PI-Konferenz 2021 – Abschlussbericht Bleibt alles beim Alten oder gelingt der Aufbruch? Die Prozessindustrie steht zwischen den Welten

Autor / Redakteur: Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Wohin geht die Reise in der Prozessindustrie und der Prozessautomatisierung? Das Finale der PI-Konferenz 2021 bewegte sich zwischen bewährten Technologien wie FDI und Zukunftsmusik wie 5G. Aktualisiert um die Highlights des vierten Tages, beschließen wir unsere Berichterstattung. Im Beitrag können Sie eine spannende Woche im Zeichen der digitalen Transformation noch einmal Revue passieren lassen.

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Highlight-Thema des Abschlusstages der PI-Konferenz 2021: Noch sind Anwendungen mit 5G in der Prozessindustrie zwar Visionen, aber definitiv kein Science Fiction mehr. Es eröffnet sich ein neues Feld, und Wireless bekommt einen enormen Schub, so die Experten.
Highlight-Thema des Abschlusstages der PI-Konferenz 2021: Noch sind Anwendungen mit 5G in der Prozessindustrie zwar Visionen, aber definitiv kein Science Fiction mehr. Es eröffnet sich ein neues Feld, und Wireless bekommt einen enormen Schub, so die Experten.
(Bild: Covestro)

Habe ich den richtigen Treiber, um das Gerät zu konfigurieren, und hat es die richtige Zuordnung in der IT-Welt? Diese Frage beschäftigt die Anwender nach wie vor – und damit auch die Feldgeräteentwickler.

Die FDI-Technologie bietet mittlerweile fast alles, was Geräte- und Systemanbieter benötigen, um eine offene Geräteintegrationslösung für die Konfiguration, Diagnose, Asset-Verwaltung und Zuordnung von Geräteinformationen in die IIoT-Welt zu implementieren. Mittlerweile gewinnt die FDI-Technologie an Marktakzeptanz. Die Spezifikationen wurden als IEC-Norm 62769 veröffentlicht und weiterentwickelt, um kommende offene Architekturen wie NOA oder OPAS zu unterstützen sowie modernste Benutzeroberflächentechnologien (HTML5) anzuwenden und Plattformabhängigkeiten zu überwinden. Profinet wurde frühzeitig als Profil in der EDDL-Gerätebeschreibungssprache verankert, sodass die Migration zu FDI keine zusätzlichen Spezifikationserweiterungen bedeutet.

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„Field Comm Group und PI arbeiten eng zusammen, um die Pflege und Weiterentwicklung der Spezifikationen und Tools sicherzustellen.“ erklärte Achim Laubenstein, ABB. Für ihn ist FDI ein wichtiges Werkzeug, um Geräte zu integrieren – was von den Anwendern bestätigt wird: „Wir sehen mehr und mehr Geräte mit FDI im Markt.“

Von der Schnittstelle bis zur Integration mit FDI

Den Weg zum FDI Package für elektrische Stellantriebe beschrieben Matthias Riedl (Institut f. Automation und Kommunikation) und Mathias Monse (Auma Riester). Zur Erinnerung: Mit diesen Packages gelingt die Inbetriebsetzung schneller, es sind aber auch Prozessoptimierungen, Diagnosen oder Trendanalysen möglich.

„Aus meiner Sicht hat FDI die Geräteentwicklung beschleunigt“, so Monse. Für Auma war entscheidend, dass das Layout für den Anwender immer wieder gleich zu bedienen ist – unabhängig von der Steuerung. Dementsprechend wurde das Design-Schema angepasst. Alle Informationen fließen dafür in eine gemeinsame Datenbank und daraus wird dann die EDD erstellt. „Um das FDI Device Package zu zertifizieren, muss es zunächst getestet werden. Dies sollte so weit wie möglich auch automatisiert erfolgen“, lautet die Empfehlung von Monse. Dies wird durch das Werkzeug FDI Package CTT unterstützt, aus dem ein Test Report generiert werden kann.

Riedl gab weitere Empfehlungen für eine erfolgreiche Zertifizierung: Was sich eigentlich selbstverständlich anhört – nur für zertifizierte Geräte ist es möglich, ein FDI Package zertifizieren zu lassen. Seiner Meinung nach ist es hilfreich, auf bestehende Libraries/Frameworks zurückzugreifen. „Das hilft einem Gerätehersteller, weil er nur noch seine Werte eintragen muss“, so die Erfahrung von Riedl. Gleichzeitig gibt es durchaus nützliche Werkzeuge. Mit der Kombination aus dem Automated Realtime Tester von Profinet, dem Werkzeug CTT und vielleicht bei besonderen Aufgaben noch einem Werkzeug eines Drittanbieter lässt sich die Erstellung von FDI Device Packages automatisieren. Wichtig für den Anwender: das FDI Package muss durch PI signiert sein.

5G in der Automatisierung wird konkreter

Die drahtlose Kommunikation spielt eine immer größere Rolle, nicht nur im privaten Bereich, sondern auch für Industrieanwendungen. Schon heute erleichtern Smartphone, Tablets oder Datenbrillen z. B. die Wartung erheblich. „Mit 5G und Campus-Netzwerken eröffnet sich ein neues Feld, und Wireless bekommt einen enormen Schub“, so Dr. Jörg Hähniche, Endress+Hauser und PI-Vorstand. Nicht nur für die Logistik oder autonome Maschinen auch für Edge-Anwendungen ist 5G interessant.

Roboter schauen keine Filme!

Zwar stehe man erst in den Anfängen, dies ist jedoch auch eine Chance, zumal Deutschland im internationalen Vergleich gut unterwegs sei, so Sander Rotmensen, Siemens. Auf die Frage, warum WLAN nicht ausreicht – schließlich streamen Millionen Personen ihre Filme – antwortete Rotmensen lapidar: „Roboter schauen keine Filme!“ In der Industrie gibt es meist viele Teilnehmer auf sehr engem Raum, zudem werden andere Anforderungen an Zuverlässigkeit oder Latenz gestellt. Hier werden neue Netzwerkarchitekturen, Komponenten etc. benötigt. Im Testcenter von Siemens wurde bereits ein prototypisches 5G-Ökosystem aufgebaut. „Dort arbeiten wir parallel mit WLAN, um Migrationsstrategien zu entwickeln“, so Rotmensen.

5G hebt drahtlose Datenübertragung auf neues Level

Bei diesem Thema lohnt sich der Blick auf die Automobilindustrie – Audi beschäftigt sich z. B. schon seit 2015 mit 5G. Neben den traditionellen industriellen Anwendungen für drahtlose Konnektivität wie mobiles Arbeiten, Remote Assistance und dynamische Sensorik öffnen die von 5G versprochene zusätzlichen Funktionen die Tür zu neuen industriellen Anwendungen. „Ich kann jedem nur raten, sich mit Wireless zu beschäftigen – gerade, wenn man nach China blickt“, so Arjen Kreis, Audi. Zwar gebe es einige Herausforderungen, wie die Verfügbarkeit von 5G-Geräten und das Training des Personals. „Aber das war früher bei Profinet auch nicht anders, da bin ich zuversichtlich“, so Kreis.

Audi baute 2020 ein 5G-Netzwerk in seinem Batterietechnikum auf. Die Bilanz in dieser Prototypenfertigung fiel sehr positiv aus. Dabei sollen nur zwei Aspekte hervorgehoben werden: So hat Wifi ein Problem in Fertigungszellen aufgrund des Faradayschen Käfigs. Doch das Metall bereitete 5G keinerlei Schwierigkeit. Und normalerweise werden bis zu 50 GB an Daten pro Fahrzeug während des Fertigungsflusses ins Auto transferiert. Hier spart 5G extrem viel Zeit.

Was ich heute erzähle, kann in sechs Monaten schon wieder überholt sein.

Die ersten Gehversuche der Prozessindustrie sind dagegen zögerlicher, wie Dr.-Ing. Pietro Valsecchi von Covestro Deutschland berichtete, der zugleich den Namur-Arbeitskreis 4.15 „Mobile Automation“ leitet. Dabei ist das Interesse durchaus da, wie man an Testanlagen bei Covestro in Antwerpen sieht, auch die BASF ist aktiv. Im Prinzip lassen sich die derzeitigen Aufgaben mit der aktuellen Technologie, wie WLAN oder 4G/LTE, erledigen. Allerdings könnte sich dies schnell ändern, wie Valsecci zugibt. „Was ich heute erzähle, kann in sechs Monaten schon wieder überholt sein.“ So steht das 5G Release 17 in den Startlöchern, das vor allem bei IoT-Anwendungen neue Möglichkeiten eröffnet. Die massive Erhöhung der Bandbreite und der Anzahl der angeschlossenen Geräte ermöglicht die Erweiterung des IoT auf der Produktionsfläche, aber auch die Verlagerung von komplexen Berechnungen von einem zentralen HPC auf Distributed Edge Computing.

Hindernisse sieht auch er darin, dass die Hardware noch nicht verfügbar ist und so keine richtigen Testanwendungen starten können. Neben der begrenzten Reife der 5G-Technologie ist die Zurückhaltung der Branche bislang auf den Mangel an überzeugenden ROIs zurückzuführen. „Aber wir befinden uns auch noch in einem sehr frühen Stadium", so Valsecci abschließend. „Noch sind Anwendungen mit 5G zwar Visionen, aber definitiv kein Science Fiction mehr.“

APL im Praxistest

Zum Abschluss des Tages berichtete Dr.-Ing. Kai Krüning (BASF) aus der Testanlage mit Ethernet APL. Sein Fazit: Generell ist APL eine vielversprechende Technologie für die Weiterentwicklung von Feldinstallationen in der chemischen Prozessindustrie. Im Zusammenspiel mit Profinet werden wichtige Redundanzmechanismen unterstützt, einfache Topologien sind möglich und es besteht mit Profisafe eine Black Channel-Lösung für Safety-Anwendungen. Für ihn fehlt jedoch immer noch ein Gesamtkonzept. Daher schätzt er, dass 4...20 mA die Prozessindustrie noch lange begleiten wird.

Die Konkurrenz zu Ethernet APL heißt immer noch 4...20 mA, einfach weil die 45 Jahre alte Technik bewährt ist.

Ronny Becker von Bilfinger Engineering & Maintenance, startete 2019 mit Pepperl+Fuchs einen ersten Test von Ethernet APL. Ziel war, die Technologie selbst, aber auch der damit verbundene Technologiesprung. „Man muss sich eins klar machen – die Konkurrenz zu Ethernet APL heißt immer noch 4...20 mA, einfach weil die 45 Jahre alte Technik bewährt ist“, so Becker. „Zukünftige Techniken müssen mindestens die gleiche Einfachheit bieten.“

Im Testaufbau wurden die verfügbaren APL-Infrastrukturprototypen von Pepperl+Fuchs an ein aktuelles PLS per Profinet angeschlossen. Damit wurden verschiedene Anwendungsfälle aus dem gesamten Lifecycle eines Automatisierungssystems durchgespielt. Beispiele sind u. a. Montage, Geräteinbetriebnahme, aber auch Robustheit der Kommunikation bei Störungen auf dem APL-Layer. So musste der Aufbau einige Stresstests über sich ergehen lassen. Außerdem wurde das generelle Handling der neuen Infrastrukturkomponenten wie Field- und Powerswitches oder dem bekannten Kabeltyp an einem neuen Physical Layer untersucht. Mit positivem Ergebnis : „Ethernet APL mit Profinet hat das Potential, 4...20 mA abzulösen“, so das Fazit von Becker.

Ausblick: Die Prozessautomatisierung steht vor einem Umbruch, doch wie die erfolgreiche digitale Umsetzung der PI-Konferenz zeigte, lohnen sich neue Wege. Für die Prozessindustrie stehen die nötigen Technologien, wie NOA/MTP, Ethernet APL, Informationsmodelle wie PA DIM oder das PA Profil 4, bereit, um den Sprung in die Industrie 4.0-Welt zu wagen. Nun gilt es, die Anwender abzuholen, damit der Einstieg erleichtert wird.

Damit beschließen wir unsere Berichterstattung von der PI-Konferenz 2021. Auf den folgenden Seiten können Sie noch einmal in die Highlights der ersten drei Tage einer spannende Woche eintauchen.

Safety & Security in der Prozessindustrie – Schutz vor Angriffen

Ist Kommunikation über Bussysteme unsicher? Der dritte Tag der PI-Konferenz 2021 stand aus Sicht der Prozessindustrie ganz im Zeichen der Sicherheit – und dies in zweierlei Hinsicht. Zum einen richtete sich der Fokus auf Angriffe auf Computersysteme, zum anderen stand Ethernet-APL im Fokus. Die Highlights haben wir wieder für Sie zusammengefasst.

Der dritte Tag der PI-Konferenz startete mit dem Thema Security – schließlich zeichnet sich die Prozessindustrie unter anderem dadurch aus, dass die Produktionsverfahren ein vergleichsweise hohes Gefährdungspotenzial für Mensch und Umwelt bereit halten. Nun droht aber nicht nur durch den Prozess an sich Gefahr (Safety), sondern unter Umständen auch von außen durch einen Angriff auf die Computersysteme (Security). Erwin Kruschitz,CEO Anapur und in der Namur WG 4.18 „Automation Security“, provozierte daher mit der Frage: Ist Kommunikation über Bussysteme unsicher?

Fest steht, die zunehmende Vernetzung führt zu einer verstärkten Abhängigkeit von der IT und bietet natürlich auch mehr Angriffsflächen. Es ist daher nicht nur damit getan, Angriffe zu erkennen und das System zu schützen, sondern auch Maßnahmen zu definieren, die im Fall der Fälle wirken.

Das Bewusstsein, dass man sich mehr mit dem Thema beschäftigen muss, ist auf jeden Fall gestiegen.

„Das Bewusstsein, dass man sich mehr mit dem Thema beschäftigen muss, ist auf jeden Fall gestiegen“, so Kruschitz. Anhand einer fiktiven Kaffeeproduktion leitete er durch den Prozess und führte die Schwachstellen auf. Bekannte Schutzmaßnahmen sind Hardening, Segregation, Authentication und Authorization. Dazu kommen Network- und Event Monitoring und ein Backup Recovery. Doch das reicht nicht, ist Kruschitz überzeugt: „Wir brauchen ergänzend eine risiko- und situationsbasierte Beurteilung von Risikosituationen und Steuerung von Kommunikation. Es gibt einen Unterschied zwischen der Normalsituation und dem Notfall.“ Hier verwies Kruschitz auf das IT-Sicherheitsgesetz 2.0, das im Mai 2021 erscheinen soll. Wichtig dabei: Der Anwenderkreis wird erweitert. In Zukunft müssen auch Unternehmen aus Chemie und Automobil ihre Sicherheits-Störfälle aus der IT dem BSI melden. Dabei geht es nicht nur um Angriffe von außen, sondern auch um Fehler seitens der Mitarbeiter. „Melden bedeutet Angriffe zu erkennen und diese auch zuzuweisen. Wie dies umzusetzen ist, beschäftigt uns im Augenblick sehr“, verwies Kruschitz auf die aktuellen Diskussionen.

Ein Paar ist genug

Die Prozessindustrie bevorzugte schon immer die Zwei-Drahtverbindung, nun steht auch für die Fertigungsindustrie ein neuer Physical Layer unter dem Stichwort SPE (Single Pair Ethernet) bereit, der statt 2- oder 4-Adernpaaren nur ein Datenpaar benötigt. Dies ist ein neuer Weg, Profinet bis in die Feldebene zu bringen. Getrieben wird dies durch Anforderungen beim autonomen Fahren in der Automobilindustrie. Das kommt Ihnen bekannt vor? Nicht verwunderlich. In der Prozessindustrie macht sich im Augenblick Ethernet-APL auf den Weg. Damit war tatsächlich die Prozessindustrie mal einen Schritt schneller als die Fertigungsindustrie. Wobei sich natürlich die Frage stellt, ob man dort nicht auch APL hätte nutzen können?

Doch bleiben wir beim Blick auf unsere Branche. In verfahrenstechnischen Anlagen wird Ethernet hauptsächlich in den höheren Ebenen der Automatisierungspyramide eingesetzt, kaum in der Feldebene. Dabei bietet Ethernet viele Vorteile im Rahmen der Digitalisierung und Industrie 4.0 für einen umfassenden Datenzugriff. Daher ist Benedikt Spielmann, Endress+Hauser Digital Solution, davon überzeugt, dass sich auch die Prozessindustrie dieser Technologie nicht länger verschließen kann. Die große Bandbreite und hohe Geschwindigkeit lassen den Zugriff auf viele Daten zu. Nicht zuletzt ist damit ein nahtloser Übergang zwischen OT und IT möglich. Mit Standard-Ethernet lassen sich die hohen Anforderungen in der Prozessindustrie allerdings nicht umsetzen, mit dem Ethernet-Standard APL ist dies aber möglich. Wie es geht, lesen Sie hier.

So sieht die Timeline für die Implementierung von Ethernet-APL aus.
So sieht die Timeline für die Implementierung von Ethernet-APL aus.
(Bild: Screenshot von der PI-Tagung)

Eine Engineering-Guideline befindet sich ebenfalls im Entstehen, der offizielle Technologie-Launch findet zur Achema Pulse im Juni statt, und Ende des Jahres kommen dann die ersten Geräte mit Ethernet APL auf den Markt.

Wie setzt man Ethernet-APL in der Praxis um?

Von den Überraschungen, die sich aus Sicht des Produktdesigns bei der Umsetzung von Ethernet-APL ergeben, berichtete Gunther Rogoll, Pepperl+Fuchs. Die Herausforderung: In der Vergangenheit wurde Ethernet überwiegend in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Ex-Schutz oder auch der EMV-Schutz nicht im Vordergrund stand. Die bisherigen Infrastruktur-Lösungen sind zudem vor allem auf kostengünstige Switch-Architekturen ausgelegt und arbeiten mit meist standardisierten Hardware-Konzepten. Hier erweisen sich EMV, Ex-Schutz, Staub, hohe Temperaturen und erst recht die lange Lebensdauer der Anlagen, als bekannte Spielverderber der Prozessindustrie.

Dies erfordert nicht nur neue Designkonzepte, auch bei der Instrumentierung muss neu gedacht werden. Um ein ganz einfaches Beispiel zu nennen. So müssen die Stecker neu betrachtet und auf APL-Kompatibilität seitens des Herstellers überprüft werden. „Das Ethernet-spezifische Ökosystem für elektronische Komponenten ist bisher nicht verfügbar“, so Rogoll.

Auch bei den Feldprodukten gibt es neue Design-Aspekte zu beachten. „Die Herausforderung lag vor allem darin, dass wir diese schon entwickeln mussten, als es noch gar keine Spezifikationen gab“, erinnerte sich Harald Müller, Endress+Hauser Temperature + System Products. Das beginnt beim Gehäuse, wenn man etwa an kleine Temperatursensoren denkt, reicht über die Energieversorgung und endet bei der limitierten Stromversorgung. Darüber hinaus müssen natürlich Testverfahren entwickelt werden. Es ist zudem nicht so leicht, eine entsprechende CPU zu finden. Auch der Speicher ist limitiert. „Aber es ist machbar“, gibt sich Müller optimistisch.

Und schon steht ein neues Konzept im Raum, bei dem das Thema Security neu betrachtet wird. Hier gab Müller einen vielversprechenden Ausblick auf die Kombination aus APL Field Device und Profisafe.

Soweit die interessantesten Vorträge für die Prozessindustrie am Tag 3. Die Highlights des ersten und zweiten Tages der PI-Konferenz 2021 haben wir auf den nächsten Seiten für Sie zusammengefasst. Eine Zusammenfassung des Abschlusstages lesen Sie morgen auf process.de im Update dieses Beitrags. Dann geht es mit FDI und 5G weiter.

„Keep it simple“ ist das Gebot der Stunde bei der Geräteintegration

Am zweiten Tag der PI-Konferenz 2021 ging es um die prozessspezifischen Anforderungen und Herausforderungen beim Aufbruch in die Digitalisierung. Schließlich liegt einiges an Detailarbeiten vor den Beteiligten, damit ein Plug & Play von Geräten Wirklichkeit wird. Das waren die Highlights des zweiten Tages ...

Haben Sie sich schon einmal Gedanken darüber gemacht, wo genau sich IBCs, Paletten oder andere Ladungsträger auf dem weitläufigen Areal eines Chemieunternehmens befinden? Antworten darauf könnte der Ortungsstandard Omlox geben, der seit einem Jahr zur PI-Familie gehört. Zwar finden sich die ersten Anwendungsfälle noch in der Fertigungsindustrie, aber diese Technologie könnte auch für die Prozessindustrie spannend werden.

Während sich im Outdoor-Bereich die Ortung mit GPS durchgesetzt hat, fehlte ein solcher Standard für den Indoor-Bereich. Zwar gibt es mit RFID, Bluetooth etc. einzelne Lösungen, aber keinen übergreifenden Standard, der überall funktioniert, kostengünstig ist und auch bei viel Metall in der Umgebung funktioniert. In diese Lücke stößt Omlox, das im vergangenen Jahr den Hermes-Award gewann. Dabei handelt es sich um einen offenen Lokalisierungsstandard, der seit dem vergangenen Jahr von PI gehosted wird. Bisher beteiligen sich 60 Unternehmen daran. Interessant ist Omlox auch für Wartungsarbeiten – beispielsweise wurde bereits die Einbindung von Omlox in VR-Brillen ausprobiert: Kaum betritt ein Dienstleister aus der Instandhaltung ein für ihn fremdes Unternehmen, wird er durch Omlox zum richtigen Anlagenteil geleitet.

Hürden beim Gerätetausch meistern

Der einfache und schnelle Austausch und die Inbetriebnahme von Feldgeräten gehört zum Alltag eines PLT-Handwerkers. Allerdings wird es ihm nicht immer leicht gemacht – vor allem bei Geräten, die mit den passenden Software-Treibern in Automatisierungssystemen und Asset-Management-Tools eingebunden werden müssen. Sven Seintsch von Bilfinger, Obmann des Namur-AKs 2.6 „Digitale Prozesskommunikation“ beschrieb eindrucksvoll die Hürden, die sich jeden Tag beim Gerätetausch bieten. Er stellte verschiedene Use Cases vor. Dabei betonte Seintsch, dass ein Gerätetausch meist von einem Handwerker durchgeführt wird und dementsprechend einfach gestaltet werden muss. Wichtigste Herausforderung, so Seintsch: „Man muss die Akzeptanz neuer Lösungen steigern. Denn bei einem Gerätetausch zählt am Ende des Tages allein die Frage, wann kann meine Anlage wieder anlaufen.“ Wie seiner Meinung nach praxisnahe Lösungen aussehen können, lesen Sie ab 6. April in PROCESS 4-21.

Stimmt das Plug & Play, etabliert sich die Technologie

Auf die branchenspezifischen Anforderungen an die Digitalisierung ging Michael Pelz, Colorants Solutions Deutschland, Vorstand Namur und IGR, ein. Die Rahmenbedingungen sind nicht einfach: Korrosion, Vibration, Feuchtigkeit, EMV, Ex-Anlagen und Staub machen Geräten das Leben schwer. Dazu kommen Lebenszyklen von 20 bis 50 Jahren sowie die extrem hohe Verfügbarkeit von Anlagen. Für einen Austausch von Geräten bleibt demnach nur ein kurzer Zeitraum. Dazu kommt das Thema Total Cost of Ownership: „Die OPEX-Kosten bei Projekten werden oft vergessen, aber gerade bei Fragen rund um die Instandhaltung kann die Digitalisierung durchaus einen Beitrag zur Kostensenkung leisten“, so Pelz.

Auch ein seitenlanges Handbuch liest sich keiner mehr durch. Wenn es zu kompliziert wird, bringe ich das Gerät in den Laden zurück.

Darüber hinaus gilt von APL bis zur Cloud: CoSyMoNoS. Hinter dieser sperrigen Abkürzung stehen die Begriffe Connectivity, Safety and Security, Modular, Normed und schlussendlich Simple. Nur damit lässt sich die Digitalisierung vorantreiben. „Solche Konzepte lassen sich nicht allein entwickeln, daher ist die Zusammenarbeit mit ZVEI und der PNO wichtig“, erklärte Pelz, dabei nannte er als Vorbilder das heimische WLAN oder auch das Auto. „Natürlich gab und gibt es hier immer wieder Veränderungen, aber die Bedienkonzepte bleiben doch immer gleich, wenn man an die Anordnung von Brems- und Gaspedal denkt. Auch ein seitenlanges Handbuch liest sich keiner mehr durch. Wenn es zu kompliziert wird, bringe ich das Gerät in den Laden zurück.“ Solche Ansätze müssten sich auch auf Komponenten der Prozessindustrie übertragen lassen.

Ermutigende Ansätze gibt es etwa dank APL, womit der Blick in die untere Feldebene möglich ist. Auch in Bezug auf Connectivity (Co) sieht Pelz hier einen Quantensprung – immerhin auf 10 Mbit/s. Der Aspekt Safety und Security (y) wird bei Ethernet APL ebenfalls berücksichtigt genauso wie die Flexibilität (Mo) . Durch die IEC 60079 ist das Thema Normung (No) ebenfalls erledigt. Bleibt die Frage der Einfachheit (S). Auch hier ist Pelz optimistisch, wobei er durchaus noch einige Knackpunkte, etwa in Bezug auf die Redundanzkonzepte, sieht.

Auf die Frage, ob man noch FDI brauche, wenn es eine digitale Kommunikation mit APL gibt, gibt sich Pelz pragmatisch. Web-Interfaces seien zwar hilfreich, werden aber erst einmal nicht ausreichen, vor allem wenn man die kurzen Zeiträume betrachtet, die bei einem Stillstand für die Inbetriebnahme zur Verfügung stehen. Damit sind die derzeitigen Aufgaben aber längst nicht abgearbeitet. So verwies Pelz auf weitere Stolpersteine auf dem Weg in die Digitalisierung. So wäre es aus seiner Sicht schön, wenn Profil-GSDs und FDI Profil Device Packages zumindest für die Basisimplentierung bereits in jedem Leitsystem zur Verfügung stehen. Auch beim Thema Digitales Typenschild sieht Pelz Entwicklungen, die einem Plug und Play im Wege stehen: „Hier entwickeln sich schon wieder verschiedene Konzepte!“ Seine Prognose: Dann bliebe es halt länger beim Blechschild auf dem Gerät.

Wie bekomme ich Profinet in die Prozessautomatisierung?

Während der Vormittag den Anwendern gewidmet war, ging es am Nachmittag um die Implementierung von Profinet in den Anlagen der Prozessindustrie. Gerade die Gerätevielfalt stellt hohe Anforderungen an das Betriebspersonal bei Engineering und Installation, ebenso wie beim Austausch von Geräten. „Man muss die Komplexität reduzieren, sonst bekommt man ein Akzeptanzproblem“, so Lukas Klausmann, Endress+Hauser Digital Solutions. Hilfreich sind hierbei die PI-Geräteprofile, in denen für Geräte eines Messverfahrens bestimmte Eigenschaften verbindlich festgelegt sind.

Man muss die Komplexität reduzieren, sonst bekommt man ein Akzeptanzproblem.

Beispielsweise wurde das bewährte PA-Profil für Geräte der Prozessautomatisierung in seiner aktuellen Version 4 inhaltlich weiterentwickelt und zur Nutzung mit Profinet befähigt. Durch Berücksichtigung relevanter Namur-Empfehlungen sowie von Erfahrungen mit Vorgängerversionen überzeugt es durch eine verkürzte Inbetriebnahme durch Anlaufparameter, einen einfachen und herstellerübergreifenden Gerätetausch durch Messverfahren-basierte Profil-GSDs oder leistungsfähige Gerätediagnose gemäß NE 107. Für Werner Längin, Auma Riester, war daher klar: „Profinet ist seit vielen Jahren etabliert und zukunftssicher. Jetzt steht mit APL und Profil 4.0 wirklich eine Best Class-Technologie zur Verfügung, die wir nutzen sollten.“

Informationsmodelle bringen Struktur in Datenmengen

Weitere Vorträge beschäftigten sich mit dem Thema NOA (Namur Open Architecture). Damit lässt sich die Automatisierungspyramide um einen zweiten Kanal erweitern, und mit den damit erschlossenen Daten lassen sich neue Anwendungen und Geschäftsmodelle entwickeln. Dabei verwies Prof. Dr.-Ing. Daniel Grossmann, TH Ingolstadt, auf die Notwendigkeit, Interoperabilität auf semantischer Ebene zu schaffen. Hier ist die Informationsmodellierung ein wichtiger Eckpfeiler. „NOA ist quasi die Blaupause, das Informationsmodell PA-DIM ist die konkrete Umsetzung“, so Prof. Grossmann.

PA-DIM (Process Automation – Device Information Model) wurde entwickelt, um maschinenlesbare Informationen innerhalb von Prozessanlagen auszutauschen. Damit lassen sich Netzwerkkomponenten für Feldgeräte, die PA-DIM unterstützen, problemlos in jedes System integrieren, das OPC UA unterstützt. Dies gilt im Übrigen unabhängig vom zugrunde liegenden Kommunikationsprotokoll und ohne besondere Kenntnisse darüber zu haben. Insgesamt sollen Inbetriebnahme, der Betrieb oder die Wartung der Geräte dank Informationsmodellen über den gesamten Lebenszyklus leichter werden.

Mit dieser Aussicht endete der zweite Tag der PI-Konferenz. Im Übrigen lohnt es sich, auch noch in den nächsten Tagen bei der PI-Konferenz vorbeizuschauen.

Die Highlights des ersten Tages der PI-Konferenz 2021 haben wir auf der nächsten Seite für Sie zusammengefasst. Eine Zusammenfassung des dritten Tages lesen Sie morgen auf process.de im Update dieses Beitrags.

Highlights der PI-Konferenz 2021 – Tag 1

Die Entscheidung, die diesjährige PI-Konferenz in den virtuellen Raum zu legen, fiel bereits im Frühjahr 2020. Zu diesem Zeitpunkt sprach eigentlich viel dafür, dass die Corona-Pandemie im März 2021 längst vorbei sein würde. Dennoch entschied man sich dafür, neue Wege auszuprobieren und verlegte die siebte „Auflage“ in den digitalen Raum. Die richtige Entscheidung! Die Resonanz sowohl seitens der Vortragenden als auch der Teilnehmer war enorm. Das waren die Highlights des ersten Tages ...

„Wir hätten uns anlässlich des 30-jährigen Jubiläums von PI (Profibus & Profinet International) sicher eine andere Umgebung zum Feiern gewünscht, aber dennoch war die Resonanz auf unseren Vorstoß überwältigend“, begrüßte Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation, die rund 1000 Teilnehmer. Ein Schwerpunkt der gut 80 Vorträge liegt diesmal auf der Prozessindustrie, da nun mit Ethernet-APL eine wichtige Technologie für die Digitalisierung in der Prozessindustrie bereit steht.

Gestartet wurde die PI-Konferenz mit dem Keynote-Speaker Dr. Jens-Uwe Meyer, Innolytics, der die Corona-Pandemie als Turbo für die digitale Transformation sieht. „Wir sind quasi zwangsdigitalisiert worden, dies bietet neue Chancen. Bisher war die Digitalisierung eher ein nice to have, aber nicht überlebensnotwendig. Das hat sich im vergangenen Jahr drastisch geändert“, so Meyer. Seine These: „Wir kommen jetzt in ein neues Zeitalter und es wird kein erfolgreiches Geschäftsmodell ohne Digitalisierung geben.“

Wir sind quasi zwangsdigitalisiert worden, dies bietet neue Chancen.

Dies erfordere jedoch Unternehmen, die digital denken und auch so handeln, indem sie die entsprechenden Umsetzungsstrategien auf den Weg bringen. „Ein ‘Weiter so’ wird nicht funktionieren, gerade wenn man den Blick nach China richtet. Wir müssen neue Fragen stellen und innovative Ideen für Anwenden entwickeln. Dafür müssen wir radikal neue Technologien ausprobieren“, ist Meyer überzeugt, der keinen Widerspruch zwischen dem Erhalten von bewährten Technologien und dem Verändern sieht.

Grenzen zwischen IT und OT verschwimmen

Eine Gratwanderung, die PI etwa im Blick auf die Prozessindustrie gut kennt. Die IT kommt in der Feldebene an, die OT wandert nach oben – die Grenzen vermischen sich. PI liefert diesbezüglich Antworten, wie sich die unterschiedlichsten Netzwerke miteinander verbinden lassen. Aktuelles Beispiel ist NOA (Namur Open Architecture).

Generell spielen PI-Technologien bei der digitalen Transformation eine besondere Rolle, wie Karsten Schneider feststellte. So sei man längst keine reine Feldbusorganisation mehr, sondern beschäftige sich mit vielen ergänzenden Themen. Beispiele seien etwa Aspekte der Security oder das jüngste Mitglied der PI-Familie – der Ortungsstandard Omlox. Dadurch würden sich die Strukturen in der Automatisierung ändern.

Prozessautomatisierung im digitalen Wandel

Aus Sicht eines Feldgerätes beschrieb Dr. Jörg Hähniche, Endress+Hauser Digital Solutions und Vorstand der Profibus Nutzerorganisation die Schritte in die Industrie 4.0-Welt. In der Prozessbranche lebt man bekanntlich noch in der 4...20 mA-bzw. Hart-Welt. Wurden früher nur einfache Prozesswerte für die Prozesssteuerung zentral bereitgestellt, öffnet sich nun die klassische Automatisierungspyramide mit ihren strengen hierarchischen Strukturen. Die Daten fließen nicht nur zwischen den Ebenen, sondern werden auch direkt aus Feldgeräten, Steuerungen oder Leitsystemkomponenten abgegriffen.

Feldgeräte liefern längst nicht mehr nur einen Messwert, sondern weitere Informationen zur Diagnose oder auch andere Funktionen, wie das automatische Kalibrieren. Daraus ergab sich jedoch in der Vergangenheit eine große Vielfalt an Integrationstechnologien. Die heutige Situation: Der Aufwand für die Interpretation der Daten aus dem Gerät ist nach wie vor sehr hoch und von einer Maschinenlesbarkeit ist man weit entfernt. Die Folge ist, dass 97 Prozent aller Gerätedaten nicht genutzt werden.

Die Prozessautomatisierung kann sich dem Wandel nicht mehr verschließen. „Wir haben in der Pandemie live erlebt, was diesbezüglich schon funktioniert, aber auch, wo wir noch etwas verbessern müssen“, so Hähniche. „Zwar war NOA ein wichtiger Schritt. Die Zukunft, liegt aber woanders.“ Seiner Meinung nach muss jedes Gerät eine Asset Administration Shell erhalten, um Teil der Industrie 4.0-Welt zu werden. Diese enthält maschinenlesbare Informationen über das Gerät (z. B. Seriennummer, Betriebsanleitung, Wartungspläne), sowie weitere Informationen etwa für das Condition Monitoring oder auch Wartungspläne.

Wir werden noch in diesem Jahr erste Geräte mit APL sehen.

Auch die Kommunikationstechnologie sorgte in der Vergangenheit für Herausforderungen. „Ethernet ist im Rest der Welt ein Erfolgsmodell, aber in der Prozessautomatisierung wird es bisher nur als Backbone genutzt“, so Hähniche. Gründe lagen in der Ex-Problematik, in den langen Entfernungen, im geforderten leichten und robusten Anschluss und in der bewährten Zweileiter-Technologie. Ohne Ethernet-Unterstützung und höhere Bandbreiten sind jedoch z. B. innovative Asset Management-Konzepte angesichts der hohen Zahl an installierten Feldgeräten gar nicht möglich. Jetzt sorgt Ethernet-APL für den Aufbruch in die Industrie 4.0-Welt. „Wir werden noch in diesem Jahr erste Geräte mit APL sehen“, zeigt sich Hähniche optimistisch und verweist auf die vielen Vorteile der Ethernet-Technologie, wie das leichtere Engineering und die schnellere Installation, einfachere Strukturen und der leichtere Zugang zu den Rohdaten.

Informationsmodelle – Automatisierungsgeräte lernen sprechen

Aber was nützen uns Daten, wenn wir sie nicht interpretieren können? Der Ruf nach maschinenlesbaren Information und damit nach Informationsmodellen wird lauter. Informationsmodelle strukturieren große Datenmengen und ordnen einer Variablen eine weitere Beschreibung zu. Spezialist dafür ist Prof. Dr.-Ing. Christian Diedrich vom ifak-Institut für Automation und Kommunikation in Magdeburg. Mittlerweile existierten zahlreiche Facetten der PI-Informationsmodelle in Bezug auf Druck, Temperatur und Status, so der Experte. Auch die verschiedenen PI-Applikationsprofile, etwa Profibus PA, Profidrive oder Profienergy, hätten in den vergangenen Jahren die tägliche Arbeit von Anwendern erheblich erleichtert, insbesondere in Bezug auf Geräteschnittstellen. In Zukunft werde es jedoch notwendig sein, diesen Weg über ein maschinenlesbares Informationsmodell zu gehen.

Der Mehrwert ist, dass man hiermit einen sehr leichten Zugang zu den Daten erhält und damit bei der Einbindung neuer Komponenten viel Zeit spart. Dank der einheitlichen Semantik steigt außerdem die Qualität der Daten. Da die Datenmengen aus dem Feld sicher noch weiter wachsen, wird mit solchen Ansätzen die Skalierung erleichtert. Und letztendlich ebnen diese Informationsmodelle den Weg für zukünftige Technologien.

Quo vadis Prozessindustrie?

In der abschließenden Podiumsdiskussion diskutierten Matthias Bölke (Vice President Strategy, Schneider Electric), Dr. Jörg Hähniche, Stefan Hoppe (President der OPC Foundation), Dr. Wilhelm Otten (WOtten-Consulting, ehemaliger Namur-Vorsitzender) und Karsten Schneider, über die Herausforderungen, aber auch Chancen der digitalen Transformation in der Prozessindustrie. Auch hier waren Informationsmodelle immer wieder ein Thema. Die Problematik brachte Schneider auf den Punkt: „Es gibt viele Insellösungen, die in sich gut funktionieren. Aber die Erwartungen an die Technologie sind enorm.“ Zwar habe man viel an der Technologie gearbeitet, aber es fehle an der standardisierten Umsetzung. Nur damit wird der Funke auf die Anwender umspringen.

Hähniche ist zudem davon überzeugt, dass die Anwender einen ökonomischen Nutzen sehen möchten. Dies gelänge zum Beispiel durch ein besseres Troubleshooting, wie es etwa mit Ethernettechnologien möglich sei. Positiv sieht er die inzwischen bessere Zusammenarbeit zwischen Herstellern, Anwendern und Nutzerorganisationen.

Wir müssen mehr in die Standardisierung kommen. Die Hausaufgabe heißt daher Komplexität herausnehmen.

Auch für Matthias Bölke sind zwar die Anwendungen da, aber es seien immer noch Insellösungen: „Wir müssen mehr in die Standardisierung kommen. Die Hausaufgabe heißt daher Komplexität herausnehmen. Offenheit, Zusammenarbeit und vor allem Use Cases aufzeigen, so dass es für die Anwender einfacher wird.“

Stefan Hoppe verwies auf die Ölindustrie, in der sich bereits ermutigende Beispiele für die Datenstrukturierung finden. Er ist allerdings davon überzeugt, dass eine Organisation allein eine solche Standardisierung nicht mehr schafft. Dabei verwies er auf das Beispiel von Ethernet-APL. Hier hatten drei Nutzerorganisationen und elf Industriepartner über einige Jahre eng zusammen gearbeitet.

Otten dagegen denkt bereits einen Schritt weiter: „Ich sehe einen Mehrwert darin, dass man mehr in Geschäftsprozessen denkt und diese vernetzt.“ Aber schlussendlich werden auch hier integrierte Informationsmodelle benötigt. Ein Thema, das Anwender in der Prozessindustrie in den nächsten Jahren daher weiter beschäftigen dürfte.

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