Exklusive PROCESS-Umfrage Modulare Anlagenkonzeption und Automatisierung mithilfe des F3-Projekts

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp / Wolfgang Ernhofer

Mit dem F3-Projekt stehen nicht nur Verfahrenstechniker vor neuen Aufgaben, auch die Automatisierungstechnik muss ihre bisherigen Lösungen überdenken. Sind Package Units ein geeignetes Werkzeug für entsprechende Automatisierungskonzepte? Was meinen die Anwender? PROCESS hat zu dem Thema eine Umfrage gestartet – mit interessanten Ergebnissen.

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In diesem Container befindet sich eine komplette Produktionsanlage für einen zweistufigen Syntheseprozess. Jedes Bauteil nimmt die gleiche Grundfläche ein. Wie auf einem Schachbrett unterteilt sich der Containerboden dafür in 40 gleich große quadratische Felder von jeweils rund 57 mal 57 Zentimetern.
In diesem Container befindet sich eine komplette Produktionsanlage für einen zweistufigen Syntheseprozess. Jedes Bauteil nimmt die gleiche Grundfläche ein. Wie auf einem Schachbrett unterteilt sich der Containerboden dafür in 40 gleich große quadratische Felder von jeweils rund 57 mal 57 Zentimetern.
(Bild: Bayer Technology Services)

Wie auch immer das Ergebnis einer modularen Anlagenkonzeption aussehen mag, in einem sind sich die Anwender von Automatisierungstechnik in der Prozessindustrie einig: Wenn sich die Inbetriebnahme einer Anlage nach vorne verschieben lässt, darf es an der Automatisierung nicht scheitern.

Daher stieg der Namur-AK 1.12 in die Ideenfindung ein und formulierte erst einmal die Anforderungen und offenen Fragen – und von denen gibt es nicht wenige. Dies zeigen auch die Kommentare, die im Rahmen einer großen PROCESS-Umfrage (siehe Infografiken zu F3 Factory etc.in der Bildergalerie) abgegeben wurden. Die größten Fragezeichen unter den Anwendern gibt es bezüglich der Know-how-Abgabe der Betreiber an den Automatisierungshersteller.

Namur-AK sieht Entwicklungsbedarf

Auch der Namur-AK sieht Entwicklungsbedarf bei den Herstellern der Automatisierungssysteme – sowohl in der Entwicklung geeigneter Systeme als auch in der Projektabwicklung –, aber auch bei den Anbietern passender Dienstleistungen im gesamten Lebenslauf einer modularen Anlage.

Weitere Aspekte sind die Integration der Module in die Produktionsanlage und deren Infrastruktur. Hierzu sind entsprechende Schnittstellen nötig. Um die Anforderungen näher einzugrenzen, definierte der Arbeitskreis zunächst verschiedene Modellszenarien.

Die erste und zugleich einfachste Variante ist vergleichbar einer heutigen ins übergeordnete PLS nicht integrierten Package Unit (autonome Package Unit), bei der das Bedienen und das Handling manuell vor Ort vorgenommen werden. Die Daten liegen vor Ort vor, archiviert wird offline. Dies wird derzeit bei kleineren Anwendungen bereits praktiziert, für größere Produktionsanlagen reicht diese Variante jedoch nicht aus. Trotz der Einfachheit fehlt zudem eine automatische Steuerung zentraler Ressourcen wie Versorgungsmedien oder Entsorgungswege.

Bei der zweiten Variante handelt es sich um ein integriertes Modul mit Grundschritten, die den heutigen Package Units entsprechen. Diese lassen sich mithilfe von standardisierten Schnittstellen, vergleichbar einer heutigen ins übergeordnete System integrierten Package Unit (integrierte Package Unit), an ein übergeordnetes System mit Steuerungsfunktion integrieren.

Am technisch anspruchsvollsten ist die dritte Variante in Form eines modularen Moduls, das aus Sub-Modulen bestehen kann. Diese werden wiederum über übergeordnete Systeme/Module koordiniert.

Viele offene Fragen

Die Betrachtungen der Namur konzentrieren sich auf die zweite Variante. In der Praxis gibt es bereits Package Units, die jedoch für die modularen Konzepte, wie sie im PROCESS-Artikel "Produktion aus der Box soll die Markteinführung beschleunigen" beschrieben werden, nicht die optimale Lösung darstellen.

So sieht der AK1.12 eine Herausforderung darin, dass für die Umsetzung mit den heutigen Systemen, etwa bei der Verwendung eines SCADA-Systems in Verbindung mit SPSen, viele manuelle und zeitraubende Schritte benötigt werden. Dazu gehören die manuelle Erstellung der Strukturdaten im übergeordneten System, die Konfiguration der Datenübertragung oder der mühsame Import von Prozessgrafiken in das übergeordnete System. Problematisch ist außerdem die zyklische Datenübertragung, wie Prozesswerte, der Status und der Modus über Standardschnittstellen.

Im statischen Umfeld, das heißt einer modular aufgebauten Anlage ohne zeitlichen Veränderungen am Anlagenaufbau, können sich die Anwender einen Einsatz eines solchen Automatisierungsmoduls gut vorstellen, vorausgesetzt die Lieferzeit des Prozessleitherstellers liegt im Bereich der Lieferzeit des Containers, und der Containerhersteller hat zum Container passende fertige Funktionsvorgaben gemacht.

Im dynamischen Umfeld, das heißt in zeitlich veränderlichen modularen Multipurpose-Anlagen, steigt der Aufwand jedoch stark an. Derzeit werden die auszutauschenden Signale vorher festgelegt und dann auf beiden Seiten entsprechend vorgesehen. Eine nachträgliche Änderung ist naturgemäß sehr aufwändig. Und eine standardisierte Schnittstelle zum Anschluss von Package Units an ein Prozessleitsystem, bei der die Package Unit das Prozessleitsystem darüber informiert, welche Statussignale zur Verfügung stehen, gibt es derzeit nicht. Für die Betreiber wäre daher der Aufwand mit einem konventionellen Anlagendesign vergleichbar.

Umfassende Integration weiterer Funktionen

Für eine Realisierung im dynamischen Umfeld müssen also weitere Funktionalitäten integriert werden. So muss sich die Datenbank des Leitsystems automatisiert, gegebenenfalls unter Kontrolle eines Planers durch die angeschlossenen Module konfigurieren lassen. Es dürfen keine „Altlasten“ in der Leitsystem-Konfiguration anwachsen.

Eventuelle Beschränkungen des Leitsystems müssen automatisch überprüft und zumindest angezeigt werden. Die Leitsystem-Konfiguration muss ein einheitliches Bedienen & Beobachten sowie die Nutzung aller Informationen zur Optimierung und Fehlersuche in der Anlage ermöglichen.

Auch Zeitsynchronisation, Abgleich der Datenformate und physikalische Einheiten sowie die Konfiguration einer Schnittstelle zu einem übergeordneten MES müssen automatisiert möglich sein. Unbedingt geklärt gehören nach Meinung der Anwender Aspekte, wie das Alarmmanagement, die IT-Security oder der erweiterte Service-Level etwa über einen Remote-Zugriff. Wie sieht ein überzeugendes Instandhaltungskonzept aus und wer leistet Unterstützung bei Betriebsproblemen – auch das sind wichtige Fragen, die aus Sicht des Namur-AKs geklärt werden müssen.

Invite-Research Center zur Erprobung

Erste Schritte: Praktische Erfahrungen mit der Realisierung automatisierungstechnischer Funktionen werden derzeit im Rahmen des F³ Factory-Projektes gesammelt. Im kürzlich eröffneten Invite-Research Center Gebäude (ein Joint-Venture der TU Dortmund und Bayer Technology Services) erproben die beteiligen Industriepartner ihre jeweiligen Beispielprozesse.

Dabei wird auch die Automatisierung dieser Demonstrations-Container auf Basis von heute verfügbarer Leittechnik getestet. Wie schnell die neuen Ideen und Standards für die Automatisierungstechnik entwickelt werden und sich durchsetzen, wird wesentlich vom Markt abhängen. Die Betreiber sind davon überzeugt, dass neue Prototypen bei entsprechender Nachfrage schnell zur Verfügung gestellt werden können.

Fest steht: Das Thema „Automatisierung für modulare verfahrenstechnische Anlagen“ birgt nicht nur Risiken, sondern bietet auch neue Chancen bezüglich Flexibilität, Agilität/Mobilität und Planungseffizienz. In jedem Fall wird man sich mit dem Thema in Zukunft beschäftigen müssen. Dies bestätigen auch die Teilnehmer der PROCESS-Umfrage. Gut die Hälfte ist davon überzeugt, dass ein Automatisierungskonzept für die modulare Produktion bis 2020 im eigenen Unternehmen eine wesentliche Rolle spielen wird. ●

* Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS. (Kontakt: redaktion@process.de)

* Der Beitrag beruht u.a. auf einem Vortrag von Stephan Bleuler, Namur-AK 1.12 (Kontakt: stephan.bleuler@sanofi.com)

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