Industrielle Kommunikation

Trends für die Prozessindustrie

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  • Dr. Peter Wenzel, Geschäftsführer Profibus Nutzerorganisation

Durch die Integration und Nutzung unterschiedlicher Technologien wird Profinet in naher Zukunft eine einheitliche Lösung für die Prozessindustrie vom Feld bis zum Leitsystem bieten.

Prozesstechnische Anlagenbetreiber suchen kontinuierlich nach neuen flexiblen Produktionsmethoden und kundenorientierten Geschäftsmodellen. Dabei wird die Rentabilität als Schlüsselfaktor von industriellen Anlagen stets im Auge behalten. Insbesondere vor dem Hintergrund der Trends, die von Industrie 4.0 ausgehen, sind Kommunikationssysteme die Hauptantriebsfeder zur Rentabilitätssteigerung solcher Anlagen, welche in der Prozessindustrie im rauen Umfeld über Jahre hinweg ohne Unterbrechung funktionieren müssen.

Standardisierter und flexible ­Kommunikationsschnittstellen
Dabei muss sowohl das automatische Zusammenspiel verschiedener Systeme und Komponenten unterschiedlicher Hersteller kontinuierlich gewährleistet sein als auch müssen die Geschäftsprozesse zwischen Chemiekonzernen, Zulieferern, Kunden etc. optimal ablaufen. Hier versprechen die Diskussionen um Industrie 4.0, vernetzte Produktion und intelligente Kommunikation ein großes Potenzial an neuen Methoden, Vorgehensweisen und Technologien. Das Maß für einen wirtschaftlichen Mehrwert steht und fällt hierbei mit der Schaffung standardisierter und vor allem flexibler Kommunikationsschnittstellen.
Mit Profibus PA hat Profibus & Profinet International (PI) vor gut 20 Jahren eine erfolgreiche Basis für den Übergang zur Digitalisierung der Feldkommunikation bereitgestellt. Profibus PA ermöglicht lange Kabelwege und Explosionsschutz für die rauen Umgebungen in der Prozessautomatisierung und bietet die vollständige digitale Integration der Feldinstrumentierung in Leit- und Asset Management Systeme. Der Anwendernutzen von Profibus PA generiert sich unter anderem aus der Verwendung digitaler statt analoger Kommunikation mit allen positiven Folgerungen, sowie der Eignung zum besonders einfachen Nachweis der Zündschutzart Eigensicherheit (FISCO Modell).

Ethernet wird sich in der Prozess­automatisierung etablieren
Im Zuge des weiteren Voranschreitens von Industrie 4.0 sowie IIoT wird sich Ethernet – und damit einhergehend Profinet – in der Prozessautomatisierung etablieren.

Profinet ist schnell, leistungsfähig, flexibel und offen. Daher hat es sich bereits in der Fertigungsindustrie etabliert. In der Zwischenzeit steht eine Reihe von Profinet-Funktionen für die besonderen Aufgaben der Prozessindustrie zur Verfügung. Dazu zählen optimale Redundanzmechanismen, Configuration in Run für den reibungslosen Gerätetausch im laufenden Betrieb sowie Zeitstempelung für die Aufzeichnung von Event-Sequenzen etc. Damit ist die technologische Basis gelegt, damit die Anwender der Prozessindustrie von den Vorteilen profitieren können.
Mit FDI (= Field Device Integration) steht seit kurzem eine attraktive hersteller- und kommunikationssystem-übergreifende Technologie zur Geräteinte­gration zur Verfügung. Der Kern von FDI besteht in der Spezifikation einer Architektur für sogenannte Device Packages für die digitale Darstellung eines Feldgeräts auf Basis einer binär-codierten Datei gemäß IEC 29500. Das Device Package enthält zum einen die Beschreibung aller Daten und Funktionen des Gerätes auf Basis einer harmonisierten EDDL (= Electronic Device Description Language) und zum anderen eine Beschreibung der Bedienoberfläche (User Interface = UI). Ein weiteres wesentliches Ergebnis bei FDI besteht in der Festlegung einer Architektur für sogenannte FDI Host-Komponenten, mit denen eine gleichartige Bearbeitung der Device Packages in verschiedenen FDI-Hosts ermöglicht wird. Das Industrie 4.0-Modell fordert für andere Unternehmen, Maschinen und Anlagen die Möglichkeit eines rückwirkungsfreien Zugriffs auf die Informationen von Industrie 4.0-Komponenten. Dieser Teil wird im RAMI-Modell (= Referenzarchitekturmodell Industrie-Modell) als Verwaltungsschale bezeichnet, welche das digitale Gegenstück zum realen Objekt darstellt. FDI bietet hierfür eine sehr gute Grundlage und wird nicht zuletzt deshalb in dem Papier zur Umsetzungsstrategie als Beispiel aufgeführt.
Das PA-Profil definiert für verfahrenstechnische Geräte wie Transmitter, Stellantriebe, Ventile oder Analysengeräte jeweils die Funktionalität und die Parameter, mit denen die Geräte auf den jeweiligen Anwendungsfall und die Prozessbedingungen adaptiert werden können. Für Profibus steht es bereits seit Jahren zur Verfügung. Die Freigabe für Profinet steht noch in diesem Jahr an. Alle Parameter und Funktionen, die im PA Profil spezifiziert sind, werden damit auch für Profinet-Geräte verwendbar sein. Die überarbeitete Profilversion wurde unabhängig vom Physical Layer spezifiziert, wodurch ein einheitliches Profil für Profibus- und Profinet-Systeme entstanden ist. Damit werden die Stärken von Profibus PA hinsichtlich z. B. Dia­gnose, Parametrierung und Lebenszyklus-Management auch bei Profinet möglich sein.
Als letzter Schritt steht noch die Erarbeitung einer Lösung an, mit der Profinet-Geräte auch zum Einsatz in Ex-Bereichen und in Zweileiter-Technik zur Stromversorgung über die Leitung bereit gestellt werden können, ähnlich wie bei Profibus etabliert. Hierfür befindet sich ein Physical Layer für die Ethernet-basierte Kommunikation in Planung, der eine durchgängige Ethernet-Kommunikation auf einem einzelnen Protokoll ermöglichen wird.

Einheitliche Lösung für die ­Prozessindustrie
Weiterhin wichtig für Anlagen der Generation Industrie 4.0 ist das Kommunikationsprotokoll OPC UA, insbesondere wenn es z. B. um die Kommunikation mit Geräten wie Bedienerstationen auf der Leit-Ebene oder darüber oder um Produktionsdaten von den Geräten zur Unternehmens-IT geht. Damit übernimmt OPC UA die nicht deterministische Kommunikation zwischen verschiedenartigen Geräten einer Ebene und zwischen den Ebenen. Profinet übernimmt in Automatisierungssystemen die Übertragung von deterministischen Real-Time-Daten. Da Profinet einen offenen Kommunikationskanal für TCP / IP bereitstellen kann, ergänzen sich deshalb Profinet und OPC UA perfekt. Die Möglichkeiten der Verwendung von OPC UA werden in Zusammenarbeit mit der OPC Foundation festgelegt.
Durch die Integration und Nutzung unterschiedlicher Technologien wird Profinet eine einheitliche Lösung für die Prozessindustrie vom Feld bis zum Leitsystem bieten.

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