Industrie 4.0 wird nur mit standardisierten Schnittstellen Realität

Datenfluss von Planung bis Betrieb

Während des gesamten Anlagenlebenszyklus wird die Anlage permanent verändert, erneuert, optimiert. Bild: Rösberg

Der Begriff „made in Germany“ gilt heute weltweit als Garant für hohe Qualität und bietet oft den entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Aber Deutschland ist ein Hochlohnland. Daher müssen Hersteller auch an der Effizienzschraube drehen, um international die Nase vorn zu haben. Automatisierung spielt hier eine große Rolle. Aber auch Standardisierung und Normierung können der Schlüssel zum Erfolg werden. Allerdings nützen Normen, Richtlinien und Arbeitsempfehlungen nichts, wenn sie nur leere Theorie bleiben. Sie müssen in die Praxis von vielen Teilnehmern umgesetzt werden. Hier sind nicht nur die Hersteller von Planungssystemen und Komponenten für die Prozessindustrie in der Pflicht, sondern auch deren Anwender. Solange diese die Umsetzung in die Praxis nicht fordern, wird sich wenig tun.

Schon die Gründungsväter der NAMUR (Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie, früher Normenarbeitsgemeinschaft für Meß- und Regeltechnik in der chemischen Industrie) sahen eine wesentliche Aufgabe des internationalen Verbandes in der Standardisierung von Schnittstellen. Ein konkretes Beispiel aus den Anfängen ist zum Beispiel das 4-20 mA-Signal. Im Zeitalter von Industrie 4.0 muss Standardisierung von Schnittstellen jedoch deutlich breiter betrachtet werden:

Anlagenplanung – Kreislauf statt linearer Prozess

Der Planungs- bzw. Engineeringprozess und die Schnittstellen zwischen den einzelnen Engineering-Bereichen. Es wird deutlich, das PLT-Planungssystem ist Dreh- und Angelpunkt einer Anlagenplanung. Bild: Rösberg

Der Planungs- bzw. Engineeringprozess und die Schnittstellen zwischen den einzelnen Engineering-Bereichen. Es wird deutlich, das PLT-Planungssystem ist Dreh- und Angelpunkt einer Anlagenplanung.
Bild: Rösberg

Wird eine neue Anlage oder ein neuer Anlagenteil gebaut, werden Planung und Realisierung immer konkreter entlang der Kette Vorplanung, Basisplanung, Ausführungsplanung und Inbetriebnahme. Um die Time-to-Market zu verkürzen, finden diese Schritte heute aber oft nicht seriell nacheinander, sondern parallel zueinander statt. Sprich die Ausführungsplanung startet bereits, auch wenn die Basisplanung noch nicht abgeschlossen ist. Die Kommunikation an den entsprechenden Schnittstellen wird daher immer wichtiger. Gleichzeitig sind Vorplanung, Basisplanung, Ausführungsplanung und Inbetriebnahme nicht als linearer Prozess zu sehen, der irgendwann abgeschlossen ist. Solange eine Anlage in der Prozessindustrie in Betrieb ist, wird sie permanent weiterentwickelt, sei es um die Produktqualität zu erhöhen, Prozesse effizienter zu gestalten oder auf dem aktuellen Stand der Technik zu bleiben. Der Prozess von Vorplanung bis Inbetriebnahme wiederholt sich also immer wieder. Standardisierung ist unerlässlich, um an den Schnittstellen zwischen den Bereichen Rohrleitungs- und Instrumenten (R&I)-, Verfahrenstechnik (VT)-, Prozessleittechnik (PLT)- und Prozessleitstystem (PLS)-Planung Reibungsverluste beim Informationsaustausch zu vermeiden. Damit ist sie heute vielleicht ein noch wichtigeres Thema als zu Gründerzeiten der Namur.

Drei wichtige Namur-Empfehlungen für die Anlagenplanung

Die Namur-Empfehlungen helfen bei der Kommunikation an den Schnittstellen zwischen Vorplanung, Basisplanung, Ausführungsplanung und Inbetriebnahme. Bild: Rösberg

Die Namur-Empfehlungen helfen bei der Kommunikation an den Schnittstellen zwischen Vorplanung, Basisplanung, Ausführungsplanung und Inbetriebnahme.
Bild: Rösberg

Im Wesentlichen schaffen heute drei Namur-Empfehlungen (NE) die Voraussetzungen dafür, dass Anlagenbetreiber während des kompletten Prozesses der Anlagenplanung herstellerunabhängig das für den jeweiligen Anwendungsfall ideal geeignete Entwicklungstool bzw. die jeweils am besten passenden Komponenten oder Steuerungslösung wählen können: die NE159, NE100 (mit IE61987 und eCl@ss) sowie die NE150. Diese Empfehlungen werden ergänzt von DEXPI (Data Exchange in the Process Industry).

Die Anlagenentwicklung beginnt im ersten Schritt mit der R&I-Planung. Rohrleitungen und Instrumente werden geplant und sollen im nächsten Schritt, nämlich der verfahrenstechnischen Planung näher spezifiziert werden. DEXPI soll hier als standardisierte Schnittstelle einen fehleranfälligen Datenaustausch vermeiden. Die derzeit noch in Entwicklung befindliche NE159 kann dann im Wesentlichen an der Schnittstelle zwischen VT-Planung- und PLT-Planung ihre Stärken ausspielen. Ziel der Empfehlung ist es, Anforderungen an eine praxistaugliche, herstellerunabhängige und teilautomatisierte Schnittstelle für den bidirektionalen Datenaustausch zwischen Engineering-Systemen für die VT- und für die PLT-Planung zu formulieren.

Die NE100 ist ein auf Merkmalen basierender internationaler Standard zur Beschreibung von PLT-Geräten (Sensoren, Aktoren usw.). Sie beschreibt die wechselseitige und automatisierte Datenübergabe zwischen den Systemen des Betreibers und des Lieferanten. Sie kommt an der Schnittstelle zwischen Ausführungsplanung und Inbetriebnahme zum Einsatz, also konkret bei der Geräteplanung und Beschaffung. Mit ihr lassen sich bereits in der Angebotsphase einzelne Komponenten technisch besser vergleichen. Die Optimierung der Datenintegration von der Planung über die Beschaffung bis hin zur Instandhaltung für erhöhte Effizienz ist ein weiteres der vielfältigen Argumente, die für den Praxiseinsatz der NE100 sprechen. Unter anderem erhöht sich natürlich auch hier dank der Standardisierung die Datenqualität.

Die NE150 schließlich ist eine standardisierte Schnittstelle zum Austausch von Engineering-Daten zwischen CAE-System und PLS-Engineering-Werkzeugen. Bild 2 zeigt den Planungs- bzw. Engineeringprozess und die Schnittstellen zwischen den einzelnen Engineering-Bereichen grafisch.

PLT-Planung, der Dreh- und Angelpunkt

Rösberg engagiert sich in verschiedenen Standardisierungs-Gremien. Allein bei der Namur sind sie in vier Arbeitskreisen aktiv vertreten, dazu kommt die Mitarbeit bei DKE K941 (Cause & Effect Diagramm) und VDI/GMA FA6.16 (Integriertes Engineering in der Prozessleittechnik. Bild: Rehan Qureshi/Shutterstock

Rösberg engagiert sich in verschiedenen Standardisierungs-Gremien. Allein bei der Namur sind sie in vier Arbeitskreisen aktiv vertreten, dazu kommt die Mitarbeit bei DKE K941 (Cause & Effect Diagramm) und VDI/GMA FA6.16 (Integriertes Engineering in der Prozessleittechnik.
Bild: Rehan Qureshi/Shutterstock

Betrachten wir die Grafik genauer, wird schnell deutlich, dass die PLT-Planung der Dreh- und Angelpunkt im gesamten Prozess ist. Daher sollte es wenig überraschen, dass beim PLT-CAE-System ProDOK der Karlsruher Automatisierungsexperten Rösberg alle der zuvor beschriebenen Namur-Empfehlungen implementiert wurden. Tatsächlich ist das System damit aber zur Zeit einzigartig am Markt. Ralph Rösberg, Geschäftsführer der Rösberg Engineering GmbH, erläutert die Philosophie dahinter: „Wenn ein Hochlohnland wie Deutschland im internationalen Markt wettbewerbsfähig bleiben will, sind Effizienz und hohe Qualität wichtig. Beides erreicht man aus unserer Sicht nur durch Standardisierung und ein PLT-CAE-System, das diese Standards in die Praxis umsetzt. Anwender können dann aus dem breiten Angebot am Markt von allem das Beste für ihre Anlage wählen, sei es bei den Engineeringtools oder den in der Anlage verbauten Komponenten.“

Aus diesem Grund engagieren sich die Automatisierungsexperten in verschiedenen Standardisierungs-Gremien. Allein bei der Namur sind sie in vier Arbeitskreisen aktiv vertreten, dazu kommt die Mitarbeit bei DKE K941 (Cause & Effect Diagramm) und VDI/GMA FA6.16 (Integriertes Engineering in der Prozessleittechnik).

Anwender in der Pflicht

In der industriellen Anwendung zeigt sich der Vorteil von Standardisierung zum Beispiel bei einem aktuellen Trend der Branche: Um eine schnellere Time-to-Market zu erreichen, werden Prozessschritte im Engineering nicht nur parallel abgehandelt, die bislang seriell stattfanden, sondern es wird vermehrt auch auf Modularisierung gesetzt. Der Gedanke dabei ist es, gesamte Anlagenmodule zuzukaufen, anstatt sie selbst zu entwickeln. Aber auch in diesem Fall ist eine gute und vor allem durchgängige Dokumentation aller Anlagenteile notwendig. Nur so kann ein reibungsloses Zusammenspiel funktionieren, ohne dass z.B. für jedes zugekaufte Modul die Anschlüsse und Protokolle für das Bedienen und Beobachten nochmals entwickelt werden müssen.

Damit gute und praxistaugliche Namur-Empfehlungen in der Realität aber angewendet werden, stehen auch die Anwender in der Pflicht. Sie profitieren letzten Endes von der Standardisierung, weil sie dann die freie Wahl aus den am Markt verfügbaren Komponenten haben und herstellerunabhängig werden. Für sie bringt die einfache Vergleichbarkeit einzelner Produkte ebenso einen großen Nutzen wie die erhöhte Anlagenqualität dank durchgängigem Datenfluss vom ersten Planungsschritt bis zum Anlagenbetrieb sowie die verbesserte Effizienz, um nur einige Beispiele zu nennen. Allerdings: Die Umsetzung der Standards ist für Hersteller von Engineering-Tools und Komponenten teils mit hohem Aufwand verbunden. Erst wenn die Anwender konsequent eine Umsetzung fordern, wird diese auch flächendeckend Realität werden.

Über das PLT-CAE-System ProDOK
Moderne verfahrenstechnische Anlagen können nur dann effektiv betrieben werden, wenn die Daten aus der Planungsphase auch für Betrieb, Instandhaltung und Modernisierung verfügbar sind. Anlagenrealität (As-Built) und Dokumentation müssen verlässlich übereinstimmen. Nur wenn alle Daten konsistent sind, lassen sich kostspielige Neueingaben und unnötiger Engineering-Aufwand vermeiden. Genau hier setzt das PLT-CAE-System ProDOK an. Es sorgt für einen integrierten Planungsprozess nach einheitlichen Regeln. Weil alle Daten in ein und demselben System gewonnen und ausgetauscht werden, gibt es keinen Ärger mehr mit lästigen Datenübertragungsfehlern. Die Funktionen umfassen Basisplanung, Funktionsplanung, Ausführungsplanung und Montageplanung bei der Neuplanung, der Änderungs- und Ergänzungsplanung sowie der Betriebsbetreuung. Dabei wird der komplette Lebenszyklus einer Anlage unterstützt. Mit seiner durchgängigen und konsistenten Dokumentation sorgt ProDOK dafür, dass sich zu jedem Zeitpunkt die Anlagenrealität in der Dokumentation widerspiegelt. Spürbare Qualitäts- und Effizienzsteigerung und eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis sind die Folge. Investitionssicherheit ergibt sich durch die weite Verbreitung des Systems in der verfahrenstechnischen Industrie und aus dem Einsatz modernster Softwaretechnologie.

Über Rösberg
Rösberg Engineering GmbH, im Jahre 1962 in Karlsruhe gegründet, bietet mit rund 100 Mitarbeitern an fünf Standorten in Deutschland und in China maßgeschneiderte Automatisierungslösungen für international agierende Unternehmen der Prozessindustrie. Heute ist RÖSBERG ein international erfolgreicher Automatisierer und Entwickler von Softwarelösungen. Zum Aufgabenspektrum gehört das Basic- und Detail-Engineering für die Automatisierung von prozess- und fertigungstechnischen Anlagen sowie die Konfiguration, Lieferung und Inbetriebnahme von Prozessleitsystemen. Zudem verfügt RÖSBERG über umfangreiche Projektierungs- und Anwendererfahrung beim Einsatz sicherheitsgerichteter Steuerungen und ist Experte für Funktionale Sicherheit. Im Bereich der Informationstechnik bietet RÖSBERG branchenspezifische Softwarelösungen an. Mit dem PLT-CAE-System ProDOK NG ist RÖSBERG seit über 25 Jahren international erfolgreich. Unter dem Namen Plant Solutions begleiten ProDOK NG, die digitale Anlagendokumentation LiveDOK NG samt der App LiveDOK.mobile und der Plant Assist Manager (PAM) Anlagen während der gesamten Betriebszeit von Planung, Bau, Inbetriebnahme, Modernisierung, Erweiterung bis hin zur Stilllegung.

Titelbild: Rösberg

Dipl.-Ing. (BA) Martin Dubovy

Leiter Produktmanagement Plant Solutions bei der Rösberg Engineering GmbH

Marco Antoni

Marco Antoni

Der Diplom-Physiker arbeitet seit Juni 2015 beim Redaktionsbüro Stutensee. Kontakt können Sie via Xing, Twitter und Facebook aufnehmen.

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