Labor- vs. Prozessanalyse: Eine Entscheidungshilfe
29.01.2024
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Jeden Tag stehen Mitarbeiter großer und kleiner Industrieanlagen vor unzähligen schwierigen Fragen und müssen kritische Entscheidungen treffen. Eine dieser Fragen ist, ob Analysengeräte zur Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle online/inline (direkt im Prozess) oder offline (z. B. in einer Laboreinrichtung) eingesetzt werden sollen. Da Wissen Macht bedeutet, ist es für Unternehmen von übergeordneter Bedeutung, über alle Prozesse rund-um-die-Uhr informiert zu sein. Besonders bei industriellen Prozessen gibt es individuelle Feinheiten, die massgeschneiderte analytische Lösungen benötigen - und genau die bietet Metrohm. In diesem Blog-Artikel werden die wichtigsten Faktoren erörtert, die Betriebsleiter berücksichtigen sollten, bevor sie sich für die Einführung eines Prozessanalysators oder dem Einsatz eines Laborgerätes entscheiden.
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Rückverfolgbarkeit und Kommunikation von Daten
Betriebsleiter und Betreiber müssen jederzeit über ihre Prozesse auf dem Laufenden sein. Dabei kann es eine ziemliche Herausforderung sein, mehrere verschiedene Messverfahren in einer Produktionsanlage zu handhaben oder kumulative Trends von Daten aus mehreren Quellen zu analysieren.
Umgang mit Daten aus Prozessanalysatoren
Prozessanalysatoren können Analysendaten intelligent speichern, auswerten und nutzen. Auf Grundlage definierter Prozessanforderungen können im Anschluss sofortige Maßnahmen ergriffen werden. Durch die direkte Rückmeldung der Ergebnisse an das Leitsystem/SPS/SCADA können Metrohm-Prozessanalysatoren zur Steuerung und Optimierung eines Prozesses für verschiedene Zwecke (z.B. richtige Dosierung von Chemikalien) eingesetzt werden. Die voll integrierte IMPACT-Software ist für die Datenerfassung zuständig. Bei Bedarf löst sie Warnsignale und Alarme aus, so dass sofort Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können.
Umgang mit Daten aus Laborgeräten
Die Übermittlung der aktuellen Daten an die Leitwarte der Anlage ist bei der Verwendung von Laborgeräten nicht so einfach. Um dies zu erreichen, müsste die Einrichtung in mehrere Software-Integrationsplattformen investieren. Dies führt nicht nur zu zusätzlichen Kosten, sondern kann auch eine schwierige Aufgabe sein, alle erforderlichen Anforderungen zu erfüllen und die Zustimmung aller Beteiligten zu erhalten.
Wenn es sich um einen relativ einfachen und stabilen Prozess mit geringen Schwankungen handelt, ist eine weitmaschige Analyse ausreichend. Die Ergebnisse werden in der Regel zur Überwachung von Trends verwendet werden und es ist nicht unbedingt erforderlich die Daten direkt an die Leitwarte zu senden. In diesem Fall könnte ein Laborgerät die richtige Wahl sein. Es bietet die gleiche Messgenauigkeit wie ein Prozessanalysator, hat aber den Vorteil, dass die Analyse von weniger kritischen Parametern für einen kleineren Preis durchgeführt werden können, was eine schnellere Investitionsrendite (ROI) ermöglicht.
Lesen Sie mehr über die Vorteile der Prozessautomatisierung in unserem vorherigen Blogbeitrag.
Automatisieren oder nicht automatisieren? Vorteile von PAT – Teil 1
Häufigkeit der Analyse
Bevor sie sich für den Kauf eines geeigneten Analyseinstruments entscheiden, sollten Betriebsleiter und Prozessbetreiber überlegen, wie oft sie Prozessmessungen zur besseren Kontrolle durchführen müssen.
Häufiger
Sollten pro Schicht oder pro Tag mehrere Analysen erforderlich sein und zusätzlich eine Vorbehandlung der Proben erfordern, ist ein Online- oder Inline-Analysensystem mit einem Probenvorbereitungsmodul die ideale Lösung.
Für eine automatische und kontinuierliche Prozesssteuerung ohne kostspielige Verzögerungen eignen sich Systeme, die Ergebnisse in Echtzeit liefern. Eine hohe Analysenhäufigkeit erlaubt einen detaillierteren Überblick über die aktuellen Prozessbedingungen und verringert so die Gefahr, dass Produkte außerhalb der Spezifikation liegen oder ungeplante Stillstandszeiten auftreten (Abbildung 1).
Darüber hinaus können Online-Prozessanalysatoren so programmiert werden, dass sie intelligent bedingte Aktionen auf der Grundlage von "Wenn"-Anweisungen ausführen. Ein entscheidender Vorteil für die Prozesssteuerung. Durch die kontinuierliche Überwachung kritischer Parameter in Echtzeit ermöglichen sie es den Prozessbetreibern, fundiertere Entscheidungen zu treffen, wenn es am wichtigsten ist. Bleibt der überwachte Prozess innerhalb der festgelegten Kontrollgrenzen, reduziert der Prozessanalysator automatisch die Häufigkeit der Probenahmen und optimiert so die Effizienz und senkt die Betriebskosten.
Wenn sich der Prozess kritischen Kontrollgrenzen nähert, reagiert der Prozessanalysator schnell, indem er die Häufigkeit der Probenahme automatisch erhöht, um noch mehr Daten zu erfassen. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Warnungen, so dass sofortige Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden können, bevor die Situation eskalieren kann.
Mit der Fähigkeit, sich an wechselnde Prozessbedingungen anzupassen, steigern Online-Prozess-Analysatoren die Produktivität, minimieren Fehler und Ausschuss (d.h. reduzieren Kosten) und garantieren höchste Präzision bei der Einhaltung der Prozessstabilität.
Darüber hinaus sind die Prozessanalysatoren von Metrohm so konzipiert, dass sie die Ergebnisse in einer verschlüsselten Datenbank speichern. Alle erfassten Daten sind vollständig rückverfolgbar, was eine Manipulation der Daten verhindert. Ein Energiepuffer und eine kontrollierte Abschaltsequenz verhindern die Verfälschung von Daten. Das Betriebssystem ist eingebettet und sperrt den Benutzerzugriff für zusätzlichen Schutz.
Nutzen Sie die Vorteile der Online-/Inline-Prozessanalyse:
- Genauere Darstellung der tatsächlichen Prozessbedingungen durch repräsentative Stichproben
- Reduzierung von Fehlern durch Automatisierung und Vermeidung von menschlichen Bedienereingriffen
- Weniger Produktabfälle durch schnelle Reaktionszeiten
- Verhinderung der Stillständen
Weniger häufig
Müssen hingegen bestimmte Parameter einmal pro Produktionsschicht oder -tag oder noch seltener gemessen werden, ist der Einsatz eines Laborgeräts für die Qualitätskontrolle sinnvoller. Achten Sie jedoch auf die allgemeinen Prozessbedingungen und die Umgebungsbedingungen. Bei der manuellen Probenahme dauert es viel länger, bis die Probe in ein Labor transportiert, dort gelagert und schließlich untersucht wird. Diese Zeitverzögerung bedeutet, dass die erfasste Probe nicht mehr die aktuellen Prozessbedingungen in Bezug auf pH-Wert, Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt widerspiegelt.
Bei der Offline-Laboranalyse werden die Proben viel seltener entnommen als bei der Online-/Inline-Analyse, so dass es viel wahrscheinlicher ist, dass chemische Nachbehandlungen und Nachdosierungen zur Übersteuerung des Prozesses führen.
Die Offline-Laboranalyse ist zwar nicht unproblematisch, bietet aber dennoch wertvolle Einblicke in den Prozess. Zwar können bei der manuellen Probenahme einige Fehler auftreten, doch lassen sich diese durch sorgfältige Protokolle und den Einsatz gut geschulter Analytiker oft reduzieren. Außerdem bietet die insgesamt geringere Analysehäufigkeit in Offline-Umgebungen genügend Zeit für eine sorgfältige Untersuchung, was zu gründlichen und umfassenden Ergebnissen führt.
Das Endergebnis
Online- und Inline-Prozessanalysatoren haben ihre Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Bereitstellung von Echtzeitdaten und die Konsistenz zwischen den Messungen. Dennoch können Laboranalysen, wenn sie ordnungsgemäß durchgeführt und verwaltet werden, immer noch zuverlässige und wertvolle Informationen liefern, die die industrielle Prozesssteuerung und -optimierung unterstützen.
Sicherheit
Der Kontakt mit gefährlichen Chemikalien sollte auf ein Minimum reduziert werden. In unsicheren Bereichen der Anlage ist es am besten, die Exposition zu verhindern und menschliche Eingriffe so weit wie möglich zu vermeiden. In diesem Fall werden Online/Inline-Analyselösungen eindeutig bevorzugt.
Durch den Einsatz eines Online- oder Inline-Prozessanalysators werden manuelle Arbeitsschritte eingeschränkt und das Risiko der Exposition gegenüber gefährlichen Chemikalien verringert. Darüber hinaus können die Probenahmen zeitlich gesteuert und so programmiert werden, dass sie häufiger erfolgen als bei manuellen Methoden. Dies ermöglicht eine wesentlich bessere Prozesskontrolle.
- Vermeidung der Exposition des Personals gegenüber gefährlichen Chemikalien bei der Probenahme und bei der Laboranalyse
- Profitieren Sie von der frühzeitigen Erkennung einer gefährlichen Probenzusammensetzung
- Analyse in explosionsgefährdeten Bereichen mit Ex-geschütztem Prozessanalysator möglich
Lesen Sie hier mehr über unsere explosionssicheren Prozesslösungen.
Der Ort, an dem die Analyse durchgeführt wird, kann einen erheblichen Einfluss auf die Wahl des Instruments haben. Um beispielsweise die Identität von eingehenden Rohstoffen zu überprüfen, waren früher Laborgeräte die erste Wahl. In Anbetracht des Arbeitsaufwands und der Vorlaufzeit kann jedoch eine höhere Effizienz durch den Einsatz von einfach zu bedienenden Handspektrometern wie dem Metrohm Instant Raman Analyzer (MIRA, Abbildung 2) erzielt werden.
Diese Handgeräte können die Identität und Qualität einer Substanz direkt beim Eingang (z. B. am Wareneingang des Lagers) und in ihrem ursprünglichen Transportgefäß, wie einer Flasche, einem Beutel oder einem anderen Behältertyp, bestimmen. Dadurch wird der Prozess nicht gestört.
Für die Messung von Qualitätskontrollparametern an mehreren Prozessstandorten in einer Anlage sind Online-/Inline-Analysatoren die bevorzugte Lösung. Die Kosten pro Analyse sind niedriger, was zu einem schnelleren ROI führt. Ohne den Einsatz automatisierter Prozessanalyselösungen wären mehr Laboranalytiker und Instrumente erforderlich. Gut ausgebildete und geschulte Labortechniker zu finden, kann eine Herausforderung sein und ist zudem kostspielig.
Lesen Sie hier mehr über unsere tragbaren Analyselösungen.
Implementierung
Im Abschnitt über Sicherheit wurde die Bedeutung des Einsatzes von Prozessanalysatoren in Gefahrenbereichen erörtert. Dieser Abschnitt befasst sich mit den räumlichen Beschränkungen, die in einer Produktionsanlage auftreten können, und damit, wie diese bei der Probenahme berücksichtigt werden müssen.
Manchmal steht in Industrieanlagen nur sehr wenig Platz für die Installation eines automatischen Analysesystems zur Verfügung. Daher werden in solchen Situationen manchmal Offline-Lösungen bevorzugt, da diese eine grössere Auswahl an Arbeitsplatzlayouts ermöglichen.
Metrohm Process Analytics bietet Schutzschranklösungen, um diese Herausforderung zu lösen. Dank der Flexibilität der 2060-Plattform kann der Analysator in der Nähe der Probenahmestelle montiert werden, während die Benutzerschnittstelle an einem Ort mit mehr Platz installiert werden kann (Abbildung 3).
Die Entfernung zwischen einem Prozessanalysator und der/den Probenahmestelle(n) kann beträchtlich sein. Mit dem 2060 The NIR-Analyzer zum Beispiel können bis zu fünf Probenahmestellen pro Nahinfrarot (NIR)-Kabinett an Orten überwacht werden, die Hunderte von Metern vom Analysator entfernt sind. Durch die Verwendung von optischen Fasern mit geringer Dispersion kann eine nahtlose Verbindung zwischen den Probenahmestellen und dem Gerät hergestellt werden.
Inline-Sensoren sind unabhängig von Platzbeschränkungen. ProTrode pH-Sensoren können zum Beispiel direkt in Rohrleitungen, Reaktoren oder Tanks montiert werden. Der integrierte VarioPin-Sensoranschluss garantiert eine zuverlässige Signalübertragung vom Sensor zu einem 2060 Process Analyzer oder zu einem Messumformer an einer anderen Stelle der Anlage.
Lesen Sie mehr über die Vorteile der Verwendung von Inline-pH-Sensoren in unserem vorherigen Blogbeitrag.
Fazit
Es liegt auf der Hand, dass sowohl Online-/Inline- als auch Offline-Technologien in der industriellen Welt eine entscheidende Rolle spielen - jede mit ihren eigenen Vorteilen, je nach der jeweiligen Situation. Die Entscheidung, ob das eine oder das andere eingesetzt werden soll, hängt von den spezifischen Bedürfnissen und Umständen der jeweiligen Anlage ab.
Die Entscheidung ob Laborgerät oder Prozessanalysator ist nicht einfach. Jeder Anwendungsfall ist einzigartig. Wie auch immer Sie sich entscheiden, Metrohm bietet Ihnen die richtige Lösung für Ihre Herausforderungen, sei es im Labor oder direkt im Prozess.
