Prozessautomatisierung mit Profil

Von Profibus und Profinet bis zu Industrie 4.0

  • Im Zeichen von Kultur und Technik wurde auf der PI Konferenz in Speyer der Weg zum Industrial Internet of Things und Industrie 4.0 diskutiert (Foto: Dr. Oestreich Consulting)Im Zeichen von Kultur und Technik wurde auf der PI Konferenz in Speyer der Weg zum Industrial Internet of Things und Industrie 4.0 diskutiert (Foto: Dr. Oestreich Consulting)

Mit Aussagen wie „Ihr Ticket in eine neue Zukunft" oder „Zwei Drähte revolutionieren die Automatisierungswelt" startete Profibus vor 25 Jahren seine Erfolgsgeschichte. Quasi als Geburtshelfer wirkte damals der ZVEI, aus dessen Arbeitskreis „Feldbus" die Profibus Nutzerorganisation (PNO) hervorgegangen ist.

Wenige Jahre später begann die Internationalisierung - zunächst in Europa, dann auch in den USA und in China wurden nationale Nutzerorganisationen gegründet. Heute umfasst die Dachorganisation PI (Profibus & Profinet International) 27 regionale Vertretungen in allen Teilen der Welt.

Profil für die Prozessautomation

Den besonderen Anforderungen an die industrielle Kommunikation in der Prozessautomatisierung wird Profibus mit seinem Profil Profibus PA gerecht. Über 9 Millionen Feldgeräte kommunizieren heute über Profibus PA. Der konsequente Einsatz von intelligenten Feldgeräten trägt erheblich zur Senkung der Life Cycle Kosten einer Anlage bei. Das beginnt bei der Anlagenplanung und der Dokumentation. Die Verkabelung, der Einsatz von Feldbarrieren, Rangierverteiler und Verteilerboxen vereinfachen sich dramatisch - und damit auch die Dokumentation. Gleiches gilt für den Factory Acceptance Test (FAT). Deutlich erleichtert wird auch die Auslegung für den Ex-Schutz: Zum Nachweis der Eigensicherheit reicht es aus, dass alle im fraglichen Segment betriebenen Komponenten nach FISCO zertifiziert sind. Die Stückliste der Instrumentierung ist gleichzeitig der Ex-Nachweis - einfacher kann es nicht gehen.

Neben der Reduzierung der CAPEX für Design, Installation, FAT/SAT/Commissioning werden auch die OPEX bei Betrieb, Wartung und Service sowie bei Anlagenerneuerungen und -erweiterungen gesenkt.  Die Nutzung einer offenen, standardisierten und betriebsbewährten Technologie gewährt langfristigen Investitionsschutz, zum Beispiel auch durch die einfache Austauschbarkeit von Geräten.

Einfach zu höherer Anlagenverfügbarkeit

Die aktuelle Version 3.02 des erfolgreichen Applikationsprofils für Profibus PA-Geräte setzt sich Vereinfachungen zum Ziel und gibt damit zum richtigen Zeitpunkt Antworten auf aktuelle Fragen rund um den Lebenszyklus von Feldgeräten.

Ein besonders gelungenes Beispiel aus der Zusammenarbeit von Herstellern und Anwendern ist die Integration von Diagnosefunktionen in das Profil.

Die NAMUR Empfehlung NE 107 "Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten" beschreibt die effektive Nutzung von Diagnosemöglichkeiten. Neben den wichtigsten Informationen, nämlich den Mess- und Stellwerten, können die Feldgeräte noch weitere wichtige Informationen liefern, die Aussagen über den Zustand der Geräte ermöglichen und entsprechende Maßnahmen von Anlagenfahrer oder Instandhaltung einleiten können. Die in der NE 107 beschriebene „NAMUR-Ampel" definiert einen Sammelstatus für die Informationen „Ausfall", „Funktionskontrolle", „Außerhalb der Spezifikation" und „Wartungsbedarf". Im Profil 3.02 sind diese Anforderungen umgesetzt: Ein Status-Byte, das gleichzeitig mit jedem Prozesswert automatisch übertragen wird, meldet ob eine der vier Abweichungen vom Sollzustand vorliegt.

Tests von Herstellern und Anwendern haben deutlich gemacht, dass sich durch diese Funktionalitäten für alle im Anlagenbetrieb beteiligten Partner Verbesserungen ergeben: Die Handhabung ist praxisnah, Condition Monitoring und Asset Management werden vereinfacht, selbst der Feldgerätetausch ist möglich, ohne die Verfügbarkeit der restlichen Anlage zu beeinflussen.

Durchgängigkeit mit Ethernet

10 Jahre nach dem Start von Profibus wurde mit Profinet eine zweite, ethernetbasierte Technologie für die industrielle Kommunikation entwickelt. Beide Technologien sind heute weltweit in führender Position und bilden die strukturelle Grundlage für die „Cyber Physical Systems" oder  „Industrie 4.0", deren Grundvoraussetzung die Integration von Feldgeräten in übergeordnete Systeme ist. Dabei wird der klassische Feldbus auf lange Sicht hin von Ethernet basierten Technologien substituiert.

Heute können die Anforderungen der Prozesstechnik an die Feldbuskommunikation noch nicht vollständig durch Ethernet-Technologien abgedeckt werden. Ebenso werden durch lange Anlagenlebenszyklen die klassischen Technologien ihre Daseinsberechtigung in nächster Zeit nicht verlieren.

Eine wesentliche Kernanforderung in der Prozessindustrie ist die Verfügbarkeit der Produktionsanlage. Mit der Kombination aus einer Profinet Systemredundanz- und dem Medienredundanzprotokoll (MRP) lassen sich Automatisierungstopologien realisieren, die hierfür die Grundvoraussetzung bieten. Die angeschlossenen Feldgeräte verfügen über eine redundante Kommunikationsbeziehung mit den hochverfügbaren Steuerungen. Fehlerfälle wie der Ausfall einer Steuerung oder eine Leitungsunterbrechung führen dank dieser beiden Mechanismen nicht zu einer Beeinträchtigung des Produktionsablaufes.

Zunehmende Bedeutung erlangt zudem die zusätzliche Möglichkeit zur Nutzung offener, herstellerübergreifender Kommunikationsstandards auch für Bedien-, Beobachtungs- und Diagnosezwecke, die auf einem einheitlichen Kommunikationsmedium basieren. Die Zusammenarbeit und Ergänzung von Profinet mit OPC Unified Architecture und Web-Kommunikationsfunktionen auf der Basis von Industrial Ethernet hat sich hierbei bewährt. Unterschiedliche Anwendungen können parallel und unabhängig voneinander - auch über das Internet - genutzt werden.

Einheitliche Geräteintegration

Für die Verwaltung der Feldinstrumentierung und deren Einbindung in die Leittechnik gibt es heute noch eine Vielzahl von Feldgerätemanagement-Tools. Trotz der weitgehenden Standardisierung funktionieren die für ein System gelieferten Gerätetreiber wie DTM oder EDD in anderen Systemen nicht auf die gleiche Weise und haben auch ein anderes Aussehen. Deshalb muss der Nutzer für ein Gerät unterschiedliche Treiber verwenden.

Das soll mit FDI, der Field Device Integration, anders werden: Die fünf Interessenverbände der Automatisierungsindustrie - FDT Group, Fieldbus Foundation, HART Communication Foundation, PNO und OPC Foundation - entwickeln gemeinsam die Field Device Integration (FDI). Die Verbände haben ihre Aktivitäten zunächst in einem Gemeinschaftsunternehmen mit der Bezeichnung FDI Cooperation gebündelt. Ab sofort ist die FieldComm Group, eine neu gegründete Organisation, in der die Technologien der Foundation Fieldbus und der HART Communication Foundation zusammengefasst werden, die neue Heimat von FDI. Sie wird in enger Zusammenarbeit mit der PNO die FDI-Technologie weiterentwickeln und in den Markt einführen.

Bei FDI gibt es genau ein Device Package für jedes Gerät und es wird von allen zukünftigen Tools oder Systemen verwendet. Das Einsatzspektrum reicht vom einzelnen PC bis zu kompletten Prozessführungs- und Automatisierungssystemen. Unabhängig vom Hersteller stellt das FDI Device Package  sicher, dass das Gerätepaket problemlos funktioniert.

Neue Strukturen mit Industrie 4.0

Unter dem Motto „Netzwerk der Zukunft - Partner der Anwender seit 25 Jahren" fand die PI-Konferenz 2015 von Profibus & Profinet International am 11. und 12. März 2015 in Speyer statt. Etwa 270 Teilnehmer aus der Prozess- und der Fabrikautomation  diskutierten über die Bedeutung und Rolle von  Feldbussen und Industrial Ethernet in neuen industriellen Strukturen wie Industrie 4.0 oder Industrial Internet of Things (IIoT).

Dass der Blick auch im Jubiläumsjahr der PNO in die Zukunft gerichtet sein muss, betonte Michael Ziesemer, Präsident des ZVEI. Die immer weiter zunehmende Digitalisierung bietet Chancen und Gefahren. Chance für alle, die sich frühzeitig auf diese neue Entwicklung einstellen und sie mitgestalten, und Gefahr für diejenigen, die die Entwicklung nicht wahr haben wollen oder zu spät agieren. Was digitalisiert werden kann, wird auch digitalisiert. Jetzt geht es nicht mehr nur um die Vernetzung von Fabriken und Anlagen, sondern um die übergreifende Vernetzung über Firmengrenzen hinweg.

Es besteht kein Zweifel: Die Digitalisierung hat disruptiven Charakter. Alte Geschäftsmodelle verschwinden, neue entstehen. Viele dieser neuen Geschäftsmodelle nutzen große Mengen von Daten, kombinieren und analysieren Daten und leiten daraus Nutzen für den Anwender ab. Den Postboten, der zum Geburtstag Glückwunschtelegramme brachte, gibt es genauso wenig mehr wie die ehemals erfolgreichen Kodak-Filme. Taxidienste fühlen sich von Uber bedroht, und Voice-over-IP verdrängt die herkömmliche Telefonie. Pure Größe ist heute kein Erfolgsgarant - mehr denn je gilt, dass nicht der Große den Kleinen, sondern der Schnelle den Langsamen frisst.

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