Namur-Hauptsitzung 2021 Neues im Feld, Roboter und Informationsmodelle – Prozessautomatisierung „wichtiger denn je“

Autor / Redakteur: Sabine Mühlenkamp / Wolfgang Ernhofer

Breiter könnte die ganze Welt der Prozessautomatisierung kaum erzählt werden, wie auf der – leider auch in diesem Jahr wieder virtuellen – Namur-Hauptsitzung. MTP, NOA, APL und jetzt auch noch Roboter beschäftigen die Automatisierungsexperten. Das PROCESS-Team war live dabei und hat die spannenden Nachrichten der letzten zwei Tage zusammengefasst.

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Neuer Look: Der Vorstandsvorsitzende Dr. Felix Hanisch zeigt auf der virtuellen Hauptsitzung 2021 stolz das neue Namur-Logo. Erstmals hat die Interessengemeinschaft auch einen eigenen Claim: „Turn Expertise into Excellence!“
Neuer Look: Der Vorstandsvorsitzende Dr. Felix Hanisch zeigt auf der virtuellen Hauptsitzung 2021 stolz das neue Namur-Logo. Erstmals hat die Interessengemeinschaft auch einen eigenen Claim: „Turn Expertise into Excellence!“
(Bild: Screenshot Namur Hauptsitung 2021)

„Die Namur ist ein Netzwerk von Menschen, deren Rolle wichtiger denn je ist“, mit diesen Worten begrüßte Namur-Vorstandsvorsitzender Dr. Felix Hanisch, Bayer, die rund 290 Teilnehmer der diesjährigen Namur-Hauptsitzung vor ihren Bildschirmen. Angesichts der wieder steigenden Corona-Zahlen war man froh, dass man sich bereits im Frühjahr erneut für die virtuelle Variante der Tagung entschieden hatte. Auch in Zukunft soll es eine Mischung aus Präsenz und virtuellem Treffen geben. „Neben der Interessenvertretung ist die Namur eine Know-how-Bündelung, die von einzelnen Firmen gar nicht mehr geleistet werden kann. Vor allem die Nachwuchsförderung brennt uns unter den Nägeln“, betonte Hanisch in seiner Eröffnungsrede. Technologisch seien die Aufgaben der Prozessautomatisierer ebenfalls nicht weniger geworden, wie zahlreiche Beispiele zeigten.

Daten mit Semantik anreichern

Die derzeitigen Automatisierungspyramiden funktionieren in sich hervorragend, sie sind aber zu unflexibel für neue Anwendungen. Will man weitere Daten neben der Basisautomation, also Regelung, Steuerung und Zustandsüberwachung, nutzen, um die Performance oder den Wert der Anlagen, Maschinen, Komponenten und Geräte zu verbessern, stoßen die Anwender an Grenzen. Für diese Welt reicht der Zugang über die SPS oder das Leitsystem längst nicht mehr aus.

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Auch ein PDF ist nicht besser als ein Stück Papier.

Dr. Andreas Schüller, Yncoris

Den Zugang zu diesen Informationen zu finden, ist angesichts der verschiedenen Informationsstränge in den Mitgliedsunternehmen, sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Ebene, komplex. „Darüber hinaus gibt es viele Prozesse, die nebenher laufen, wie die Instandhaltung oder das Engineering. Es müssen aber auch Daten von unterschiedlichen Partnern, wie Zulieferern und Kontraktoren, integriert werden“, beschreibt Dr. Andreas Schüller, Yncoris, die derzeitige Welt, in der jeder zwar Informationen benötigt, aber angesichts der Schnittstellenvielfalt verzweifelt. „In der Regel werden viele Daten hin- und hergeschaufelt, meist in Form von Excel-Tabellen, wobei viele Fehler passieren. Auch ein PDF ist nicht besser als ein Stück Papier.“

Der Ruf nach maschinenlesbaren Informationen wird daher immer lauter. Informationsmodelle haben den Vorteil, dass man Daten mit Semantik anreichern kann. Angesichts der Vielfalt und der Menge an Geräten im Feld ist es allerdings alles andere als einfach, den Datenzugriff und die Konfiguration benutzerfreundlich zu gestalten.

„Wir benötigen ein strukturiertes Asset Life Cycle Modell, also quasi einen digitalen Zwilling in der Prozessindustrie. Dabei geht es nicht nur allein um das Engineering, sondern die Begleitung eines Assets im Laufe seines Lebens“, nennt Schüller ein Beispiel und verweist darauf, dass man als Automatisierer nicht alleine unterwegs sei. Ein gelungenes Beispiel ist das Datenmodell DEXPI (Data Exchange for the Process Industry). In den Anfängen ging es lediglich darum, R&I-Zeichnungen in ein standardisierten digitales Format zu bringen und international zu normieren. Dieses wurde Schritt für Schritt erweitert. Heute ist es möglich, Daten per Knopfdruck aus dem CAE-System in das SAP-System zu transferieren.

Die Verwaltungsschale ist ein weiteres wichtiges Hilfsmittel in Richtung Standardisierung, da hier ein Meta-Modell definiert wird. Allerdings reiche das nicht aus, da die verschiedenen Untermodelle ebenfalls standardisiert werden müssen. Um diese Fülle an Aufgaben zu bewältigen, plädiert Schüller dafür, sich möglichst schnell mit Informationsmodellen zu beschäftigen.

Mit der Automatisierung zu mehr Nachhaltigkeit

Energieeffizienz, Reduktion der CO2-Emissionen und Ressourceneffizienz sind Themen, die naturgemäß für die Prozessindustrie auf der Agenda stehen. Doch dies ist für die Branche gar nicht so einfach, da klassische Strategien, wie Abschalten von Verbrauchern, der Umstieg auf grüne Energien oder ein Wechsel auf andere Verfahren gar nicht oder nur mit beträchtlichem Aufwand umzusetzen sind.

Dennoch will z. B. Bayer die CO2-Emissionen (eigene Standorte und zugekaufte Energie) um 42 Prozent bis 2030 reduzieren, die weiteren Emissionen sollen kompensiert werden. Anhand zweier Beispiele stellte Felix Buss, Bayer, den Weg dar. Dabei geht es erst einmal darum, Ziele zu definieren, um anschließend eine stufenweise Optimierung auf den Weg zu bringen. Aus diesen Maßnahmen ergeben sich Anforderungen an Digitalisierung und Automatisierung, die speziell für die Prozessindustrie dargestellt wurden.

Wir müssen uns verändern und die Automatisierung als Enabler nutzen.

Stefan Krämer, Bayer

„Es ist kein einfacher, aber ein lohnender Bereich für Innovation“, so Felix Buss. Die Rahmenbedingungen sind herausfordernd angesichts langer Anlagenlebensdauern und hoher Verfügbarkeitsanforderungen. „Wir müssen uns verändern und die Automatisierung als Enabler nutzen“, ist sein Bayer-Kollege Stefan Krämer überzeugt. Ein Ansatz: über Informationsmodelle lassen sich mithilfe von KPIs Prozesse optimieren, gleiches gilt für APL, NOA, MTP und Verwaltungsschalen. „Hier könnte man 100 Prozent der Daten für die Prozessoptimierung im Hinblick auf Energieeffizienz oder auch Monitoring und Optimization nutzen“, so Krämer. Schließlich sind alle notwendigen Konzepte und Methoden der Automatisierung vorhanden und beschrieben. „Wir müssen sie nur einsetzen!“, bekräftigt Krämer.

Natürlich durfte das große Thema Ethernet-APL nicht fehlen. Lesen Sie weiter auf der nächsten Seite.

APL startet durch

APL als physikalische Schnittstelle für Feldgeräte steht unmittelbar vor der Einführung. Auch PROCESS verfolgt das Thema seit Anbeginn: Warum sich jetzt der Umstieg auf APL lohnt. Vorteile sind die Transparenz von Ethernet bis in die Feldebene und die hohe Geschwindigkeit der Datenübertragung. Erste erfolgreiche Tests bei Anwendern haben bereits stattgefunden (Hier lesen Sie alles über das APL-Pilotprojekt bei der BASF).

Sven Seintsch, Bilfinger Engineering & Maintenance, berichtete von seinen Erfahrungen, aber auch von den offenen Flanken. Dennoch: „Der erste Eindruck ist wirklich positiv.“ Wesentlicher Erfolgsfaktor des zukünftigen Kommunikationsmediums in der Feldebene wird seiner Meinung nach sein, neben der physikalischen Schnittstelle die Funktionalität, Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit des Gesamtsystems zu beachten. Die hierfür notwendigen Anforderungen hat der AK 2.6 in verschiedenen Positionspapieren und Namur-Empfehlungen veröffentlicht und mit Herstellern und Organisationen diskutiert. Darin werden sowohl bevorzugte Topologien, Kommunikationsprotokolle, Geräteintegration sowie die zukünftigen Anforderungen an die Anwendung von APL-Geräten in der funktionalen Sicherheit betrachtet.

Wir haben jetzt eine Datenautobahn.

Sven Seintsch, Bilfinger Engineering & Maintenance

„Wir haben jetzt eine Datenautobahn. Bei den Echtzeit-Protokollen haben wir uns für Profinet und Ethernet IP entschieden. Diese haben sich in der Fertigungsindustrie bewährt und verfügen über Safety-Protokolle“, so Seintsch. Auch das Thema Geräteintegration wird die Anwender weiter begleiten. Die Integration über Webserver alleine ist seiner Meinung nach lediglich eine unterstützende Option. So muss beispielsweise im Rahmen von Inbetriebnahmen eine Offline-Konfiguration weiter möglich sein. Und auch für APL ist FDI als Geräteintegration zwingend erforderlich. Hilfreich wäre es zudem, wenn die FDI Profile Device Packages in allen Leitsystemen als Standardbibliothek verfügbar wären. Hier liefert Sven Seintsch erste Vorschläge, wie sich das Gerätemanagement erleichtern lässt.

Trotz der noch offenen Wünsche: „Wenn Ethernet APL, FDI und Profinet/Ethernet IP zusammenarbeiten, wird das APL-Projekt erfolgreich sein“, so das positive Fazit von Seintsch.

MTP auf der Überholspur

Vor knapp zehn Jahren wurden die ersten Anforderungen für die modulare Automation definiert. Zwei Jahre später stellte Wago das Dima-Konzept inklusive der Begriffsbezeichnung MTP vor, worauf die Namur und der ZVEI gemeinsame Arbeitskreise gründeten. Und diese Arbeitskreise waren im vergangen Jahr fleißig. Nachdem die Punkte HMI und Alarm Management abgearbeitet wurden, standen nun Maintenance, Safety Security und Process Orchestration Layer im Fokus. Hier wurden jede Menge Namur-Empfehlungen finalisiert oder auf den Weg gebracht. z. B. NOA Information Model NE176, NOA Security Zones and Security Gateway NE 177, NOA Verification of Request NE 178 und der NOA Agggregation Server in der NE 179. Das Thema Orchestrierung bekam sogar einen eigenen Arbeitskreis „AK 2.12 – Process Orchestration“.

Obwohl noch nicht alles bis ins Detail ausgearbeitet ist, können erste Pilotprojekte mit MTP starten, durchaus auch in Brownfield-Anlagen. Allerdings, so Axel Haller vom ZVEI, müsse für die Hersteller ein Anreiz da sein, um es anzubieten: „Wir benötigen Anfragen aus der Prozessindustrie, um mit dem Thema zu starten.“ Wo MTP in der Praxis bereits funktioniert, lesen Sie hier.

Die Technik ist nun vorhanden, für die Etablierung einer neuen Technologie müssen jedoch noch weitere Arbeiten umgesetzt werden. „Standardisierung, Internationalisierung, Training, Marketing, Messen, Zertifizierung wollten wir in Hände legen, die mehr Erfahrungen damit haben“, zählte Ulrich Christmann, Lanxess, die Gründe auf, warum Profibus & Profinet International (PI) ab sofort MTP hostet. Seit 30 Jahren ist PI Spezialist für offene Kommunikation und sieht sich als Vermittler zwischen Menschen und Technologien – und dies weltweit. Damit sind die Grundlagen geschaffen, um MTP großflächig auszurollen.

Engineering-Prozess mit konsequenter Nutzung von Informationsmodellen

„Das Thema Digitalisierung brennt uns gerade beim Engineering unter den Nägeln“, so Gerd Schöbel, Bayer. Engineering-Workflows sind immer noch auf Dokumentenebene abgebildet, d. h. Arbeitsergebnisse werden durch Revisionsstände in Dokumenten beschrieben. Die verschiedenen Gewerke und Werkzeuge führen über die einzelnen Projektphasen zu einer Fülle von Dokumenten. „Allein in unserem Kernprozess haben wir 500 Dokumentenarten, das macht das Ganze so schwierig“, beschreibt Schöbel den Alltag.

Seine Wunschvorstellung: In einer vollständig digitalen Welt sollen die Daten im Mittelpunkt stehen, die in integrierten Engineering-Tools vorliegen bzw. über standardisierte Schnittstellen auf Basis von Informationsmodellen zwischen Engineering-Tools ausgetauscht werden. Zukünftig sollten die interdisziplinären Workflows auf Objektebene abgebildet werden. Neben Senkung der Kosten ist vor allem die Verkürzung von Projektlaufzeiten ein wichtiger Grund für das Vorantreiben von digitalen Prozessen im Engineering-Prozess. Derzeit wird ein Ansatz zur Definition für den Workflow im PLT-Engineering-Prozess auf Basis von Objekten, der auf Informationsmodellen basiert, erarbeitet. Wie man das Thema anpacken kann, wurde an einer Spezifizierung einer Temperaturmessung gezeigt.

Der bisherige Ansatz soll weiter ausgearbeitet werden und eine Dokumentationsform festgelegt werden. Dabei soll auch der Austausch mit weiteren Gremien zur Integration anderer Gewerke aufgenommen werden. Ziel ist ein dokumentierter Workflow, der für interne Prozessdefinition bei Engineering-Organisationen und als Vorlage für Software-Hersteller genutzt werden kann.

Anforderungen an die IT-Sicherheit von Fernzugriffen

Christopher Tebbe, Wago, stellte die derzeitigen Herausforderungen in Bezug auf die IT-Sicherheit von Fernzugängen vor. „Alles ist überschaubar, wenn es nur eine Anlage gibt, bei mehreren wird das Ganze sehr unübersichtlich“. Das fängt bei einem unterschiedlichen Verständnis von Begriffen an, reicht über die Heterogenität eingesetzter Fernzugriffslösungen und endet beim stetigen Wandel der Technologien und Konzepten. Dies alles kostet viel Energie und bremst die Möglichkeiten aus. Die neue NE 135 „Anforderungen an die IT-Sicherheit von Fernzugriffen“ soll die Anforderungen an alle relevanten Rollen aus Sicht des Betreibers abbilden. „Eine Vereinheitlichung der Fernzugriffe zwischen den Betreibern bedeutet auch eine Erleichterung für die Dienstleister“, ist Christian Haul, BASF, überzeugt. Ergänzt wird die Empfehlung mit Tipps für die Umsetzung, etwa bei der Einführung, im Betrieb und – nach erledigter Arbeit – beim Abbau der Fernzugriffslösung.

Damit endete der erste Tag der Namur-Hauptsitzung 2021. Am zweiten Tag ging es direkt ins Feld der Sensorik. Weiter auf der nächsten Seite ...

Und was tut sich im Feld?

Traditionsgemäß wurde zum Start des zweiten Tags der Namur-Hauptsitzung der Namur Award an Michelle Blumenstein, Helmut Schmidt Universität Hamburg, verliehen. Ihre Arbeit beschäftigte sich damit, wie man zwei scheinbar verschiedene Welten am Beispiel des Open Process Automation Standards aus der Öl/Gas-Industrie und der VDI/VDE/Namur 2658, die ihre Anfänge in der Spezialchemie hatte, verbindet.

Doch nun zu den Sensoren, genauer gesagt zu den M+O (Monitoring + Optimization)-Sensoren. „Der Begriff M+O fällt immer häufiger, ist aber für viele noch etwas unkonkret“, erklärt Thomas Mayer, BASF. Diese Sensoren sind ein zentraler Baustein der NOA (Namur Open Architecture) und ermöglichen neue Anwendungen bei der Digitalisierung von Produktionsanlagen. Ziel ist es, Zusatzinformationen zu gewinnen und diese zu verarbeiten – und zwar unabhängig von der Kernautomatisierung. „Bei M+O befinden wir uns in einer Parallelwelt“, bekräftigte Mayer.

Dabei geht es um die einfache Integration von Industrie 4.0-Anwendungen mit Zusatz-Sensorik, z. B. um Produktionsprozesse transparenter und effizienter zu gestalten. Anwendungen sind etwa die Überwachung neuer Komponenten, die Einbindung von temporären Messungen über Clamp-on oder die Überwachung von Gebäuden, elektrischen Anlagen und Assets, wie das Tracking von Behältern. Bereits in der Praxis erprobt ist etwa die Anomalie-Erkennung von Wärmetauschern über Modelle oder die vorausschauende Erkennung von Motorschäden an Pumpen mit Vibrationssensoren. Auch die Reduzierung von Rundgängen, indem Wireless-Manometer in die Sensorlandschaft integriert werden, oder eine Stellungsrückmeldung von Handarmaturen via Funk sind interessante Use Cases.

„Allerdings haben wir hier eine neue Art von Sensoren, die sich deutlich von den M+C-Sensoren unterscheiden“, bekräftigte Leonore-Sophie Keil, BASF. „Die überarbeitete Namur-Empfehlung 183 soll daher ein Leitfaden für Anwender und Hersteller sein.“

Alternative Wege bei der Auswahl von Feldgeräten für PLT-Sicherheitseinrichtungen

Die Sicherheit von Geräten stand im Mittelpunkt der ebenfalls derzeit in Überarbeitung befindliche NE 130. Bei PLT-Sicherheitseinrichtungen überwiegen die systematischen Fehler, die beherrscht werden müssen. Dies geschieht durch den Einsatz betriebsbewährter Geräte, eine erhöhte Redundanz und mit Geräten, die nach der IEC 61508 zertifiziert sind. Zufällige Fehler versucht man durch SIL-Berechnungen oder ein Vermeiden von zu viel Komplexität auszumerzen. Insbesondere die Betriebsbewährung trägt wesentlich zur Sicherheit bei, da sie den Nachweis der Freiheit von systematischen Fehlern erbringt und Aussagen zur Gerätestabilität trifft.

Herausfordernd für die Anwender ist, dass die IEC 61511-1 nur grundsätzliche Anforderungen zum Thema Betriebsbewährung enthält. Sie wird ergänzt durch die IEC 61508 und die VDI-Richtlinie 2180. „Zusammen bietet sich viel Interpretationsspielraum für jeden Anwender“, so die Praxiserfahrungen von Hayriye Yazici, Bayer. Daher befindet sich die NE 130 aktuell in der Überarbeitung und dient als Hilfestellung für den Anwender. Vor allem zeigt sie alternative Wege auf.

So kann Prior Use nach IEC 61511 gewählt werden, wenn der klassische Weg nicht funktioniert, dafür aber das Gerät in der Praxis auf Herz und Nieren geprüft wird. Voraussetzung sind zehn Geräte, die mindestens ein Jahr und mehr als 100.000 Betriebsstunden im Betrieb sind. Hintergrund ist, dass nicht jeder Standort Ressourcen für eine Typprüfung im Labor hat.

Eine andere Alternative, wenn keine Betriebsbewährung nach dem Namur-Konzept oder dem Prio Use nach 61511 möglich ist, besteht in der Geräteentwicklung nach DIN EN 61508. Hier erfolgt die Zertifizierung von einer unabhängigen anerkannten externen Prüfstelle. Darüber hinaus soll in Einzelfällen auch eine applikationsgebundene Betriebsbewährung möglich sein, ebenso wie Sonderzulassungen. Dies gilt etwa für baumustergeprüfte Komponenten oder Ventile, die nicht nach der Druckgeräterichtlinie zertifiziert sind. Allerdings ist diese Zulassung nicht einer Betriebsbewährung gleichzusetzen, sondern gilt nur für eine bestimmte Anwendung. „Eine Verallgemeinerung ist nicht möglich“, betonte Yazici.

Fehler systematisch erfassen

Das Thema funktionale Sicherheit treibt die Branche weiter um. Vor zwanzig Jahren startete man mit der Stördatenerfassung im Rahmen der NE 93, seit fünf Jahren ist man mit dem Tool Namur.smart unterwegs. „Das Tool erfasst die Daten entsprechend der NE 93, darin sind mittlerweile mehr als 100.000 PLT-Einrichtungen mit Sicherheitsfunktionen und mehr als 250.000 Geräten erfasst. Die Fehlererfassung nimmt auf breiter Ebene zu“, berichtete Dirk Hablawetz, BASF, über den Erfolg des Tools. Darin werden Fehler bei Sicherheitsfunktionen und in Geräten erfasst. Ziel ist es, Fehlermuster, Schwachstellen bei Geräten in verschiedenen Anwendungen und im funktionalen Sicherheitsmanagement zu erkennen. Daraus können optimale Prüfzyklen festgelegt oder die Gebrauchsdauer abgeleitet werden. Dies ist auch wichtig in Bezug auf den Bestandsschutz.

Qualifikation und Training sind wichtige Punkte, mit denen wir uns in Zukunft näher beschäftigen müssen.

Dirk Hablawetz, BASF

Besonders interessant: Daraus lassen sich KPIs entwickeln, die einen Indikator für die Zuverlässigkeit der Geräte darstellen können. Die in PLT-Sicherheitseinrichtungen eingebauten Geräte arbeiten in der Regel sehr zuverlässig. Bedarf gibt es bei der Vermeidung von systematischen Fehlern, sprich dem Umgang mit den Geräten. „Qualifikation und Training sind hier wichtige Punkte, mit denen wir uns in Zukunft näher beschäftigen müssen. Dies gilt umso mehr, da die Geräte komplexer werden“, so Hablawetz. Denn die Erfahrung zeigt: Der Anteil der Fehler am Gerät ist geringer als der Anteil der Fehler, die mit der Handhabung zu tun haben. Zudem zeigt sich bei der Fehleranalyse in der Aktorik: Je mehr Elektronik hier ins Spiel kommt, desto häufiger kommt es zu zufälligen Fehlern.

Roboter in Chemieanlagen?

Apropos neue Wege: Mit Tag 2 der Namur-Hauptsitzung 2021 startet die Open Innovation Challenge „Produktions-Service-Roboter für Chemieanlagen und -standorte“. Carl-Helmut Coulon von Invite stellte den Wettbewerb vor, der unter der Schirmherrschaft der Namur steht. In Zukunft sollen Roboter regelmäßige Inspektionen und andere Aufgaben in chemischen Produktionsanlagen übernehmen. Dafür suchen BASF, Bayer, Boehringer, Merck und Wacker Teams aus der ganzen Welt, die in den nächsten zwölf Monaten der Welt zeigen wollen, wie nah ihre Technologie an dieser Vision ist. Die Systeme müssen in einer 36-m2-Umgebung ihr Können unter Beweis stellen. Die Roboter müssen navigieren, Daten erfassen, einfache Manipulationen ausführen und den Transport übernehmen.

Sechs Bewerber werden von den Projektpartnern ausgewählt, um ihre Technologie auf der Achema 2022 und in einem abschließenden Wettbewerb im vierten Quartal 2022 zu präsentieren. Insgesamt werden 105.000 Euro an Preisgeldern an die teilnehmenden Teams vergeben.

Die Initiatoren sind sich einig, dass es unglaublich attraktiv wäre, wenn ein Roboter rund um die Uhr in der gesamten Anlage Inspektionsaufgaben übernehmen und automatisch Proben ziehen würde. Dagegen stehen im Augenblick noch die Wirtschaftlichkeit, obwohl die Technik verfügbar ist. „Wir suchen also eine wirtschaftliche Lösung, die modular, flexibel und skalierbar ist“, beschrieb Coulon die Anforderungen. Hier geht es zur Ausschreibung. Die Finalisten sollen sich bereits im April 2022 in Halle 11 auf der Achema präsentieren.

Einen Einblick gibt es bestimmt auch auf der nächsten Namur-Hauptsitzung, die unter dem Motto „Sustainable Lifecyle Risk Management“ steht und von Hima gesponsert wird. Dabei verabschiedet sich die Namur aus Bad Neuenahr und trifft sich am 10./11. November 2022 in Düsseldorf/Neuss wieder.

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