Digitalisierung in der Prozessindustrie Anlagenmodernisierung mit Mehrwert – aufs richtige Werkzeug kommt’s an

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Modernisierungen, Erweiterungen und Anpassungen sind in der Prozessindustrie selbstverständlicher Teil des Anlagenlebenszyklus. Bei allen Veränderungen wirkt die Leittechnik – Hirn und Herz der Anlage – als wesentlicher Hebel für die Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit. Mithilfe der richtigen Werkzeuge kann der Nutzen einer Modernisierungsinvestition maximiert werden – Digitalisierung inklusive.

Steigerung der Produktivität, Reduktion der Produktionskosten, Senkung der Wartungskosten oder das Support-Ende von Betriebssystemen – die Gründe für Modernisierungen sind vielfältig. Umfangreichere Modernisierungsmaßnahmen sowie Anlagenerweiterungen erfordern allerdings in nahezu jedem Fall auch ein (Re-)Engineering. Anlagenbetreiber suchen für diesen Fall nach Wegen, das in der Automatisierungssoftware kumulierte Wissen möglichst vollständig zu erhalten und weiter zu nutzen. Gleichzeitig müssen der Aufwand für Engineering und Inbetriebnahme so gering wie möglich ausfallen, die Zielvorgaben der Modernisierung vollständig umgesetzt und eine konsistente Dokumentation sichergestellt werden.

Zum Thema: Siemens ist für die Digitalisierung seit Jahren Impulsgeber Nummer 1 und wurde von PROCESS mit dem Meilenstein „Digitalisierung/Industrie 4.0“ausgezeichnet.

Siemens – PROCESS Gala 2019

Meilenstein für Digitalisierung/Industrie 4.0

Wer trotz dieses Spannungsfelds erfolgreich sein will, wird mit seiner Anlage einen gewissen digitalen Reifegrad (sog. Digital Readiness) erreichen müssen. Ein umfassendes und detailliertes digitales Abbild der Anlage wird als „digitaler Zwilling“ bezeichnet. Dieser ermöglicht das Abbilden und spätere Optimieren der Anlage über den gesamten Lebenszyklus. Durch die Integration von Engineering, Simulation und Automatisierung lässt sich so der Modernisierungsprozess erheblich beschleunigen. Dabei wird gleichzeitig das Fehlerrisiko gesenkt.

Ob ein solcher Zwilling nun vollständig oder in Teilen angestrebt wird, basiert auf individuellen Überlegungen in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit. Unabhängig vom angestrebten digitalen Reifegrad sind Kriterien wie Vollständigkeit, Qualität, Aktualität und Integrität der Daten entscheidend dafür, wie effizient der Modernisierungsprozess abläuft.

Systematische Bestandsaufnahme

Jede Bestandsanlage verfügt bereits über enorme Datenmengen, die den realen Aufbau und die reale Produktion in Status und Verhalten beschreiben: Informationen aus dem ursprünglichen Engineering, eine umfangreiche Dokumentation, Betriebsdaten, Wartungsinformationen usw. Diese Daten sind in den meisten Unternehmen heute oft noch weit verteilt (d.h. in verschiedenen Silos gespeichert) und existieren sowohl in elektronischer als auch in physikalischer Form.

Solche so genannten Dark Data sind schwer zugänglich und oftmals nicht systematisch erfasst. Damit diese für Modernisierungsvorhaben wichtigen Informationen nutzbar gemacht werden können, ist eine übergreifende, konsistente Datenhaltung notwendig.

Die cloudbasierte Digital Twin-Lösung Plantsight kann aus genau diesen Dark Data eine nutzbare Datengrundlage erzeugen. Das System verknüpft Dokumente sowie Daten aus unterschiedlichen Quellen und kontextualisiert, vereinheitlicht sowie visualisiert sie schließlich übersichtlich in einem Webportal. Der so erzeugte digitale Zwilling baut die o.g. Informationssilos ab und stellt sicher, dass Modernisierungsaktivitäten auf Basis konsistenter Dokumentation sowie relevanter Betriebsdaten geplant und schneller ausgeführt werden können – denn Suchzeiten und Fehler im Projekt werden deutlich reduziert.

Normierung, Standardisierung und Wiederverwendbarkeit

Neben dem Schaffen konsistenter Anlageninformationen lohnt sich ein tieferer Blick in den vorliegenden Aufbau des Leitsystems. Eine strukturierte, adäquate und systematische Architektur ist die Grundvoraussetzung für eine effiziente (Wieder-)Verwendbarkeit von Automatisierungsinformationen. Die zur Steuerung einzelner Apparate und Anlagenkomponenten zuständigen Automatisierungsprogramme können im selben Maße standardisiert werden.

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Anwender des Prozessleitsystems Simatic PCS 7 kennen das Prinzip der Equipment-Hierarchie, welches auch den Strukturierungskriterien der ANSI/ISA-Normen 88 bzw. 106 entspricht und um ein Typ/Instanz-Konzept ergänzt wurde. Dieses erlaubt die eigene Definition und das Nutzen von standardisierten Typen aus einer updatefähigen und zukunftssicheren Stammdatenbibliothek. Ein Typ beinhaltet dabei vorgefertigte Programmteile für die Durchführung bestimmter Funktionen und kann beliebig oft im Projekt instanziiert und wiederverwendet werden. Bereits mit Version 8 von Simatic PCS 7 wurde das erweiterte Konzept der Einzelsteuereinheiten (Control Modules – CM) eingeführt. Diese Einheiten sind Bausteine oder Pläne, die unterlagerte Signale, Parameter oder Meldungen enthalten und typische Regel-, Anzeige- und Antriebsfunktionen bereitstellen.

Auch die Control Modules nutzen das Typ/Instanz-Konzept mit den so genannten Einzelsteuereinheitstypen (= Control Module Type – CMT). Zwei Weiterentwicklungen machen die Einzelsteuereinheitstypen gegenüber den ursprünglichen Messstellentypen noch leistungsfähiger: die technologischen Anschlüsse und die Variantenbildung. So lassen sich nun technologische Anschlüsse wie Parameter, Signale oder Meldungen mit entsprechenden Attributen versehen und per Drag-and-Drop auf einem Plan anlegen. Mithilfe von Optionen wiederum kann die Kernfunktion des CMT um spezifische Bausteine oder Funktionen erweitert werden.

Damit ist ein sehr flexibles, funktionsorientiertes Arbeiten unter Beibehaltung eines standardisierten Aufbaus von Automatisierungsprogrammen möglich und Änderungen können zentral durchgeführt werden. So beschleunigt das Instanziieren die Projektierung und sorgt im Weiteren für einen geringen Pflegeaufwand. Gleichzeitig verringert der CMT-Ansatz den Testaufwand, da ein Großteil der Automatisierungsfunktionen zentral anstatt auf Instanz-Ebene geprüft werden kann. Anlagen- und PLT-Planer bekommen mit den CMT eine standardisierte Engineering-Basis für ein durchgängiges Datenhandling und damit einen fehlerreduzierten, vereinfachten Datenaustausch an die Hand.

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