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Mehr zur modularen Automation

Themen 25. Februar 2020
Mit MTP der Zeit voraus

Es ist der Kessel aus dem Regal, der so symptomatisch für die aktuelle Entwicklung in der Verfahrenstechnik steht. Statt Anlagen weiter wie einen handgeschweißten Maßanzug zu betrachten, kommt immer mehr die Konfiguration aus dem Baukasten.

Ganz gleich, ob Wäscher, Trockner oder Kolonne: Standardisierte Lagerware ist schneller und preiswerter zu beschaffen – was letztlich zu kürzeren Bauzeiten und niedrigeren Investitionssummen führt. Der Haken dabei: Mit jedem eingesparten Tag beim Bau der Hardware steigt der Druck auf die Programmierer, die die automatisierten Module integrieren müssen. Hintergrund: SCADA-Systeme werden vorwiegend händisch programmiert. Der Einsatz von MTP – dem Module Type Package – verschafft künftig spürbare Erleichterung.

Das „Module Type Package“ (MTP) ist ein Muss für modulare Anlagen

Dr. Thomas Tauchnitz, ehemaliges Vorstandsmitglied der NAMUR

Es gibt sie bereits, die chemische Produktion aus dem Container. Einzelprozesse sind in abgeschlossenen Modulen funktional gekapselt und lassen sich auf unkomplizierte Weise zu immer wieder neuen Anlagen verbinden. Wandlungsfähige Produktionsplattformen sind gerade für kleine bis mittlere Chargen notwendig. Damit sich Module einfach und schnell kombinieren lassen, braucht es standardisierte Schnittstellen. Das „Module Type Package“ übernimmt diese Aufgabe – ähnlich wie ein Druckertreiber – für die Automation. „MTP ist sinnvoll und absolut notwendig“, betont Dr. Thomas Tauchnitz, ehemaliges Vorstandsmitglied der NAMUR. Mit seinem Beratungsunternehmen Tautomation begleitet der promovierte Automatisierer Industrie-4.0-Prozesse vor allem in der chemischen Industrie und zählt zu den Vätern des modularen Gedankens.

MTP auf dem Weg zum internationalen Standard

Die Anforderungen für die modulare Automation wurden von einem in 2012 gegründeten NAMUR-Arbeitskreis definiert. WAGO stellte dann 2014 das DIMA-Konzept inklusive der Begriffsbezeichnung MTP vor. Die NAMUR und der ZVEI gründeten dann gemeinsame Arbeitskreise. Ihre Aufgabe: Antworten finden und Empfehlungen geben, wie die modulare Automation in der Verfahrenstechnik idealerweise auszusehen hat. „Wir holten Leute an einen Tisch, die alle den gleichen Leidensdruck in der Programmierung der Automation hatten.“ Die Teams arbeiteten so gut, dass die ersten Blätter der VDI/VDE/NAMUR-Richtlinie 2658 mit dem Titel „Automatisierungstechnisches Engineering modularer Anlagen in der Prozessindustrie“ erschienen. Folgen soll eine IEC-Norm. „Der internationale Standard ist das klare Ziel“, unterstreicht Tauchnitz.

Warum dieser Aufwand? Es sind die sich rasant verändernden Marktanforderungen, die auch vor der Prozesstechnik keinen Halt mehr machen. Maßgebliche Kennzeichen sind kürzere Lieferzeiten, kleinere Chargen und die zunehmende Zahl neuer Produkte, die im internationalen Wettbewerb zügig auf den Markt zu bringen sind. Dr. Thomas Tauchnitz spricht in diesem Zusammenhang von der 50 Prozent Idee. „Wenn wir es schaffen, die Zeit von der Investitionsentscheidung über den Anlagenbau bis hin zur Inbetriebnahme zu halbieren, dann darf die Anlage ruhig etwas teurer sein, weil wir schneller mit unserem Produkt auf den Markt kommen.“ Schnelligkeit bedeutet Marktvorsprung und über den eher eintretenden Deckungsbeitrag den schnelleren „Return on Investment“ (ROI).

Warum dieser Aufwand?

Schnelligkeit bedeutet Marktvorsprung und über den eher eintretenden Deckungsbeitrag den schnelleren „Return on Investment“ (ROI).

Offene Systeme für die Prozesstechnik

Diese Entwicklung braucht eine Anlagentechnik, die in der Lage ist, dem gebotenen Tempo zu folgen. Tauchnitz rechnet deshalb damit, dass die Tage geschlossener, monolithischer Automatisierungen gezählt sind. Die Zukunft gehört offenen Systemen, die mit Hilfe von MTP die etablierte Modularität verfahrenstechnischer Apparate in die Automation bringen. Konzeptionell lässt sich das „Module Type Package“ mit dem Druckertreiber aus der Office-Welt vergleichen. Das MTP arbeitet als standardisierte Schnittstelle und funktionales Abbild ganzer Anlagenmodule.

WAGO setzt diese Technik bereits konkret um. Auf Controllerebene geben die WAGO Reihe PFC200 sowie PFC200 XTR mit MTP-Funktionalität den Startschuss in die modulare Automation. Ebenfalls „ready for MTP“ sind die Touch Panels der Serie 762 in den Ausführungen Standard, Advanced und Marine. Geschrieben wird das „Module Type Package“ mit einem Klick aus der zentralen WAGO Engineeringsoftware e!COCKPIT heraus. Für diesen Export hat WAGO den Funktionsumfang von e!COCKPIT mit Add-ons sowie einer Bibliothek mit Funktionen und Grafiken für das Modulengineering erweitert.

Immer die gleichen Bilder

Die einheitliche Visualisierung ist ein wesentlicher Teil des MTP. Die Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle nahm im NAMUR-Arbeitskreis bei der Definition gemeinsamer Standards einen großen Raum ein. „Die in der Verfahrenstechnik verwendeten Maschinen sind in der Regel für die Vor-Ort-Bedienung gebaut, haben eine eigene Steuerung und ein kleines Display“, erzählt Tauchnitz. Da prozesstechnische Anlagen aber von einer zentralen Leitwarte aus gesteuert werden, kann das Ziel nicht darin bestehen, einzelne Prozesse vor Ort steuern und überwachen zu müssen. Spätestens jetzt stellt sich die Frage, wie die Maschinen unterschiedlicher Hersteller nahtlos im zentralen SCADA-System aufgehen und welche Budgets für das zeitraubende Programmieren einzuplanen sind.

„Der Modulsteuerung muss gesagt werden, welche Werte sie zu exportieren hat, und dem Leitsystem ist mitzuteilen, welche Daten zu importieren sind. Dann sind die Programmierer am Zug, schreiben bisher lange Listen – mit dem Ziel, den geforderten Datentransfer hinzugekommen“, berichtet Tauchnitz. Kommt es zu Änderungen, sind auf beiden Seiten die Programmierungen anzupassen. „Das ist total ineffizient, weil diese Arbeit für jede neue Kombination immer wieder neu zu machen ist.“

Welcher Mehraufwand dahinter steckt, wird bei der Visualisierung deutlich. Statt die Daten der Bedienoberfläche eines Anlagenmoduls für eine zentrale Visualisierung zu nutzen, muss aktuell das Vor-Ort-Bild im SCADA-System neu programmiert werden. Im Gegensatz dazu sagt das MTP dem zentralen System, welche Bedienelemente an welcher Stelle des Bildschirms anzuzeigen sind. „Ein Kessel liegt zum Beispiel in der Mitte, die Temperaturanzeige rechts oben“, meint Tauchnitz. Wie die Visualisierung letztlich gestaltet wird, legt das Zentralsystem fest. Das MTP wiederum gibt den Rahmen für das anzuzeigende Prozessmodul vor.

Fazit

Modular aufgebaute Prozesstechnik verschafft der Produktion mehr Freiheitsgrade, um auch kleine Chargen ohne zeitaufwändige Umrüstungen und komplexe Umprogrammierungen des Zentralsystems herstellen zu können. Dabei verschafft MTP den Automatisierern mehr Luft im Engineering, da sich Produktionsmodule sehr einfach mit dem Leitsystem verbinden lassen. Daraus folgt, dass sich auch Monoanlagen für die großvolumige Herstellung von Grundstoffen einfacher umrüsten und in Teilbereichen modernisieren lassen. Der „Druckertreiber“ MTP sorgt dafür, Module steuerungsunabhängig in das SCADA einbinden zu können. Diese Architektur fördert folglich den „Best-in-class“ Gedanken, da Anlagenteile ohne Steuerungsrestriktionen zum Einsatz kommen.

MTP als cyberphysisches System

Ziel und Wesen der Industrie 4.0 ist es, die Steuerungsintelligenz aus dem Zentralsystem heraus in der Fläche einer Anwendung zu verteilen. Dafür müssen die unterschiedlichen Prozessmodule einer Anlage mit eigener IT und Kommunikationsfähigkeit ausgestattet sein – und werden so zum cyberphysischen System. „Wir haben es also mit autarken, intelligenten Teileinheiten zu tun“, erklärt Thomas Tauchnitz. Daraus abgeleitet, sind die Teilnehmer eines Produktionsverbundes als Folge der eigenen Intelligenz bestens in der Lage, der übergeordneten Leitebene ihren Zustand zu übermitteln. Ausgehend von der These, dass ein Modul am besten weiß, wie es ihm geht, erschließt die Industrie 4.0 vor allem aufgrund standardisierter Schnittstellen und Datenformate neue Chancen für Anlagenoptimierungen oder die zustandsorientierte Wartung. Auf gleiche Weise arbeitet das MTP. Was im Industrie-4.0-Umfeld die Verwaltungsschale, ist in der modularen Automation das „Module Type Package“. „Bei der Verwaltungsschale sprechen wir vom vollständigen elektronischen Abbild einer Komponente – dem virtuellen Zwilling. Die Ähnlichkeit zum MTP ist groß. Das „Module Type Package“ enthält quasi die verfahrenstechnischen Bestandteile der Verwaltungsschale und passt damit zum Industrie -4.0-Kontext.“

Zur Person: Dr. Thomas Tauchnitz

Komplexe Systeme waren das Thema der Promotion von Dr. Thomas Tauchnitz – damals an der Leibniz Universität Hannover. Da chemische Prozesse per Definition als komplex zu bezeichnen sind, ist Tauchnitz nach dem Studium zur Hoechst AG gegangen. Betriebsbetreuung und Anlagenplanung lokal wie global bestimmten seine Arbeit. „Von Haus aus bin ich Automatisierer“, sagt Tauchnitz, der quasi seine komplette Berufszeit im Industriepark Hoechst gearbeitet hat – zunächst für Hoechst, dann für die Nachfolgefirmen Aventis und Sanofi. Mit 60 hat das ehemalige Vorstandsmitglied der NAMUR das Unternehmen verlassen. Tauchnitz ist allerdings nicht in den Vorruhestand gegangen, sondern in die Selbstständigkeit: Als Berater für Fragestellungen rund um die Industrie 4.0. Komplexe Systeme und deren Engineering und Automation sind eben sein Steckenpferd. Dr. Thomas Tauchnitz lebt im Großraum Frankfurt.

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