Erschienen am: 17.04.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN Process Automation 2017

Profinet als Feldbus für die Prozessautomation

Priorität Investionsschutz

Für Operational Excellence in der Produktion geht es darum, die Prozesse am Optimum zu fahren und die Verfügbarkeit der Anlage dauerhaft sicher zu stellen. Dazu wird von den Feldgeräten erwartet, dass sie neben den Mess- und Stellwerten auch Statussignale für Wartung und Diagnose sowie Parametrierdaten übertragen, um ein umfassendes Plant Asset Management zu ermöglichen. Auch wenn die entsprechende NE129 aus dem Jahr 2009 stammt, ist Plant Asset Management heute immer noch fern davon, ein Standard zu sein. Hier kommen moderne Feldbussysteme, die Ethernet-basiert arbeiten, als Enabler ins Spiel.


Die zunehmend höheren Kommunikationsanforderungen werden durch den Einsatz intelligenter Feldgeräte (Waagen, Analysengeräte, smarte Transmitter) erfüllbar, bei denen eine teils konfigurierbare, teils parametrierbare Informationsverarbeitung innerhalb der Geräte qualitativ bessere Messsignale liefert und die nachfolgende Signalverarbeitung in den Controllern des Prozessleitsystems entlastet. Anders als beim analogen Einheitssignal (4 bis 20mA) besteht bei digitaler Signalübertragung die Möglichkeit, höher aufgelöste Signale zu übertragen und die Korrektheit übertragener Daten zu überprüfen. Die digitale Übertragung erfolgt grundsätzlich ohne Genauigkeitsverlust. Wollte man die zusätzlich verfügbaren Statussignale konventionell übertragen, würde der schon heute notwendige immense Verdrahtungsaufwand unrealistische Ausmaße erreichen. Auch die Namur betont in einer Pressemitteilung vom Dezember 2016 noch einmal, dass der Übergang zu Feldbussystemen die einzige Möglichkeit sein wird, diesem Problem zu begegnen.

Ethernet-basierter Prozess-Feldbus

Die Anwender der Prozessindustrie haben sehr konkrete Vorstellungen, was Feldbussysteme leisten müssen. Eine der Basisanforderungen, die bereits auf der Namur Hauptsitzung 2012 diskutiert wurden, ist das Plug&Play für Feldgeräte. Grundidee ist es, den Wechsel eines Feldgerätes quasi automatisiert durchzuführen. Dem neuen Gerät muss manuell der Einbauort zugewiesen werden, der Rest sollte automatisch ablaufen. Die Prozessautomatisierung stellt aber noch weitere Anforderungen an eine Automatisierungslösung. Die Anlagen sind komplex und oft aus mehreren Teilsystemen aufgebaut, sie sind groß und meistens weit ausgedehnt und haben eine Lebensdauer von 15 bis 40 Jahren. Die Produktionsprozesse müssen störungsfrei und ohne jede Unterbrechung (24/365) zum Teil über mehrere Jahre Laufen. Das erfordert eine flexible Kommunikationstopologie und robuste Verbindungstechnik sowie Redundanzkonzepte für kritische Funktionen. Eine weitere besondere Anforderung der Prozessindustrie (Chemie, Petrochemie, Gas u.a.) ist der Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen. Im Laufe des Lebenszyklus der Anlage werden häufig Modifikationen und Erweiterungen gemacht und demzufolge die Konfigurierung der Automatisierung geändert. Die in der Automatisierung zum Einsatz kommenden Kommunikationsprotokolle müssen diesen Anforderungen gerecht werden.

Profinet für die Prozessindustrie

Profinet ist kurzfristig in der Lage, in verfahrenstechnischen Anlagen eingesetzt zu werden. Die entsprechenden Funktionen und Produkte sind bereits verfügbar bzw. angekündigt. Es stellt für die Anforderungen der Prozessautomatisierung spezielle Funktionen bereit. Skalierbare Redundanzlösungen entsprechend der gestellten Automatisierungsanforderungen und das Ändern der Konfigurierung zur Laufzeit sind neue elementare Funktionen, die Einzug in die Automatisierungskomponenten finden. Unterlagerte Subsystem können nahtlos in das Automatisierungssystem eingebunden werden. Damit ist der Investitionsschutz für bestehende Anlagen und Instrumentierungen, z.B. mit Profibus PA, gewährleistet. Er ermöglicht ausgedehnte Verkabelungen, Explosionsschutz und die digitale Integration der Feldinstrumentierung in Leit- und Asset Management-Systeme sowie die Energieversorgung der Feldgeräte über den Bus mittels der physikalischen Schnittstelle Manchester encoded Bus Powered (MBP) gemäß IEC61158-2. Segmente vernetzter PA-Feldgeräte (Geräte mit implementiertem PA-Profil) können über eine Koppelkomponente (Link, Koppler, Proxy) an Profibus DP oder an Profinet angeschlossen werden. Damit bleibt Profibus PA die zukunftssichere Schlüsseltechnologie für die Prozessindustrie mit gesichertem Bestandsschutz.

Fazit

Profinet ist heute bereits ein etablierter Industriestandard und wird neben der Fabrikautomation auch in den sogenannten hybriden Industrien eingesetzt. Abfüllanlagen oder Mischapplikation können schon heute problemlos mit Profinet automatisiert werden. Dabei sind Frequenzumrichter, Automatisierungssysteme und dezentrale Peripherie mit Ethernet Derivaten verfügbar. Vorteile ergeben sich über den kompletten Lebenszyklus einer Anlage.