Ethernet für die Prozessautomatisierung
PI-Konferenz beleuchtet die zunehmende Konvergenz von IT und OT
-
Jörg Hähniche studierte Technische Kybernetik und Prozessmesstechnik und promovierte 1986 an der Technischen Universität Otto von Guericke Magdeburg im Fach Übertragungstechnik. Seit 2001 ist er bei Endress+Hauser Digital Solutions in verschiedenen Positionen tätig. Derzeit leitet er dort den Bereich „Innovation“ und ist Mitglied der Geschäftsleitung. Seit 2017 gehört er dem Vorstand der Profibus Nutzerorganisation (PNO) an. © Profibus Nutzerorganisation
CHEManager: Herr Hähniche, wie steht es um die Automatisierung in der Prozessindustrie und insbesondere um die Einbindung von Daten und Informationen aus dem Prozess in Asset Management-, Condition Monitoring- oder weitere IT-Systeme?
Jörg Hähniche: Heutige Leitsysteme in der Prozessindustrie unterstützen die einfache Anbindung von ergänzenden Tools, beispielsweise zur Optimierung, nur unter bestimmten Bedingungen. In der Regel setzt eine solche Einbindung einen aufwändigen Engineeringprozess oder die Schaffung entsprechender Schnittstellen voraus. Außerdem benötigen innovative Asset-Management-Konzepte höhere Bandbreiten. Ohne Ethernet-Unterstützung sind innovative Ansätze in der Branche daher nicht denkbar.
In der jüngsten Vergangenheit wurde daher eine ganze Reihe von Konzepten und Verfahren entwickelt. Bestes Beispiel ist NOA, die Namur Open Architecture, mit deren Hilfe neue Wege der Informationsbeschaffung und Verifikation beschritten werden. NOA kann genutzt werden, um ein Optimierungsprogramm für Ventile oder Instandhaltungswerkzeuge anzubinden, ohne in die bestehende Leitsystemstruktur einzugreifen. Das hat den Vorteil, dass teuer etablierte Produktionsverfahren unangetastet bleiben und dennoch weitere Daten zur Anlagenoptimierung bereitgestellt werden.
Das Ziel all dieser Konzepte ist ja die Prozessoptimierung und Qualitäts- und Produktivitätssteigerung. Was hat die Profibus Nutzerorganisation bzw. PNO dafür getan, diese Potenziale in der Prozessindustrie zu heben?
J. Hähniche: Wir haben im Rahmen unseres internationalen Dachverbands Profibus & Profinet International, kurz PI, in Bezug auf die Kommunikationstechnologie Profinet einiges getan. So wurde das ursprünglich für Profibus entwickelte Geräteprofil für PA Devices in der Version 4.0 erweitert und auf Profinet ausgeweitet. Dadurch werden die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie wie der einfache Gerätetausch oder das Eingreifen in die Anlage während des Betriebs in Verbindung mit der Nutzung von Ethernet erfüllt. Überdies erlaubt Profinet die Koexistenz anderer Protokolle im Netzwerk, etwa um Webserver-basierte Diagnose oder weitere Geräte bzw. Diagnosetools im selben Netzwerk zu betreiben.
„Etablierte Produktionsverfahren bleiben unangetastet und dennoch können zusätzliche Daten zur Anlagenoptimierung bereitgestellt werden.“
PI kooperiert zudem seit längerer Zeit mit der OPC Foundation mit dem Ziel der Nutzung von OPC UA Informationsmodellen in den Technologien von PI. So nutzt beispielsweise die von der PI in Kooperation mit der FieldComm Group tatkräftig vorangetriebene FDI-Technologie das Informationsmodell von OPC UA. Die dort schon angewandte Spezifikation OPC UA for Devices wird auch bei der Profinet-Abbildung herangezogen. Dank des schon immer offenen TCP/IP-Kanals bei Profinet-Netzen kann der OPC UA-Zugriff über die Steuerungen, Gateways oder auch direkt auf unterlagerte Geräte erfolgen.
Ganz entscheidend für die Akzeptanz von Ethernet-Lösungen in der Prozessindustrie ist deren Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen. Wie ist der heutige Stand der Dinge?
J. Hähniche: Die drei Organisationen FieldComm Group, kurz FCG, ODVA und PI sowie zwölf Industriepartner haben intensiv an einer 2-Draht Ethernet-Lösung für die Prozessautomatisierung gearbeitet.
Kürzlich hat sich die OPC Foundation dem Projekt angeschlossen. Das Konzept wurde vor zwei Jahren unter dem Namen Ethernet-Advanced Physical Layer, kurz APL, vorgestellt. Vor einem Jahr wurde der Standard IEEE Std 802.3- 2019 beziehungsweise 10BASE-T1L freigegeben. Dieser bildet die Grundlage für die Integration von Ethernet-APL in die Ethernet-Protokollspezifikationen. Eine weitere wichtige Kernaufgabe des APL-Projektteams ist es, die Interoperabilität von APL-Komponenten sicherzustellen. Dazu gehört die Spezifikation einer eigensicheren Kommunikation und Versorgung und dazugehöriger Profile, so dass Industrial Ethernet Feldgeräte in explosionsgefährdeten Bereichen bis Zone 0 bzw. Class I/Division 1 eingesetzt werden können. Gleichzeitig kann nun die Geräteentwicklung durchstarten; demnächst sollen die ersten APL-Produkte vorgestellt werden. Das Schöne daran: Diese Geräte werden unter anderem Profinet sprechen und in vorhandenen Netzwerke integriert. Die beteiligten Organisationen planen hierzu gemeinsam eine Live-Demo.
Besonders in der Prozessautomatisierung spielt die Integration von Sensordaten bis zur Cloud und die Kombination von FDI, der Field Device Integration, mit Ethernet eine wichtige Rolle. Wie ist es damit bestellt?
J. Hähniche: Die FDI-Technologie bietet heute alles, was Geräte- und Systemanbieter benötigen, um eine offene Geräteintegrationslösung für die Konfiguration, Diagnose, Asset-Verwaltung und Zuordnung von Geräteinformationen in die IIoT-Welt zu implementieren. Die Spezifikationen wurden als IEC-Standard veröffentlicht und weiterentwickelt, um kommende offene Architekturen wie NOA oder OPAS zu unterstützen sowie modernste Benutzeroberflächentechnologien bzw. HTML5 anzuwenden und Plattformabhängigkeiten zu überwinden. Konformitätstestspezifikationen und Testwerkzeuge tragen zur Gewährleistung der Interoperabilität bei. Profinet wurde frühzeitig als Profil in der EDDL-Gerätebeschreibungssprache verankert, so dass die Migration zu FDI keine zusätzlichen Spezifikationserweiterungen bedeutet. Diese Kombination ermöglicht es Geräteherstellern daher, sich bei der Integration industrieller Kommunikationsschnittstellen in ihre Geräte auf markterprobte Spezifikationen zu verlassen und bietet Sicherheit für die Anwender.
„Dem Einzug von Industrial Ethernet in der Prozessautomation steht nichts mehr im Weg.“
Die PI-Konferenz 2021, die vom 15. bis 18. März 2021 als virtuelle Veranstaltung stattfindet, steht unter dem Leitthema „Process Goes Digital“. Was werden die Schwerpunkte der Veranstaltung sein?
J. Hähniche: Die Konferenz adressiert einerseits die vielen Neuerungen und Fortschritte innerhalb der Prozessautomation im Zeitalter der Digitalisierung, anderseits beleuchtet sie die zunehmende Konvergenz von IT und OT und die Annäherungen zwischen Factory und Process Automation aufgrund gemeinsam genutzter Technologien. Mit den aktuellen Themen wie Informationsmodelle, Security, TSN, SPE und Ethernet-APL, IO-Link, omlox sowie 5G und Cloud-Anwendungen werden Interessenten und Nutzer der PI-Technologien angesprochen. Wir wollen Herstellern und Anwendern die Informationen vermitteln, um ihre eigene Digitalisierungsstrategie zu detaillieren und konkrete Maßnahmen abzuleiten. Deshalb kommen auf der Konferenz auch Hersteller und Anwender – zum Beispiel aus dem Kreis der NAMUR – zu Wort.
Wie lautet Ihr Fazit zu Ethernet in der Prozessautomatisierung?
J. Hähniche: Ethernet-APL ist ein Enabler für zusätzliche Anwendungen, wie NOA zeigt. Zusammen mit dem PA Profil 4.0 und NOA steht dem Einzug von Industrial Ethernet und damit dem Einzug von innovativen Ansätzen in der Prozessindustrie nichts mehr im Weg.
Mit der Kombination von FDI, PA Profil 4.0 und Ethernet-APL kann das NOA-Konzept seinen Nutzen voll ausspielen. Die enge Zusammenarbeit von PNO und NAMUR hat zu wesentlichen Innovationsschüben bei Profinet geführt, die es jetzt auch in der Anwendung umzusetzen gilt.
