Namur-Workshops go digital Namur-Hauptsitzung „light“ – mehr als ein Trostpflaster

Auf die Corona-Pandemie hatte die Namur schnell reagiert und ihre Hauptsitzung 2020 bereits im Mai auf kommendes Jahr verschoben. Ein kleines Trostpflaster gab es zum gewohnten Termin dennoch: In drei parallelen Sessions fanden virtuelle Workshops statt. Die Inhalte reichten von Safety & Security über NOA & Security bis hin zu Informationsmodellen. Fazit: Das war definitiv mehr als nur ein Trostpflaster!

Kein legendärer Vorabend, kein voller Saal, kein Gedränge am Buffet, kein Face-to-Face-Networking auf einer stimmungsvollen Abendveranstaltung, kein Bad Neuenahr – bei aller Wehmut, die viele Prozessautomatisierer in diesem November sicher heimsucht: Trotz ungewohntem Ambiente war die Stimmung bei den rund 200 Teilnehmern der Online-Light-Variante der diesjährigen Namur-Hauptsitzung gut. Der neue Namur-Geschäftsführer Nils Weber (Bayer), dessen Start im neuen Amt quasi mit Pandemiebeginn im Homeoffice startete, sieht in der neuen Form durchaus Chancen: „Auch wenn der gemeinsame Schnack am Abend fehlt, arbeitet man fokussierter und der Aufwand ist geringer.“

Und fleißig waren die Namur-Arbeitskreise in den zurückliegenden zwölf Monaten seit der letzten Hauptsitzung – auch unter Corona-Bedingungen. „Viele Bausteine fallen jetzt zusammen, wie APL, NOA, MTP und die Verwaltungsschale“, so Namur-Vorstandsvorsitzender Dr. Felix Hanisch (Bayer) in seiner Eröffnungsrede. So stünden im Augenblick lediglich 10 % der Felddaten für die weitere Nutzung zur Verfügung, im nächsten Jahr mit APL werden es 100 % sein. Dazu kommt das NOA-Konzept, mit dem schnell – auch ohne Prozessleitsystem – wichtige Daten zur Verfügung stehen. Mit MTP können diese neuen Formen orchestriert werden. Schlussendlich wird mit der Verwaltungsschale die Industrie 4.0-Vision endgültig Realität. „Die Namur ist in jedem Fall Beschleuniger dieser Technologien“, ist Hanisch überzeugt.

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Wer bringt Struktur in die Daten?

Was in wenigen Sätzen skizziert ist, bedeutet in der Realität jedoch jede Menge Detailarbeit seitens der zahlreichen Namur-Arbeitskreise, etwa beim Stichwort Datenmodelle. Einen Einblick in die Komplexität von Informationsmodellen gaben Andreas Schüller (Yncoris) und Wilhelm Otten (Evonik). „Wir brauchen herstellerübergreifende Datenmodelle, weil wir immer noch zu fragmentiert arbeiten“, so Wilhelm Otten, der seine persönliche Erfahrung teilte: „Bei Evonik habe ich mit 164 verschiedenen Systemen gearbeitet.“ Seiner Meinung nach wird ein strukturiertes Asset-Life-Cycle-Modell benötigt, also quasi ein digitaler Zwilling in der Prozessindustrie. Dabei ginge es nicht um das Engineering allein, sondern die Begleitung eines Assets im Laufe seines Lebens. Die bisherigen Systeme geben einfach keinen Raum, um solche Veränderungen einzubringen.

Erfolgsmodell Dexpi

Dabei sind einige Hausaufgaben schon erledigt. So startete das Datenmodell Dexpi (Data Exchange for the Process Industry) vor sechs Jahren. Damals ging es in erster Linie darum, R&I-Zeichnungen in ein standardisiertes digitales Format zu bringen und international zu normieren. Dieses wurde Schritt für Schritt erweitert. Heute ist es möglich, aus dem CAE-System die Daten in das SAP-System per Knopfdruck zu transferieren. Die Companion Specification für OPC UA für Dexpi 1.2 wurde im September 2020 veröffentlicht und demnächst soll Dexpi in die Verwaltungsschale integriert werden.

Auch zwischen Cfihos (Öl und Gas-Branche) und Dexpi startete die Zusammenarbeit, gleiches gilt für die Abstimmung zwischen ecl@ass, IEC 61987 und PA-DIM. Dagegen gestaltete sich die Integration von MTP in Dexpi technisch schwieriger. Dennoch befinde man sich auf einem guten Weg, so das positive Resümee von Otten und Schüller.

Unterstützung bei MES-Projekten

„Alle, die sich schon einmal mit MES-Projekten befasst haben, wissen: das kann beliebig komplex werden“, sprach Udo Enste (Leikon) sicher vielen Teilnehmern aus der Seele. Zusammen mit Nicolas Teska (Spiratec) präsentierte er die bisherigen Arbeiten des AK 2.4 „MES“, die in einem MES-Leitfaden mündeten, umgesetzt als Wiki zur Planungsunterstützung von MES-Projekten.

Mit diesem MES Wizard bekommen Planer, Projektierer und Betreiber von MES-Lösungen wertvolle Impulse, um welche typischen, wiederkehrenden Fragestellungen sie sich kümmern müssen, z.B. zur Spezifikation, Projektierung, Implementierung und die anschließende Systembetreuung von MES-Lösungen. „Denn nur, wer die richtigen Fragen stellt, findet adäquate Antworten und Lösungen“, so die beiden MES-Experten. Dabei orientieren sich die Fragen an den in der IEC 62264 definierten Funktionen und berücksichtigen zudem systemtechnische Aspekte, die für den Entwurf der benötigten IT-Infrastruktur relevant sind.

Die für einen Anwendungsfall relevanten Fragen können vom Anwender individuell extrahiert und in Form eines pdf-Dokuments exportiert werden. Am besten selbst ausprobieren!

Wie fit sind meine Komponenten?

Antworten auf diese Frage sollen Vitaldaten und Parameterwerte geben und zwar in Form des Namur/ZVEI-Modells zur prädiktiven Instandhaltung. Frank Grümbel (Lanxess) gab einen Einblick in die neuesten Entwicklungen vor allem aus Sicht der Prozessanalysentechnik. Damaliger Treiber, überhaupt über solche Dinge nachzudenken, war die Tatsache, dass in diesem Umfeld eher Industrie 0.4 galt. „Wir brauchen Live- und Vitaldaten direkt aus dem Feld und wir brauchen die Dokumentation dort, wo sie gebraucht wird“, mahnte Grümbel. Weitere Wünsche wären u.a. ein Remote-Zugang, um etwa schnell einen Experten an der Hand zu haben.

Die Umsetzung verlangt Standards – und zwar seitens Anwender und Hersteller –, ein gemeinsames Konzept zur Datensicherheit sowie eine eindeutige Semantik. Daraufhin wurden vor rund einem Jahr Arbeitsgruppen bzw. Teams von ZVEI und Namur gebildet, wobei im Fokus erst einmal die Parameter TOC, pH-Wert und CGA standen. Bereits jetzt wurde eine gemeinsame Roadmap zur Integration in das Equipment vorgestellt. Noch sind nicht alle Aufgaben erledigt. So arbeiten die Herstellerunternehmen derzeit an einer OPC UA-Schnittstelle in den Messinstrumenten der zukünftigen Generationen. Aber „PATologe“ Grümbel träumt schon heute von den sich hieraus ergebenden Möglichkeiten, wie einem einfachen Datenmanagement zur Know-how-Konservierung, einem Plug & Play jeder Messtechnik in Anlagen, von einem Datensammeln in Echtzeit und von einer prädiktiven statt einer reaktiven Instandhaltung.

Einige dieser Träume haben schon den Sprung in die Realität geschafft, wie Dr. Martin Gerlach aufzeigte. Für die Zukunft wollen sich die Mitglieder des Arbeitskreises Gaswarn- und NIR-Geräte sowie die Gaschromatographie vornehmen.

Wohin geht die Reise bei Sensoren?

Einen erweiterten Blick auf die Zukunft von Sensoren stellte Michael Maiwald (BAM) vor. U.a. bedarf die Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ einer Aktualisierung. Schließlich ermögliche die Digitalisierung, bisher getrennte Bereiche miteinander zu vernetzen und zunehmend komplexere Abläufe sicherer zu handhaben, zu steuern und zu optimieren. Auch das Thema autonome Produktion rückt in den Fokus. Dies sorge für sichere und effiziente Herstellung international wettbewerbsfähiger Produkte.

Weiter stehen die vereinfachte Bedienung mit mobilen Endgeräten, neue Services durch Cloud-Dienste und neue Automatisierungs-Topologien im Blickpunkt. In Zukunft soll daher alle vier bis sechs Jahre die Roadmap überarbeitet werden. „Im Augenblick befinden wir uns in einem Technologiewandel in der Produktion der Prozessindustrie, der voraussichtlich modulbasiert sein wird. Das wird aber nicht über Nacht geschehen“, so Maiwald.

Die richtigen Beziehungen aufbauen

Gib den Daten einen Kontext: Diese, zugegeben nicht ganz neue, Forderung stellten Udo Enste (Leikon) und Christina Benthack (BASF), stellvertretend für den AK 2.4. Das Thema ist besonders für MES extrem wichtig. Bei vielen Anwendungen fehlt einfach der Bezug zum Kontext, wie Benthack deutlich machte. Zum Beispiel wird es im Falle eines Qualitätsproblems bei stark vernetzten Prozessen oft schwierig, die Ursache zu finden. Liegt es an den Rohstoffen? Oder an den Einstellungen im Produktionsprozess? Oder aber an den Lagerungsbedingungen? Wie lassen sich hier die relevanten Datenpunkte in den verschiedenen Datenbanken finden und verknüpfen?

Auch bei der Apparate- und Gerätediagnose sieht Benthack Potenzial. Es böte sich zum Beispiel an, ein zentrales Monitoring auch über Standorte hinweg einzuführen. Hierzu würde sich ein Vergleich von echter Performance mit Kennlinien anbieten, die das Erkennen von Anomalien erleichtern und vor allem rechtzeitig alarmieren.

Außerdem finden sich an einem Chemiestandort viele interessante Zusammenhänge, die aber noch nicht genutzt werden. Um nur einige Beispiele zu nennen: Es gibt zeitliche Zusammenhänge (Tag, Schicht, Reinigungszyklus, Lagerdauer), Umgebungszusammenhänge (Zugehörigkeit zu Werk oder kaufmännischen Organisationseinheiten, Fließrichtungen bei Energie- und Stoffströmen), der semantische Zusammenhang (Bezug zu Typmodellen, also Anlagen- oder Prozesstypen) und der Situationszusammenhang (Betriebszustand, Wetter, Rohstoffqualitäten, Batch-IDs oder Bearbeitungsphasen).

Auch bei vielen Ad-hoc-Fragestellungen ist der Kontext häufig nicht gepflegt. Produktionsdaten liegen typischerweise in einer Vielzahl von IT-Systemen vor. „Viele Beziehungen gehen aber im Laufe der Zeit verloren“, beschreibt Enste die Realität. Insbesondere ist der Kontext zum Zeitpunkt der Datenpflege nicht bekannt. Dieser Zusammenhang ist jedoch eine wesentliche Voraussetzung zur Echtzeitoptimierung und Produktionsdatenanalyse. Im nächsten Schritt sollen daher konzeptionelle Lösungsvarianten erarbeitet und Lösungsansätze evaluiert werden.

„Die wollen wir haben!“

Unter dem prägnanten Titel „Wie die modulare Produktion und die VDI/VDE/Namur 2658 die Weltherrschaft an sich reißen“ gaben Leif Jürgensen (Schneider Electric) und Michael Henter (Spiratec) einen Einblick in die Arbeiten und Ergebnisse der Arbeitsgruppe „Process Orchestration“. In Form eines interaktiven Dialogs nahmen die beiden Experten die Teilnehmer mit auf eine Reise vom aufwändigen „Engineering damals“ mit Konstrukteuren am Reißbrett in statischen Mono-Anlagen hin zum „Engineering heute“, dem Zeitalter der modularen Produktion.

Modularisierung von Prozessanlagen

So geht modularer Anlagenbau: aus dem Erfahrungsschatz erfolgreicher Pilotprojekte

Fakt ist: Bei der Integration der PEAs (Process Equipment Assembly) in heutige POLs (Process Orchestration Layer) sind wir schon sehr weit. Schöne modulare PEA-Welt, „aber was ist mit der POL?“, stellte Jürgensen die Kernfrage. Er sieht hier noch viel Potenzial – wirklich vollständige Orchestrierungssysteme gäbe es am Markt kaum – und zählt die Anforderungen an zukünftige POLs auf. Von einer benutzerfreundlichen Modulverwaltung über flexible Topologien sowie Plug & Produce bis zu den Themenkomplexen Datenintegrität, Vernetzung, Cloud sowie Safety & Security – die Aufgabenliste fällt nicht gerade kurz aus.

Modularer Anlagenbau

Träume sind doch keine Schäume: MTP macht den Weg frei für Modularisierung

Auf den Punkt gebracht: Mit dem Ziel einer kompletten Modularisierung der gesamten Prozesslandschaft über alle Ebenen „müssen wir bei der Weiterentwicklung der POLs neue Wege gehen“, sind sich Jürgensen und Henter einig. Beide wünschen sich eine Modularisierung jetzt auch auf der POL-Ebene. Die Vision zukünftiger modularer POLs ist nicht mehr und nicht weniger als die universale Schnittstelle. „Das ist die Weltherrschaft, die wollen wir haben“, so Jürgensen.

Man darf gespannt sein, was Schneider Electric hier im nächsten Jahr auf der Namur-Hauptversammlung als Sponsor präsentiert.

Mit Ethernet-APL in die digitale Zukunft

Seit Jahren wirbt die Namur für eine durchgehende digitale Kommunikation. Sven Seintsch (Bilfinger) und Marc Risser (BASF) machten sich in ihrem Workshop für Ethernet-APL stark. Ethernet-Technologien seien in vielen Automatisierungsbereichen längst Stand der Technik, so Risser, in der Prozessautomatisierung käme ihnen allerdings immer noch eine Exoten-Rolle zu. Die Gründe: Hersteller scheuen aufgrund fehlender Akzeptanz die hohen Investitionskosten, während Betreiber beim Thema Safety nicht vom Bewährten abweichen möchten. Doch das soll sich nun ändern: Mit APL (Advanced Physical Layer) steht die Einführung von Ethernet in der Prozessautomatisierung kurz bevor – und damit eine Enabler-Technologie, die mit der Verwendung von sicherheitsgerichteten Protokollen auch den Einsatz in PLT-Sicherheitseinrichtungen in der Prozessautomatisierung ermöglicht.

Ethernet für die Prozessautomatisierung

Ethernet-APL – warum jetzt Zeit zum Umdenken ist

Seintsch und Risser erläuterten am Beispiel von Profisafe, wie diese Technologie eingesetzt werden kann und stellten die daraus resultierenden Vorteile, aber auch die noch zu bewältigenden Herausforderungen vor. Dazu zählen u.a. Schutz der Feldgeräte gegen Manipulation, azyklische Diagnoseabfragen, eine eindeutige herstellerunabhängige Inbetriebnahmeprozedur und: „Wir wollen von den Herstellern, dass es nur noch ein Feldgerät für Non-safety- und Safety-Anwendungen gibt“, betont Risser. Um die Akzeptanz am Prozesssicherheitsmarkt zu erhöhen, bedarf es neben der Verfügbarkeit aller gängigen Messprinzipien und der Entwicklung nach IEC 61508 zudem begleitender Maßnahmen wie Schulungen, Installations- und Wartungrichtlinien. Last not least sei für die Rentabilität der Anlageninfrastruktur Voraussetzung, dass mindestens 80 bis 90 % der Feldgeräte über Ethernet-APL kommunizieren.

Was der Profinet-Architekt sich wünscht

Redundanzkonzepte bei Ethernet am Beispiel von Profinet erläuterten Sven Seintsch (Bilfinger) und Kai Krüning (BASF). Mit Ethernet basierten System wie Profinet lassen sich unterschiedlichste Redundanz Architekturen realisieren. Im Vortag konkretisieren Seintsch und Krüning die Anforderungen der Prozessindustrie und geben Empfehlungen für erste Implementierungen, auch unter Berücksichtigung zukünftiger APL Anwendungen. Dies vereinfache dem Anwender den Einstieg in die Technologie.

Dabei klar im Vordergrund die Verfügbarkeit und die Wartbarkeit der Anlagen. „Die Verfügbarkeit muss den Anforderungen der Anlage genügen“, so Krüning und warnt vor „One size fits it all“-Lösungen, die in der Realität zu selten passen. Die Wartbarkeit von Anlagen soll durch die klare Zuordnung der Funktionalität zu Teilanlagen vereinfacht werden, da sich der Kenntnisstand des Wartungspersonals voraussichtlich nicht großartig verändern werde. Der Tipp der Experten: Profinet Funktionalität sinnvoll einschränken und die Komplexität beschränken. Im Vortrag gaben die Referenten einige Hinweise an die Hersteller, welche technischen Möglichkeiten von Profinet vorrangig unterstützt werden sollen.

Einheitliche Datenstrukturen gegen OT-Schwachstellen

Über eine einheitliches Format für OT-Sicherheitswartung/OT-Security Advisory berichtete Hans-Detlef Winkel (Bayer) gemeinsam mit Andreas Harner (VDE). Harner berichtet über die Aktivität des CERT@VDE, des BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik), des Namur AK 4.18 und des ZVEI. Ziel sei es, den Aufwand für die Verwaltung von Software Schwachstellen durch Vereinheitlichung von Datenstrukturen drastisch zu reduzieren.

Die Grundproblematik beim Umgang mit Software-Schwachstellen ist die sich ändernde Beziehung von Hersteller zu Kunde (Anwender), die traditionell einer klassischen „Einbahnstraße“ entsprach, sich mittlerweile aber zu einem komplexen Netzwerk entwickelt hat. Dies sorge für viele Schwachstellen im Prozess. Der Lösungsansatz bestehe in einem gemeinsamen Datenformat welches das maschinelle Einlesen und Auswerten der Schwachstelleninformationen ermöglichen soll, so Winkel und Harner.

Liveblick in die Prozessanlage

Zum Abschluss wurde das NOA-Konzept diskutiert. Jan de Caigny (BASF) warf einen kurzen Rückblick auf die NOA-Aktivitäten des Jahres 2020. So mündete das vor vier Jahren vorgestellte Konzept, das im Prinzip einen Liveblick in die Prozessanlage ermöglicht, in diesem Sommer in der NE 175, die sich in der letzten Review-Runde befindet. Darin wird erklärt, wie die Architektur aussieht und welche Anforderungen gestellt werden. Der zweite Teil beschreibt die technischen Anforderungen an die NOA-Diode. Hinzu kommen betriebliche Aspekte.

Inzwischen steht das NOA-Informationsmodell (IM) für Feldgeräte bereit; das PA DIM wurde im Juni 2020 veröffentlicht. Ein neues IM für PAT ist ebenfalls in Arbeit. Der Bereich NOA Monitoring and Optimization Sensors eröffnet eine neue Welt für Zusatzsensoren. Im nächsten Jahr steht das NOA Verification of Request und der NOA Aggregation Server an. Weitere Aufgaben beziehen sich auf NOA und die Verwaltungsschale.

Sven Bayer (BASF) stellte ein erstes Pilotprojekt in der BASF vor, das mit NOA verwirklicht wurde. Der Scope des Pilotprojektes lag auf dem Generieren eines digitalen Zwillings der Feldgeräte und der automatisierten Korrelation mit den zur Verfügung stehenden Datenbanken. Das erste Fazit fiel positiv aus. Über 1000 Feldgeräte wurden erfolgreich angebunden – das entspricht im Prinzip einer ganzen Teilanlage. Allerdings gab Bayer auch zu bedenken, dass es noch kein ganz perfektes NOA-Konzept gibt. So war u.a. die Anbindung über OPC UA mit sehr viel Aufwand für die Betreiber verbunden.

Security for NOA

Ein Schlüsselfaktor für NOA ist das Thema Security. Markus Runde (BASF) und Christian Barth (Festo) stellten die Konzepte für die NOA-Security-Zonen und das NOA Security Gateway (NOA Diode) vor. „Trends sind connect everything with everything. Dem Security-Verantwortlichen kräuseln sich dabei die Nackenhaare“, so Runde. Auch hier müssen Service, Sicherheit und Verfügbarkeit weiter sicher zur Verfügung gestellt werden, und diese neuen Konzepte müssen sich in Brownfield-Anlagen implementieren lassen. „Letztendlich muss das Ganze auch handhabbar bleiben, und man muss die Kosten im Blick behalten“, mahnt Runde. „Selbst mit der Implementierung der NOA-Diode ist die Arbeit nicht getan, diese muss immer wieder an die Situation angepasst sein.“

Barth erläuterte das Grundgerüst der IEC 62443. So deckt NOA Basic die Anforderungen Security Level 1 und 2 ab; NOA Extended bezieht sich auf das Security Level 3 und 4 für größere Sicherheitsrisiken. Diese wird auch in die Namur-Empfehlung 177 einbezogen, die sich derzeit in der Endphase der Vorbereitung befindet. Derzeit wird überlegt, ein Demo Setup „Noa Security“ aufzusetzen. In einer Anlage von Bilfinger startet Ende des Jahres ein Pilotprojekt zum NOA Security Gateway-Devices, das auf verschiedenen OPC UA-Anbindungen basiert.

Ausblick

Zwar konnte das Online-Format die echte Namur-Hauptsitzung nicht ersetzen. Dennoch war es erneut eindrucksvoll, mit welchem Elan die verschiedenen Arbeitsgruppen die Entwicklung in der Prozessautomatisierung vorantreiben. Man darf also gespannt sein, was Namur und Schneider Electric auf der Hauptsitzung im nächsten Jahr, die unter dem Motto „Boosting Your Asset Lifecycle for Power and Process“ steht, gemeinsam vorbereiten. Dann hoffentlich auch wieder mit legendärem Vorabend, vollem Saal, Gedränge am Buffet, Face-to-Face-Networking auf einer stimmungsvollen Abendveranstaltung – kurzum wieder live in Bad Neuenahr.

Namur-Hauptsitzung 2019

Namur-Hauptsitzung: Eine gute Verbindung bringt vieles in Gang …

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