Anlagenauf- und -umbauin Rekordzeit

Die aktuelle Entwicklung in der Prozessindustrie wird ganz wesentlich von zwei Faktoren bestimmt: der Globalisierung und der Individualisierung. Die Globalisierung erlaubt es heute, an jedem Ort der Welt Güter von überall zu beziehen. Die Individualisierung von Konsumgütern unterschiedlichster Art erleben wir derzeit in der Lebensmittelindustrie ebenso wie im Bereich Pharma und Medizin. Bekannt ist beispielsweise das Start-up „mymuesli.com“. Inzwischen stehen über 5 Bio. Varianten von Müsli in England, Frankreich und Deutschland auf dem Frühstückstisch.

An die Prozessindustrie stellen diese Trends enorme Herausforderungen. Denn individuelle Produkte lassen sich mit Blick auf ihre Herstellung nicht planen wie Massenprodukte. Kürzere Produktlebenszyklen erschweren die Planung zusätzlich und verkürzen die Zeit bis zur Marktreife. War bisher in der Prozessindustrie insbesondere eine hohe Verfügbarkeit der Anlage gefragt, so wird heute zunehmend die Flexibilität des Prozesses zum immer entscheidenderen Kriterium. Dieser Trend fordert folgerichtig auch vielfach die Abkehr von bestehenden Prämissen beim Analgenbau: Verfahrenstechnische Anlagen sind oder waren bisher in der Regel Anlagen aus einem Guss. Entworfen von Planern nach dem Top-down-Vorgehen, optimiert unter den Gesichtspunkten optimaler Ausbeute, geringen Rohstoffeinsatzes und minimalen Energieverlusts. Dabei wurde eine vergleichsweise lange Planungszeit und eine komplizierte Konstruktion der Anlage mit verschlungenen Stoffflüssen in Kauf genommen. Nun allerdings sind immer häufiger Anlagen gefragt, die zahlreiche Produktvarianten auf ein und derselben Produktionslinie herstellen und es erlauben, einzelne Anlagenmodule bei Bedarf zu tauschen oder zu ergänzen bzw. in ihrer Anzahl durch ein Numbering-up zu erhöhen, ohne dadurch die restliche Anlage zu tangieren. Gefragt ist ein Produktionsprozess, der mit der Dynamik des Marktes Schritt hält. Das allerdings stellt nicht nur neue Anforderungen an den physikalischen Aufbau der Anlage, sondern ebenso an das Automatisierungssystem.

Das Automatisierungssystem muss sich nach einem Umbau der Anlage schnell auf die neue physikalische und funktionale Produktionsstruktur anpassen lassen. Wünschenswert wäre ein „Plug-and-Produce“, in dessen Rahmen funktional unabhängige Module über eine standardisierte Schnittstelle so beschrieben sind, dass der Programmieraufwand während oder nach einem Umbau der Produktionsanlage so gering wie möglich ausfällt. Eine Anpassung der Anlage in wenigen Minuten also – und das ohne Programmieraufwand.

Mit der Dima hat Wago zur Namur-Hauptsitzung 2014 eine solche herstellerunabhängige Methode vorgestellt. Dima erlaubt den Aufbau modularer Automatisierungsstrukturen in der Prozessindustrie. Herzstück der Dima-Methodik ist das Modul Type Package (MTP). Hierbei handelt es sich um eine neue Beschreibungsform für Anlagemodule, die alle Informationen enthält, die erforderlich sind, um das Anlagenmodul in eine Prozessführungsebene zu integrieren. Unter anderem beinhaltet das MTP die eigene verfahrenstechnische Funktion, die das Modul durch Dienste anbieten kann. Zur Integration des Anlagenmoduls muss nun lediglich das MTP in das Prozessleitsystem importiert und seine verfahrenstechnischen Dienste mit Hilfe eines Batchwerk-zeuges zu einem Gesamtprozess orchestriert werden.

Um die Anwendbarkeit von Dima nachweisen zu können, hat Wago gemeinsam mit der TU Dresden und der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg einen modularen Anlagen-demonstrator aufgebaut. Diese prototypische Dima-Anlage besteht aus den vier Prozessschritten:

Jede der vier Grundfunktionen wird durch ein eigenes Modul repräsentiert. Das Automatisierungssystem der Anlage wurde mithilfe zweier Softwarewerkzeuge umgesetzt:

Jedes der vier Anlagenmodule ist mit einer eigenen Steuerung von Wago ausgestattet. Darüber lassen sich alle Abläufe innerhalb des Moduls steuern. Hierzu gehören u. a. die Kommunikation zu den Feldgeräten, die mittels unterschiedlicher Protokolle realisiert werden kann, die Überwachung von Verriegelungen innerhalb des Moduls sowie die Berechnung von modulinternen Regelkreisen. Die Programmierung der Steuerungen erfolgt mittels der Engineeringsoftware e!Cockpit. Damit ist der Modulhersteller in der Lage, das erforderliche MTP automatisch aus dem Quellcode der Modulsteuerung zu generieren. Er kann dabei kundenindividuelle Dienste und Bedienbilder auswählen und exportieren. Diese Auswahlfunktion erlaubt es ihm, ein umfangreiches Wiederverwendungskonzept aufzubauen. Um die Module darüber hinaus unabhängig voneinander parametrieren und diagnostizieren zu können, verfügt jedes Anlagemodul über ein eigenes Bedienpanel.

Zur Integration des Anlagenmoduls in die Prozessführungsebene wird das MTP in das Prozessleitsystem Zenon von Copa-Data eingelesen. Die Integration der Module lässt sich dabei vollständig über die in den MTP modellierten Informationen realisieren. Während des Einlesens des MTP werden alle benötigten Variablen, Bedienbilder, Grundoperationen eines Moduls sowie deren Verknüpfungen untereinander angelegt. Auch der passende OPC-UA-Treiber im Prozessleitsystem kann angelegt werden und muss lediglich um die Adresse des jeweiligen Moduls ergänzt werden. Damit ist es möglich, sofort nach Aktivieren der Runtime des Prozessleitsystems, eine direkte Kommunikation zwischen Leitsystem und Modul-steuerung aufzubauen. Das Produktionssystem ist innerhalb von Minuten einsatzbereit.

Zur Fachmesse SPS IPC Drives in Nürnberg hat Wago die prototypische Dima-Anlage erstmals präsentiert. Das Integrationsengineering der Anlage, das Numbering-up einzelner Anlagenmodule oder den Austausch von Anlagenmodulen hat das Unternehmen beispielhaft anhand von An- und Abkoppelvorgängen des Filtermoduls demonstriert. Die komplette Entfernung des Filtermoduls und die anschließende Wiederaufnahme des Produktionsprozesses ließ sich dabei in 2:30 min realisieren. Auf der diesjährigen Hannover Messe Industrie wird die prototypische DIMA-Anlage erneut zu sehen sein.

Halle 11, Stand C64

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Market Management Industrie & Prozess, Wago