Erschienen am: 22.05.2015, Ausgabe SPS-MAGAZIN ProzessAut 2015

Modulare Anlagen modular automatisieren

In der Prozessindustrie gehören modulare Anlagenkonzepte zum State-of-the-art. Allerdings verfügen die Package-Unit-Anlagen in der Regel nicht über gleichermaßen modulare Automatisierungsarchitekturen. Der Vorteil modularer Anlangen, sowohl bei der Anlagenprojektierung als auch beim Um- oder Nachrüsten, Zeit zu sparen, lässt sich darum kaum verwirklichen. Mit DIMA hat Wago zur Namur-Hauptsitzung im vergangenen November eine Methodik präsentiert, die dieses Manko löst und beweist, dass bereits heute die Forderungen der NE 148 in Gänze umgesetzt werden können.

Autor: Ulrich Hempen, WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG.


Bereits das von der EU geförderte F3-Konsortium hat sich 2009 mit Konzepten für modulare Produktionsanlagen in der Prozessindustrie auseinandergesetzt. Vereinfacht gesagt hat es gefordert, eine prozesstechnische Produktionsanlage solle sich nach dem Plug-and-play-Prinzip zusammenstellen lassen. Heute - mehr als fünf Jahre später - sind Package-Unit-Anlagen in Verbindung mit dezentralen Automatisierungskonzepten in der chemischen Industrie angekommen und etablieren sich zunehmend. Der Grad modularer Automationskonzepte ist jedoch ausbaufähig, denn nach wie vor gestaltet sich bei Package-Unit-Anlagen die Integration der einzelnen Anlagenmodule in die Leitebene der Anlage als sehr aufwendig. Die Spezifikation eines Moduls ist in der Regel proprietär aufgebaut. Für den Anlagenprojektierer erschwert das die Einbindung des Moduls auf der Programmierebene des Leitsystems. Häufig benötigt er für die Integration eine extrem umfangreiche Modulbeschreibung und muss dann gegen die Spezifikation des Moduls programmieren. Weil für eine vollständige Integration die Kommunikation zum Modul aufgebaut, die Dienste des Moduls in das Anlagenengineering integriert und das Modul-HMI eingebettet werden muss (damit der Betreiber aus der Anlage heraus sehen kann, was im Modul passiert), ist dieser Vorgang nicht nur aufwendig und zeitraubend, sondern auch extrem fehleranfällig. Bestehende modulare Anlagen bieten daher derzeit noch nicht die Vorteile, die eine dezentrale Automatisierung einer modularen Anlage verspricht, d.h. vor allem Geschwindigkeitsvorteile im Engineering. Globalisierung und insbesondere die Individualisierung von Konsumgütern erfordern eine flexible Produktion, die schnell um- oder nachgerüstet werden und somit kurzfristig auf sich ändernde Marktanforderungen reagieren kann. Der modulare Anlagenbau ist zwar auf dem Weg zur flexiblen Produktion, verliert derzeit jedoch seine Vorteile durch zentralistische Automatisierungssysteme. Zur Entfaltung der vollständigen Potentiale erfordert der modulare Anlagenbau daher eine modulare Automation.

Dezentrale Intelligenz für die Prozessautomation

Nicht von ungefähr hat die Namur 2013 ihre Empfehlung NE 148 veröffentlicht und damit explizit die Hersteller von Automatisierungstechnik aufgefordert, Konzepte für die Automatisierung modularer verfahrenstechnischer Anlagen zu entwickeln. Ihrem Anliegen deutlichen Nachdruck verliehen hat sie noch einmal damit, dass sie zu ihrer Hauptsitzung im letzten Jahr das Thema 'Dezentrale Intelligenz - Neue Wege in der Prozessautomatisierung' auf die Agenda gehoben hat. Hauptreferent auf der Veranstaltung war Wago - und das nicht von ungefähr. In der Prozessindustrie werden Produkte des Mindener Automatisierungsunternehmen gerne eingesetzt. Insbesondere das I/O-System 750. Für die Anbindung von Package Units eignet es sich deshalb besonders, weil es auf Basis seiner feldbusunabhängigen Koppler und Controller eine einfache Integration in das Prozessleitsystem ermöglicht und dank seiner mehr als 500 verschiedenen I/O-Module praktisch jedes Signal aus der Feldebene verarbeiten kann. Zusammen mit dem Engineeringwerkzeug e!Cockpit bildet es das Herzstück des DIMA genannten Ansatzes.

DIMA - Modulintegration ohne Programmieraufwand

DIMA steht für 'Dezentrale Intelligenz für modulare Anlagen' und reduziert die Komplexität, die Aufwendungen und vor allem die Fehleranfälligkeit im Rahmen des Anlagenengineerings deutlich. Dazu kapselt DIMA die Komplexität und Funktionalität des Moduls, sodass sich der Anlagenhersteller mit diesen Themen nicht mehr beschäftigen muss. Das Modulengineering erfolgt durch den Modulhersteller und das Anlagenengineering durch den Anlagenbetreiber. Der große Vorteil diese Ansatzes liegt darin, dass die dezentralen verfahrenstechnischen Module, wie Package Units, ohne Programmieraufwand in die überlagerte Leitebene zu integrieren sind. Die Integration erfolgt über eine in DIMA definierte Semantik, die auf einer diensteorientierten Kommunikation basiert. Das einzelne Modul muss so nicht mehr aufwendig im überlagerten Leitsystem programmiert werden, sondern wird lediglich über seine Dienste und zugehörigen Parameter angesprochen. Damit diese Dienste dem Leitsystem bekannt sind, bedient sich DIMA einer digitalen Beschreibungsmethodik für das verfahrenstechnische Modul. Das MTP (Module Type Package) ist somit die digitale Visitenkarte jedes einzelnen Moduls und sagt dem Leitsystem, welcher Modultyp zu integrieren ist, welche Dienste es zur Verfügung stellt und welche Visualisierung es in der Leitebene benötigt. Der Engineeringaufwand für den schnellen Tausch oder die Ergänzung von Modulen ist dadurch in der Leitebene auf ein Minimum reduziert.

Namur und ZVEI präsentieren 2016 erste Ergebnisse

Zusammen mit der Technischen Universität Dresden und der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg hat Wago die DIMA-Methodik exemplarisch umgesetzt und damit belegt, dass bereits heute grundlegende Methoden und Werkzeuge für eine Realisierung der NE 148 vorhanden sind. Damit die Lösung breite Anwendung findet und auch in Form eines Standards genutzt wird, wurde die DIMA-Methodik einem definierten Anwenderkreis zur Weiterentwicklung zur Verfügung gestellt. Im Frühjahr 2015 hat sich die Namur dazu entschieden, auf Basis des DIMA-Ansatzes eine standardisierte Integrationslösung zu entwickeln. Inzwischen haben sich die Namur mit Integration des ZVEI auf ein gemeinsames Vorgehen zur Weiterentwicklung des DIMA-Konzeptes verständigt. Ziel ist es, den vorgestellten prototypischen Ansatz in den Bereichen Prozedursteuerung/Batch, Visualisierung und Diagnose zu spezifizieren, sodass Produktentwicklungen Ende 2015 gestartet werden können. Zur nächsten Hauptsitzung der Namur im November 2016 planen Namur und ZVEI die Projektergebnisse gemeinsam zu präsentieren.