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Herstellerunabhängige Automatisierung Meilenstein für eine modulare Prozessindustrie

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Ein Proof-of-Concept von GEA und Schneider Electric zeigt das Potenzial herstellerunabhängiger Automatisierung: Nicht nur das Engineering wird erleichtert, auch für das MTP-Konzept ergeben sich völlig neue Voraussetzungen

SPS-Steuerung Modicon M580 dPAC
SPS-Steuerung Modicon M580 dPAC
(Bild: Schneider Electric )

Automatisierte Anlagen schnell und flexibel umbauen zu können, zählt in nahezu sämtlichen Industriebereichen zu den entscheidenden Erfolgsfaktoren. Auch in der Prozessindustrie. In Branchen wie Pharma, Bio-Pharma oder Feinchemie, aber auch in prozessindustriellen Forschungs- und Entwicklungsabteilungen, ist es häufig nötig, bestehende Verfahren zu verändern oder sogar völlig neu aufzubauen. Eine modulare Herangehensweise, bei der einzelne „Skids“ herstellerunabhängig in Leitsysteme integriert und zu neuen Prozessen angeordnet werden können, bietet hier entscheidende Vorteile. Mit einem bemerkenswerten Proof-of-Concept haben der deutsche Maschinenbauer GEA und Tech-Konzern Schneider Electric nun gezeigt, wie sehr ein solcher, modularer Ansatz von einer Kombination aus MTP (Module Type Package) und herstellerunabhängiger Automatisierung nach IEC61499 profitiert.

Modulare Prozessindustrie mit MTP

Im Mittelpunkt des von GEA und Schneider Electric durchgeführten Proof-of-Concept steht ein Pathfinder-Separator von GEA, der als modulares Skid vor allem in den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen von Pharmaunternehmen zum Einsatz kommt. In typischen Anwendungsszenarien sind solche Separatoren häufig Teil kürzerer und meist nur temporär etablierter Prozesse und müssen dort mit unterschiedlichen Geräten anderer Hersteller zusammenarbeiten. Um den Engineering-Aufwand, aber auch die Umrüstzeiten etwa bei der Umstellung auf neue Projekte deutlich zu verringern, hat sich GEA für eine auf MTP basierende technische Umsetzung entschieden. Der Clou an diesem Ansatz: MTP Module können herstellerunabhängig in MTP-fähige Leitsysteme eingebunden und innerhalb dieser Process-Orchestration-Layer (POL) beliebig mit anderen Modulen zusammengeschaltet werden. Auf POL-Ebene sind dann weder ein hoher Engineeringaufwand noch spezifisches Entwicklerfachwissen vonnöten. Möglich ist das, da die geschlossenen MTP-Module von einer maschinenlesbaren und herstellerneutral gefassten Beschreibungsdatei gemäß VDI/VDE/NAMUR 2658 bezüglich ihrer Moduleigenschaften begleitet werden. Dank dieser mit dem Modul mitgelieferten Datei ist es einem MTP-fähigen Leitsystem möglich, sofort alle wesentlichen Merkmale eines Moduls zu erfassen und dieses mit seinen je spezifischen Aufgaben in einen Prozess zu integrieren.

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Doch es gibt ein Problem: MTP ist und bleibt ein Standard in der Entwicklung. Fertige und marktreife Lösungen sind bis dato rar gesät und die Hersteller von Automatisierungslösungen und Prozessleitsystemen tun sich angesichts des vorläufigen Status der MTP-Entwicklung schwer damit, den komplizierten Standard in ihre Lösungen zu implementieren. Ein gänzlich herstellerunabhängiger und softwarezentrierter Automatisierungsansatz, wie der von Schneider Electric, schafft hier jedoch neue Voraussetzungen.

Modulare Prozessindustrie

Inwiefern der in IEC61499 angelegte Automatisierungsansatz als Paradigmenwechsel bezeichnet werden kann, lesen Sie hier:

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Herstellerunabhängige und softwarezentrierte Automatisierung

Im Sinne eines herstellerunabhängigen und softwarezentrierten Automatisierungsansatz nach IEC61499 werden Hardware (Steuerung) und Software (Programmierumgebung) grundlegend voneinander entkoppelt. Auf diese Weise entsteht eine von der Hardware losgelöste Softwareschicht, innerhalb der nicht mehr kodiert, sondern idealerweise nur noch modelliert und parametriert werden muss. Dazu werden komplexe mechatronische Abläufe in vereinfachte Softwarebausteine (CATs) verpackt (im Sinne von MTP könnte das etwa das Modul Pathfinder inklusive Beschreibungsdatei sein), die innerhalb der Software zu ganzen Systemen oder Sequenzen zusammengeschaltet werden können. Mit EcoStruxure Automation Expert hat Tech-Konzern Schneider Electric bereits im Jahr 2020 ein Engineering-Tool auf den Markt gebracht, mit dem genau das möglich ist. Das Engineering-Tool, das zugleich auch als virtuelle Steuerung mit eventbasiertem Ausführungsmodell fungiert, lässt sich einfach auf dem gleichen Server wie ein vorhandenes SCADA oder MES-System installieren und die MTP-Module (auch Fremdmodule von anderen Herstellern) können, nach dem Einlesen der MTP-Dateien in die Entwicklungsumgebung, direkt in Form von automatisch generierten Softwarebausteinen zur gewünschten Anwendung oder Sequenz kombiniert werden. Für eine modularere und flexiblere Prozessindustrie sind damit ideale Ausgangsbedingungen geschaffen: Denn auf Basis eines wirklich herstellerunabhängigen Automatisierungsansatzes, wie er mit dem EcoStruxure Automation Expert umgesetzt werden kann, sind sämtliche Module, Package Units oder Skids (die für einen je eigenen verfahrenstechnischen Abschnitt stehen) von Anfang an interoperabel. Eine nachträgliche Konfiguration von Kommunikationsschnittstellen oder sonstige, möglicherweise fehleranfälligen Engineering-Tätigkeiten sind nicht mehr gefordert.

Auf diese Weise können Module wie der Pathfinder Separator von GEA in einer zentralen Softwareumgebung ohne spezielle Programmierkenntnisse zu beliebig komplexen Prozessen zusammengeschaltet und von dort aus ausgeführt werden. Außerdem ist es nicht mehr zwingend nötig, bestehende Prozessleit- oder Managementsysteme um eine MTP-Schnittstelle zu erweitern. Als Ergänzung zu solchen Systemen schafft EcoStruxure Automation Expert eine herstellerunabhängige und von der Hardware abstrahierte Softwareschicht, in die sich die jeweils benötigten MTP-Module in Form von Funktionsblöcken oder CATs integrieren lassen. Da innerhalb dieser Softwareschicht auch sämtliche Komponenten einer Anlage herstellerübergreifend vernetzt und alle Betriebsdaten an einem Ort zusammengefasst sind, bietet sich damit ein idealer Zugriffspunkt für übergeordnete und möglicherweise schon vorhandene Überwachungs- und Analysesysteme. Für den ausfallsicheren Betrieb sensibler, prozesstechnischer Anlagen ein entscheidender Punkt.

Inwiefern der in IEC61499 angelegte Automatisierungsansatz als Paradigmenwechsel bezeichnet werden kann, lesen Sie hier:

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