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Automatisierung modularer Anlagen

Deshalb erhöht modulare Automation bei Sicherheitssystemen die Anlagenverfügbarkeit

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Christoph Kotsch* / Anke Geipel-Kern

Anlagenbetreiber können mit modularen Anlagen nicht nur schneller und flexibler produzieren. Auch die Sicherheit profitiert: Dank standardisierter Informationen und Schnittstellen erhöht sich die Verfügbarkeit der Anlagen. Wer modulare Automation bei Sicherheitssystemen nutzt, erhöht damit die Anlagenverfügbarkeit.

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Mittels MTP wird das Modul in die Prozessführungsebene integriert. Durch die systemneutrale Beschreibung der Schnittstelle kann der Modullieferant sehr schnell seine Package Unit in Anlagen implementieren.
Mittels MTP wird das Modul in die Prozessführungsebene integriert. Durch die systemneutrale Beschreibung der Schnittstelle kann der Modullieferant sehr schnell seine Package Unit in Anlagen implementieren.
( Bild: Namur )

Die globalen Märkte fordern immer kürzere Innovationszyklen und flexiblere Produktionsprozesse. Die Digitalisierung verändert die Gesellschaft und die Anforderungen der Mitarbeiter an die Bedienung der Anlagen. Neue Konzepte sind also gefragt. Standardisierung und Modularisierung in Anlagenbau- und -planung bieten Betreibern die Möglichkeit, schnell und flexibel auf neue Produktionsanforderungen zu reagieren.

Gleichzeitig erhöht sich dadurch auch die Anlagenverfügbarkeit und Stillstandzeiten werden kürzer. Denn in einermodular aufgebauten Anlage können auch größere Störfälle schnell behoben werden, da defekte Module mit geringem Aufwand gegen gleichwertige ausgetauscht werden können.

Doch voll einsatzfähig werden die Module erst mit adäquaten Automatisierungslösungen, die über einheitliche Standards sowie Schnittstellen zur Integration von Modulen in ein Prozessleitsystem verfügen. Das vermeidet im Sinne der Anwender proprietäre Insellösungen bzw. reduziert deren Anzahl.

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Gemeinsame Initiative von Namur und ZVEI

An dieser Aufgabe arbeiten seit geraumer Zeit führende Automatisierungsanbieter mit Betreibern in einer gemeinsamen Initiative, die aus dem Namur-Arbeitskreis „AK 1.12 Automatisierung modularer Anlagen“ und dem ZVEI-Arbeitskreises „Modulare Automation“ besteht. Ein zentraler Punkt der Arbeiten ist die Spezifikation des Modul Type Packaging (MTP), einer herstellerneutralen Beschreibung von Modulen, die derzeit in eine allgemeingültige VDI/VDE/NAMUR 2658 Norm überführt wird.

Der Titel der Norm lautet „Automatisierungstechnisches Engineering modularer Anlagen in der Prozessindustrie Allgemeines Konzept und Schnittstellen“. Mittels des MTP kann das Modul in die Prozessführungsebene integriert werden. Durch die systemneutrale Beschreibung der Schnittstelle kann der Modullieferant sehr schnell seine Package Unit in Anlagen implementieren.

Von entscheidender Bedeutung für den Anlagenbetrieb ist das Thema Anlagensicherheit und auch hier bietet das Module-Type-Package-Konzept eine Lösung. Das Safety Instrumented System (SIS) lässt sich über MTP in das Prozessleitsystem integrieren. Durch diese Art der Integration des SIS erhält der Anwender standardisierte Informationen auf der Prozessführungsebene (PFE).

Bei der herkömmlichen Integration von SIS in prozesstechnischen Anlagen ist deren Informationsgrad in der PFE vom Anlagenbetreiber abhängig.

Je nach Kundenvorgaben muss ein Lieferant den Informationsgrad und die Schnittstelle eines Automatisierungsgeräts für die PFE anpassen. Wird nun das Automatisierungsgerät über MTP in die Prozessführungsebene integriert, so erfolgt dies über standardisierte Schnittstellen, bei dem der Informationsgehalt ebenfalls dediziert aufbereitet wird. Operator und Anlageningenieure erhalten Hersteller übergreifend vereinheitlicht standardisiert Informationen.

Weitere Safety-relevante Anlagenteile können ebenfalls über MTP in eine Anlage eingebunden werden und miteinander vernetzt werden. Hierdurch steigt die Anlagenverfügbarkeit und durch eine derartige Modularisierung können Anlagen schneller, flexibler und wiederverwendbarer aufbaubar werden. Die Modulare Automation stellt dem Anlagenbetreiber also strukturierte Informationen seines Safety Instrumented Systems (SIS) zur Verfügung. Eine über MTP angebundene Anlage verfügt über standardisierte Bibliotheken auf SIS-Ebene als auch auf der Human-Machine-Interface-Ebene (HMI-Ebene).

So funktioniert die SIS-Integration

Zunächst ist eine spezielle MTP-Bibliothek für die Programmierung des SIS erforderlich, um den Informationsgehalt zur Integration in die PFE bereits bei der SIS-Programmierung zu definieren. Das Modul wird mittels MTP in die PFE integriert. Ein MTP-Importwerkzeug im Leitsystem (Distributed Control System, DCS) generiert aus dem MTP nun DCS-spezifische HMI-Bilder. Diese unterscheiden sich von den mit dem DCS-Bildeditor erstellten Bildern nur durch die zum Einsatz kommenden Bibliotheken und dadurch, dass die Informationen aus dem SIS immer mit einem Safety-Flag gekennzeichnet sind.

Der Modul-Lieferant ist nun in der Lage, ein systemneutrales Engineering durchzuführen. Das Ergebnis ist ein MTP-Container, der die spezifische Information des Moduls bzw. der Package Unit mit all ihren Parametern als dynamischen Anteil und als statistischen Anteil einen Behälter, enthält. Der Anlagenbetreiber kann über das systemneutrale MTP sein Modul in ein spezifisches DCS importieren. Durch den Importvorgang wird automatisch ein HMI-Bild mit allen notwendigen Referenzen zu weiteren Bildern oder Faceplates generiert.

Fazit: Die modulare Automation im Bereich der funktionalen Sicherheit erhöht durch Standardisierung und einfachere Systemintegration sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch die Verfügbarkeit prozesstechnischer Anlagen. Der Anlagenbetreiber erhält im Prozessleitsystem standardisierte Informationen zu Fehlerursachen im Falle einer Störung und kann eine Notfallabschaltung besser vermeiden.

Bei Integration des SIS über Safety-MTP können sicherheitsrelevante Daten bzw. Parameter über das HMI verändern werden. Zudem ist der Informationsgrad höher und standardisiert. Durch die systemneutrale Beschreibung der Schnittstelle kann der Modullieferant sehr schnell seine Package Unit in Anlagen implementieren. Bei der Implementierung des Moduls ergibt sich eine Zeitersparnis von bis zu 70 %, verglichen mit der derzeitigen Praxis.

Mithilfe von Modulen können Betreiber ihre Anlagen also nicht nur schneller aufbauen, sondern auch Störfälle frühzeitiger beheben, da defekte Module mit geringem Aufwand gegen gleichwertige ausgetauscht werden können. Weiterhin führen die Standardisierung sowie die Differenzierung durch das Safety-Flag zu einer bedienerfreundlichen Anlageführung.

* * Der Autor ist bei Hima Paul Hildebrandt GmbH verantwortlich für die Integration von Hima Steuerungen in ABB Systeme, Brühl. Kontakt: Tel. +49-6202-70-98-24

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