGE ......................... 846 5.4.6 BEDIENBILDBESCHREIBUNG. 848 5.4.7 ZUSTANDSBASIERTE PROZESSFUEHRUNG ............. 850 5.4.8 DIAGNOSE & MAINTENANCE- INFORMATIONEN ................ 850 5.4.9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ......................... 851 5.5 AUTOMATISIERUNG VON CHARGENPROZESSEN ........ 853 5.5.1 EINLEITUNG ....................... 853 5.5.2 ANLAGENTYPEN VON CHARGENPROZESSEN ........ 854 5.5.2.1 EINORDNUNG NACH PRODUKTVARIANZ ............... 854 5.5.2.2 EINORDNUNG NACH PHYSISCHER STRUKTUR ....... 855 5.5.3 BEGRIFFE UND MODELLE ZUR STRUKTURIERUNG UND AUTOMATION .................... 856 5.5.3.1 HISTORIE UND ZIELE DER STANDARDISIERUNG ........... 856 5.5.3.2 EINORDNUNG IN DIE AUTOMATIONSEBENEN ..... 858 5.5.3.3 ANLAGENMODELL (PHYSISCHES MODELL) ....... 860 5.5.3.4 PROZESSMODELL, PROZEDURMODELL (REZEPTHIERARCHIE) .......... 862 5.5.3.5 REZEPT-TYPEN (REZEPTMODELL), REZEPTAUFBAU ................ 864 5.5.3.6 HISTORISIERUNG PRODUKTIONSDATEN / PRODUKTVERFOLGUNG ......... 866 5.5.3.7 WEITERFUEHRENDE STANDARDISIERUNGSAKTIVITAETEN .................................... 867 5.5.4 REALISIERUNG DER REZEPTFAHRWEISE..................................................... 870 5.5.4.1 ANALYSE UND ENTWURF PROZESSSTRUKTUREN.............................................870 5.5.4.2 ERWEITERTE REZEPTFUNKTIONALITAETEN ....................................................... 877 5.5.5 PROJEKTIMPLEMENTIERUNG UND BEDIENUNG...........................................661 5.5.5.1 LEITTECHNISCHE KOMPONENTEN FUER DIE REZEPTFAHRWEISE ..................... 681 5.5.5.2 ZUSTANDSMODELL...................................................................................885 5.5.5.3 NUTZUNG DER REZEPTFUNKTIONEN ........................................................... 865 5.5.6 ANWENDUNG VON FUNKTIONSSTANDARDS IN DER PROJEKTIERUNG ............... 866 5.5.6.1 MOEGLICHKEITEN FUER STANDARDS BEI DER PROJEKTIERUNG VON CHARGENPROZESSEN.............................................................................667 5.5.6.2 EFFEKTE................................................................................................. 666 5.5.7 AUSWAHL UND NUTZEN VON STANDARD-SOFTWARE ZUR REZEPTFAHRWEISE.................................................................................889 5.5.7.1 ASPEKTE DER BEWERTUNG...................................................................... 889 5.5.7.2 NUTZEN VON STANDARDSOFTWARE FUER CHARGENAUTOMATION FUER DEN DISKONTINUIERLICH ANLAGENBETRIEB....................................................... 890 5.6 MODELLBASIERTE PRAEDIKTIVE REGELUNG (MPC) UND SOFTSENSOREN .......... 694 5.6.1 MPC IN DER AUTOMATISIERUNGSHIERARCHIE............................................896 5.6.2 GRUNDPRINZIP DER PRAEDIKTIVEN REGELUNG.............................................699 5.6.3 PROJEKTABWICKLUNG UND MPC-PROGRAMMSYSTEME ............................ 907 5.6.4 AKTUELLE ENTWICKLUNGSTRENDS ............................................................. 909 5.6.5 SOFTSENSOREN......................................................................................913 5.6.6 ZUSAMMENFASSUNG.............................................................................916 5.7 UEBERWACHUNGS- UND MANAGEMENTFUNKTIONEN...................................919 5.7.1 CONTROL PERFORMANCE MONITORING (CPM)............................................919 5.7.1.1 BEWERTUNG DER REGELGUETE, BENCHMARKING.........................................924 5.7.1.2 ERKENNUNG OSZILLIERENDER REGELKREISE.................................................926 5.7.1.3 ERKENNUNG VON NICHTLINEARITAETEN........................................................927 5.7.1.4 ERKENNUNG VON AKTORPROBLEMEN - VENTILSTIKTION ................................ 929 5.7.1.5 ERKENNUNG VON ZU KONSERVATIVER BZW. ZU AGGRESSIVER REGLEREINSTELLUNG ............................................................................... 933 5.7.1.6 ANWENDUNG VON CPM-SYSTEMEN IN DER PROZESSINDUSTRIE ................ 935 5.7.2 PROZESSDIAGNOSE UND STOERUNGSFRUEHERKENNUNG ................................. 936 5.7.2.1 ENTWICKLUNG VON SYSTEMEN ZUR STOERUNGSFRUEHERKENNUNG MIT MDA-METHODEN..................................................................................939 5.7.2.2 M DA-SOFTWARE-WERKZEUGE................................................................ 943 5.8 MENSCH-PROZESS-KOMMUNIKATION..................................................... 946 5.8.1 EINLEITUNG............................................................................................946 5.8.2 AUFGABENBEZOGENE STRUKTURIERUNG....................................................947 5.8.3 INFORMATIONSKODIERUNG ...................................................................... 950 5.8.3.1 INFORMATIONSDARSTELLUNG ..................................................................... 950 5.6.3.2 VERTEILUNG.............................................................................................951 5.8.3.3 FUELLGRAD.............................................................................................. 951 5.8.3.4 KODIERUNG.......................................................................................... 952 5.8.3.5 AUFFAELLIGKEIT........................................................................................ 952 5.8.3.6 KONSISTENZ......................................................................................... 952 5.8.4 GESTALTUNG VON BEDIENBILDERN...........................................................952 5.8.4.1 GRUNDSTRUKTUR......................................................................................952 5.8.4.2 BEDIENFLIESSBILD.....................................................................................953 5.8.4.5 VERLAUFSANZEIGEN............................................................................... 956 5.8.4.4 KURVENBILD......................................................................................... 958 5.8.5 FACEPLATES......................................................................................... 959 5.8.6 GESTALTUNG VON MELDUNGEN...............................................................959 5.8.6.1 KONFIGURATION VON MELDUNGEN ....... .................................................... 960 5.5.6.2 ALARMMANAGEMENT............................................................................961 5.8.7 GESTALTUNG VON LEITWARTEN................................................................963 5.8.8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK......................................................963 6 HOEHERE EBENEN: INFORMATIONSVERBUND UND MES ..................... 967 6.1 EBENENMODELL DES INFORMATIONSVERBUNDS ...................................... 969 6.1.1 FUNKTIONSHIERARCHIE DES INFORMATIONSVERBUNDS ................................. 969 6.1.2 INTEGRATIONSKONZEPTE IM INFORMATIONSVERBUND ................................. 972 6.1.2.1 INTEGRATION ENTLANG VON GESCHAEFTSPROZESSEN.....................................972 6.1.2.2 DIE QUALITAET ALS INTEGRIERENDER FAKTOR.................................................975 6.1.3 ZUSAMMENFASSUNG............................................................................. 976 6.2 MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES) ........................................ 977 6.2.1 PRODUKTIONSTYPEN IN DER PROZESSINDUSTRIE ........................................ 977 6.2.2 MOTIVATION FUER DIE ENTWICKLUNG VON MES .......................................... 978 6.2.3 DEFINITION VON MES UND LITERATURUEBERBLICK ...................................... 981 6.2.4 MES-FUNKTIONSUMFANG......................................................................982 6.2.5 BETRIEBLICHE KENNZAHLEN....................................................................986 6.2.6 TYPISCHE ARBEITSPROZESSE UND SYSTEMTECHNISCHE AUSPRAEGUNGEN... 987 6.2.6.1 TYPISCHE ARBEITSPROZESSE DER BETRIEBSFUEHRUNG ................................ 987 6.2.7 TYPISCHE MES-SYSTEMKONSTELLATIONEN ............................................. 993 6.2.8 TYPISCHE ZUORDNUNG VON MES-FUNKTIONEN AUF IT-SYSTEME ............. 996 6.2.9 PLANUNG UND PROJEKTABWICKLUNG VON MES-PROJEKTEN ....................... 999 6.3 DIGITALE TRANSFORMATION IN DER PROZESSINDUSTRIE ............................. 1003 6.3.1 VERFAHRENSTECHNISCHE ANLAGEN ALS CYBER-PHYSISCHE PRODUKTIONSSYSTEME........................................................................1003 6.3.2 HERAUSFORDERUNGEN.........................................................................1004 6.3.2.1 OFFENE SCHNITTSTELLEN........................................................................1006 6.5.2.2 OFFENE ARCHITEKTUREN........................................................................1007 6.3.2.S ENGINEERINGMETHODEN FUER OFFENE SYSTEME.......................................1008 6.3.3 LOESUNGSANSAETZE DER PROZESSINDUSTRIE ............................................ 1009 6.3.3.1 OFFENE SCHNITTSTELLEN........................................................................1009 G.3.3.2 OFFENE ARCHITEKTUREN..........................................................................1010 6.3.4 ANWENDUNGSBEREICHE.......................................................................1013 6.3.4.1 FLEXIBILITAET DURCH MODULARISIERUNG ................................................... 1013 G.3.4.2 QUALITAETSMANAGEMENT DURCH BIG DATA ............................................. 1013 G.3.4.3 NEUE FORMEN DER MENSCH-TECHNIK-KOOPERATION ............................. 1014 6.3.5 AUSBLICK............................................................................................ 1015 6.4 LOGISTIK UND PROZESSAUTOMATION ..................................................... 1020 6.4.1 LOGISTIKBEGRIFF UND -BEREICHE ........................................................... 1021 6.4.2 PRODUKTIONSNAHE LOGISTIK UND LOGISTISCHE PRODUKTIONSEINHEITEN... 1023 6.4.3 INTEGRATION LOGISTISCHER PRODUKTIONSEINHEITEN ...............................1024 6.4.3.1 STEUERUNGSPYRAMIDE........................................................................1025 G.4.3.2 SCHWACHSTELLEN UND HERAUSFORDERUNGEN ......................................... 1027 6.4.4 NEUE AUTOMATISIERUNGSANSAETZE FUER DIE LOGISTIK..............................1029 6.4.4.1 VERWALTUNGSSCHALE UND DIGITALER ZWILLING........................................1029 G.4.4.2 SMART FACTORY............................................ 1031 G.4.4.3 INDUSTRIE 4.0-FAEHIGE FOERDERTECHNIK ................................................... 1033 6.4.5 LOESUNGSANSAETZE FUER DIE PRODUKTIONSNAHE LOGISTIK DER PROZESSINDUSTRIE...............................................................................1034 6.4.5.1 NAMUR OPEN ARCHITECTURE..................................................................1034 G.4.5.2 NAMUR MODUL-TYPE-PACKAGE............................................................1035 6.4.6 FAZIT.................................................................................................. 1037 6.5 IT-SECURITY IN DER (PROZESS-)AUTOMATISIERUNG..................................1040 6.5.1 EINLEITUNG.......................................................................................... 1040 6.5.2 BESONDERHEITEN DER VERNETZTEN PRODUKTION IN INDUSTRIE 4.0 ....... 1041 6.5.2.1 AUFTRAGSGESTEUERTE PRODUKTION IN WERTSCHOEPFUNGSNETZWERKEN ..... 1042 G.5.2.2 VERNETZUNG VON MASCHINEN UND ANLAGEN.........................................1043 6.5.3 ORGANISATION, PROZESSE UND ZUSTAENDIGKEITEN..................................1044 6.5.3.1 MANAGEMENTSYSTEM FUER INFORMATIONSSICHERHEIT (ISMS)....................1044 G.5.3.2 SICHERHEITSPROZESS............................................................................1045 G.5.3.3 ROLLEN UND ZUSTAENDIGKEITEN...............................................................1046 G.5.3.4 KOMPETENZEN.................................................................................... 1048 6.5.4 RISIKO-MANAGEMENT ................................................. ...................... 1049 6.5.4.1 ZU SCHUETZENDE UNTERNEHMENSWERTE (ASSETS) ALS BASIS FUER DIE RISIKOBETRACHTUNG ..........................................................................1049 G.5.4.2 DATEN(-FLUSS)-ANALYSE UND DATENKLASSIFIKATION.................................1051 G.5.4.3 RISIKOANALYSE IN DER PRODUKTION ....................................................... 1052 G.5.4.4 NOTFALLMANAGEMENT UND WIEDERHERSTELLUNG ..................................... 1054 6.5.5 SEGMENTIERUNG VON GERAETEN, ANLAGEN UND NETZEN.........................1054 6.5.5.1 TRENNUNG VON OFFICE UND PRODUKTION...............................................1055 G.5.5.2 TRENNUNG VON ANLAGEN-SUBNETZEN................................................... 1055 G.5.5.3 ZONENUEBERGAENGE...............................................................................1055 G.5.5.4 FUNKTECHNOLOGIEN ...... 1056 G.5.5.5 FERNZUGRIFFE ................ 1056 G.5.5.6 [NICHT RELEVANT] ........... 1057 G.5.5.7 KRYPTOGRAPHIE ............ 1057 G.5.5.8 [NICHT RELEVANT] ........... 1057 G.5.5.9 KONTROLLE DER NETZKOMMUNIKATION.. 1057 6.5.6 SICHERES IDENTITAETS- MANAGEMENT ............ 1058 6.5.6.1 BENUTZERKONTEN IN BETRIEBSSYSTEM UND APPLIKATION ................ 1058 G.5.6.2 [NICHT RELEVANT] ........... 1059 G.5.6.3 [NICHT RELEVANT] ........... 1059 G.5.6.4 IDENTIFIKATION, (STARKE) AUTHENTISIERUNG UND AUTORISIERUNG ............ 1059 G.5.6.5 MASCHINE-ZU- MASCHINE-KOMMUNI- KATION ........................ 1059 G.5.6.6 [NICHT RELEVANT] ........... 1059 G.5.6.7 [NICHT RELEVANT] ........... 1059 G.5.6.8 VERZEICHNISDIENSTE FUER DIE VERWALTUNG VON IDENTITAETEN .......... 1059 6.5.7 SICHERHEIT VON SOFTWARE IN DER PRODUKTION ........ . ...... 1060 6.5.7.1 SOFTWARESICHERHEIT.... 1060 G.5.7.2 SOFTWARE-PFLEGE UND -WARTUNG ................... 1061 G.5.7.3 SOFTWARE-GOVER- NANCE ........................ 1061 G.5.7.4 WHITELISTING UND SYSTEMHAERTUNG ......... 1063 6.5.8 [NICHT RELEVANT] .......... 1063 6.5.9 STANDARDS, DOKUMENTE UND ORGANISATIONEN ......... 1063 6.5.9.1 [NICHT RELEVANT] ........... 1063 G.5.9.2 STANDARDS UND RICHTLINIEN ................. 1063 6.5.10 UEBERSICHT DER BSI-STANDARDS ZUR INFORMATIONSSICHERHEIT ................ 1065 7 PLANEN, ERRICHTEN UND BETREIBEN AUTOMATISIERUNGS TECHNISCHER EINRICHTUNGEN ...................................................... 1069 7.1 ENGINEERING....................................................................................... 1071 7.1.1 EINLEITUNG.......................................................................................... 1071 7.1.2 AUFGABEN DER PLT-PLANUNG .............................................................. 1074 7.1.3 PLT-PLANUNGSUMFANG EINER TYPISCHEN PROZESSTECHNISCHEN ANLAGE MITTLERER GROESSE ..................................................................... 1075 7.1.4 PLANUNGSPHASEN...............................................................................1076 7.1.4.1 PRE-FEED........................................................................................... 1076 7.1.4.2 FEED (FRONT-END ENGINEERING DESIGN)..............................................1076 7.1.4.3 DETAILPLANUNG (DP)............................................................................1077 7.1.4.4 ZEITSTRAHL DER PLANUNGSPHASEN ......................................................... 1078 7.1.5 WICHTIGE DOKUMENTE FUER DIE PLT-PLANUNG.......................................1078 7.1.5.1 PLT-STELLENVERZEICHNIS......................................................................1078 7.1.6 WEITERE PLANUNGSSCHWERPUNKTE ...................................................... 1084 7.1.7 WERKZEUGE DES ENGINEERING ............................................................ 1087 7.1.8 AUTOMATISIERUNGSKONZEPTE ............................................................. 1090 7.1.9 VISUALISIERUNGSKONZEPTE................................................................... 1091 7.1.10 AUTOMATISIERUNGSSYSTEME ............................................................... 1093 7.1.11 PLT-DETAILENGINEERING........................................................................1098 7.1.12 2 D -3 D PLANUNG...............................................................................1098 7.1.13 DER DIGITALE ZWILLING DER ANLAGE ....................................................... 1098 7.1.14 ZUSAMMENFASSUNG...........................................................................1102 7.2 MERKMALLEISTEN-TECHNIK....................................................................1102 7.2.1 EINFUEHRUNG........................................................................................1102 7.2.2 STANDARDISIERTE SCHNITTSTELLE ZUR DATENUEBERTRAGUNG ...................... 1103 7.2.2.1 MERKMALE UND MERKMALLEISTEN ......................................................... 1104 7.2.22 UEBERTRAGUNG DER STRUKTUR- UND DER TRANSAKTIONSDATEN ................... 1109 7.2.3 WORKFLOW DES DATENAUSTAUSCHES.................................................... 1110 7.2.4 EXISTIERENDE SCHNITTSTELLEN UND WERKZEUGE....................................1112 7.2.5 ZUSAMMENFASSUNG...........................................................................1114 7.3 FUNKTIONALE SICHERHEIT......................................................................1117 7.3.1 EINLEITUNG.......................................................................................... 1117 7.3.2 LEBENSZYKLUSMODELL.........................................................................1120 7.3.3 MANAGEMENT DER FUNKTIONALEN SICHERHEIT........................................1120 7.3.4 RISIKO UND SICHERHEITSBETRACHTUNG ................................................. 1122 7.3.5 ANFORDERUNGEN AN PLT-SICHERHEITSFUNKTIONEN.................................1124 7.3.6 ABGRENZUNG VON PLT-SICHERHEITSEINRICHTUNGEN ZU ANDEREN PLT-EINRICHTUNGEN.............................................................................1126 7.3.7 REALISIERUNG VON PLT-SICHERHEITSEINRICHTUNGEN..............................1128 7.3.8 GERAETE FUER PLT-SICHERHEITSEINRICHTUNGEN.........................................1131 7.3.9 REALISIERUNG VON PLT-SICHERHEITSFUNKTIONEN IM BETRIEBLICHEN PROZESSLEITSYSTEM.............................................................................1138 7.3.10 SICHERHEITSVALIDIERUNG, BETRIEB UND INSTANDHALTUNG VON PLT-SICHERHEITSEINRICHTUNGEN .......................................................... 1139 7.3.11 AENDERUNGEN AN PLT-SICHERHEITSEINRICHTUNGEN................................1142 7.3.12 SECURITY FUER PLT-SICHERHEITSEINRICHTUNGEN.......................................1142 7.4 MONTAGE .......................... 1147 7.4.1 ALLGEMEINES ZUR ELEKTROMONTAGE ..................................................... 1147 7.4.2 BAUSTELLENEINRICHTUNG.......................................................................1151 7.4.3 DOKUMENTE / DOKUMENTATION .......................................................... 1151 7.4.4 MONTAGE-VERGABEARTEN.....................................................................1157 7.4.5 POTENZIALAUSGLEICH............................................................................1160 7.4.6 SCHALTRAUM....................................................................................... 1163 7.4.7 KABELSCHOTT...................................................................................... 1165 7.4.8 VERLEGEARTEN NACH MBO (MUSTERBAUORDNUNG).................................1170 7.4.9 KABELTRAEGERSYSTEME.........................................................................1170 7.4.10 SCHUTZROHRE / ELEKTROINSTALLATIONSROHRSYSTEM..................................1173 7.4.11 KLEMMKAESTEN / VERTEILERANLAGEN ....................................................... 1175 7.4.12 REINRAEUME........................................................................................1176 7.4.13 LUFTVERTEILER.......................................................................................1176 7.4.14 PRUEFUNG NACH DER MONTAGE .............................................................. 1179 7.4.15 MONTAGE DER FELDBUSSE...................................................................1180 7.5 TRAININGSSIMULATOREN (OTS) ............................................................... 1186 7.5.1 EINLEITUNG.......................................................................................... 1186 7.5.2 AUFBAU EINES TRAININGSSIMULATORS.................................................... 1188 7.5.3 NUTZEN UND AUFWAND........................................................................1192 7.5.3.1 NUTZEN.............................................................................................. 1192 7.5.5.2 AUFWAND........................................................................................... 1194 7.5.4 PLANUNG UND DURCHFUEHRUNG VON OTS-PROJEKTEN..............................1195 7.5.5 LEBENSZYKLUS UND WARTUNG DES TRAININGSSIMULATORS ..................... 1197 7.5.6 ZUKUENFTIGE TRENDS IM BEREICH DER TRAININGSSIMULATOREN ................. 1198 7.6 INBETRIEBNAHME................................................................................1200 7.6.1 EINLEITUNG.......................................................................................... 1200 7.6.2 FUNKTIONSPRUEFUNG.............................................................................1201 7.6.2.1 FUNKTIONSPRUEFUNG DES PROZESSLEITSYSTEMS ...................................... 1201 7.6.2.2 HARDWARE (LOOP-CHECKS, STELLENPRUEFUNG).......................................1201 7.6.3 HERSTELLEN DER BETRIEBSBEREITSCHAFT................................................. 1202 7.6.3.1 MONTAGEKONTROLLE..............................................................................1202 7.6.5.2 REINIGEN DER ANLAGE.........................................................................1203 7.6.4 INBETRIEBNAHME DER ANLAGE ............................................................. 1204 7.6.5 WEITERE AUFGABEN.............................................................................1205 7.6.5.1 AUSBILDUNG DES PERSONALS ................................................................ 1205 7.6.5.2 REVISION DER DOKUMENTATION ........................................................... 1206 7.6.5.3 UEBERGABE DER DOKUMENTATION ......................................................... 1206 7.6.6 VIRTUELLE INBETRIEBNAHME................................................................... 1206 7.7 GANZHEITLICHE INSTANDHALTUNG - STRUKTUREN UND STRATEGIEN ............. 1210 7.7.1 EINFUEHRUNG........................................................................................1210 7.7.2 BEGRIFF UND DEFINITIONEN ................................................................... 1212 7.7.3 ZIELE.................................................................................................. 1220 7.7.4 STRATEGIEN UND KONZEPTE ................................................................. 1222 7.7.4.1 STRATEGIEN.........................................................................................1222 1.1 A.2 KONZEPTE...........................................................................................1226 7.7.5 STRUKTUREN.........................................................................................1231 7.7.6 IT-SYSTEME FUER DIE INSTANDHALTUNG................................................... 1238 7.7.6.1 BAUSTEINE VON IPS-SYSTEMEN .......................................................... 1239 7.7.6.2 WEITERENTWICKLUNGSTRENDS DER IT-GESTUETZTEN INSTANDHALTUNG ......... 1243 7.7.7 ZUSAMMENFASSUNG...........................................................................1245 7.8 PLANT ASSET MANAGEMENT ................................................................. 1247 7.8.1 EINFUEHRUNG........................................................................................1247 7.8.2 AUFGABEN UND ZIELE VON PAM .......................................................... 1248 7.8.3 KERNFUNKTIONEN VON PAM ................................................................. 1249 7.8.4 ANFORDERUNGEN AN PAM-SYSTEME UND -KOMPONENTEN.....................1250 7.8.5 REALISIERUNG VON PAM-MODELLEN ..................................................... 1252 7.8.6 WIRTSCHAFTLICHKEIT VON PAM-ANWENDUNGEN.....................................1254 ANHANGA 1 DIE VDI/VDE-GESELLSCHAFT MESS- UND AUTOMATISIERUNGSTECHNIK (GMA) ............................................ 1259 1.1 AUFGABEN DER GMA........................................................................... 1259 1.2 MITGLIEDSCHAFT IN DER GMA ................................................................ 1261 1.3 STRUKTUR DER GMA............................................................................. 1261 1.4 INFORMATIONEN AUS DER ARBEIT DER GMA............................................1262 1.5 VDI/VDE-RICHTLINIEN..........................................................................1262 1.6 EHRUNGEN UND PREISE........................................................................ 1263 1.7 NATIONALE UND INTERNATIONALE KOOPERATIONEN..................................1263 1.8 GESCHAEFTSSTELLE.................................................................................1263 2 NAMUR - INTERESSENGEMEINSCHAFT AUTOMATISIERUNGSTECHNIK DER PROZESSINDUSTRIE ................... 1264 2.1 DER VERBAND......................................................................................1264 2.2 VISION/MISSION..................................................................................1265 2.3 MITGLIEDSCHAFT...................................................................................1266 2.4 TAETIGKEITEN........................................................................................1266 2.5 NAMUR-EMPFEHLUNGEN UND -ARBEITSBLAETTER....................................1267 2.6 ARBEITSFELDER DER NAMUR ................................................................ 1267 2.6.1 ARBEITSFELD 1 PLANUNG UND ERRICHTUNG..............................................1267 2.6.2 ARBEITSFELD 2 PROZESS- UND BETRIEBSFUEHRUNGSSYSTEME ................... 1268 2.6.3 ARBEITSFELD 3 FELDGERAETE.................................................................. 1268 2.6.4 ARBEITSFELD 4 BETRIEB UND INSTANDHALTUNG........................................1268 2.7 WICHTIGE PARTNER .............................................................................. 1269 3 ZVEI............................................................................................1270 3.1 UEBERBLICK......................................................................................... 1270 3.2 AUFGABEN ........................................................................................ 1270 3.3 ORGANISATION ................................................................................... 1271 3.4 FACHVERBAND AUTOMATION...............................................................1271 3.4.1 TECHNISCHE A RB E IT........................................................................... 1272 3.4.2 FB MESSTECHNIK UND PROZESSAUTOMATISIERUNG ............................... 1272 3.4.2.1 ORGANISATION .....................................................................................1273 3.4.2.2 ARBEITSSCHWERPUNKTE DES FACHBEREICHS MESSTECHNIK UND PROZESSAUTOMATISIERUNG................................................................. 1273 4 INTERESSENGEMEINSCHAFT REGELWERKE TECHNIK (IGR) E. V.... 1274 4.1 WANDEL IN CHEMIE- UND PHARMAUNTERNEHMEN .............................. 1274 4.2 WAHRNEHMUNG DER BETREIBERVERANTWORTUNG...................................1275 4.3 STRUKTUR DER INTERESSENGEMEINSCHAFT REGELWERKE TECHNIK ........... 1275 4.4 EIN RESUEMEE AUS HEUTIGER S ICHT........................................... ......... 1277 5 DKE DEUTSCHE KOMMISSION ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK UND INFORMATIONSTECHNIK IN DIN UND VDE E. V... 1277 5.1 ARBEITSWEISE.................................................................................... 1277 5.2 ZIELE DER DKE................................................................................... 1278 5.3 ORGANISATION.................................................................................... 1278 5.4 AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IN DER DKE...............................................1279 6 AMA VERBAND FUER SENSORIK UND MESSTECHNIK.......................1282 6.1 DIGITALISIERUNG UND VERNETZUNG ALS CHANCE.....................................1282 6.2 MISSION: HERSTELLER, ANWENDERINDUSTRIE UND WISSENSCHAFT VERBINDEN.........................................................................................1283 7 PLATTFORM INDUSTRIE 4.0 .......................................................... 1284 ANHANG B AUTOREN .....................................................................................................1287 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS.............................................................................. 1299 STICHWORTVERZEICHNIS.................................................................................. 1319
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