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

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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.

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.

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.

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.

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.

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