Prozessleitsystem jetzt auch in der Cloud

Getrieben von immer kürzer werdenden Produkteinführungszeiten sucht die chemisch-pharmazeutische Industrie nach neuen Konzepten, um die Flexibilität ihrer Prozessanlagen zu steigern. „Ist für ein neues Produkt oder eine geänderte Rezeptur ein neuer Prozess nötig, ist der Weg bisher sehr steinig“, sagt Martin Reichinger, Business Manager Process Automation bei B&R. Zuerst wird der Prozess in einer kleinen Laboranlage getestet. Anschließend erfolgt die Optimierung der Verfahrensparameter in einer Technikumsanlage. Damit das Produkt schließlich im großen Maßstab hergestellt werden kann, wird der Prozess auf eine Großanlage übertragen.

„Dieses Vorgehen ist notwendig, um die Großanlagen optimal auszunutzen. Es verschlingt aber viel Zeit und Geld“, erklärt Reichinger. Das ist nicht zuletzt dem Umstand geschuldet, dass in jedem der drei Schritte häufig ein eigenes Leit- beziehungsweise Automatisierungssystem nötig ist. „Im Extremfall muss die Software zweimal neu geschrieben und die Steuerungstechnik zweimal ausgetauscht werden“, erläutert Reichinger den Aufwand. Abhilfe versprechen flexible Hard- und Softwaresysteme, die sich unabhängig von der Größe der Anlage einsetzen lassen. Zum Beispiel die offene Automatisierungsplattform Aprol. „Damit kann die Automatisierungstechnik von Laborsystemen von wenigen I/O-Kanälen über anspruchsvolle Technikumsanlagen bis hin zur Großproduktionsanlage mit weit über 100 000 I/O-Kanälen ausgebaut werden“, erklärt Reichinger die Skalierbarkeit der B&R-Lösung.

Aprol basiert auf dem Betriebssystem Linux und verfügt über alle Funktionen eines ausgewachsenen Prozessleitsystems (PLS). Dazu gehören neben den Kernkomponenten Alarm- und Grafiksystem, Reporting- und Trendsystem mehr als 100 gebrauchsfertige Control-Module mit unterschiedlichen Funktionen. Die kleinste Automatisierungslösung mit Aprol besteht dabei aus der Systemsoftware, einem Industrie-PC und einigen I/O-Modulen. „Selbst in dieser minimalen Ausstattung sind alle Aprol-Funktionen enthalten“, sagt Reichinger. Da sich der Preis für die Softwarelizenz nach der Anzahl der I/O-Module richtet, ist der Einsatz bereits bei kleinen Systemen rentabel. „Wird die Anlage erweitert, können die bisherige Hard- und Software übernommen werden“, betont der Automatisierungsspezialist. Zusätzlich benötigte Hardware wird einfach ergänzt und gegebenenfalls eine Lizenz für weitere I/O-Module erworben.

Dabei kann Aprol auch an bestehende Prozessleit- oder Scada-Systeme in Großanlagen gekoppelt werden. Solche Anlagen enthalten in der Regel Komponenten unterschiedlicher Hersteller und verwenden verschiedene Kommunikationsprotokolle, Feldbusse und Industrial-Ethernet-Protokolle. „Das stellt für die Plattform aber kein Problem dar, da sie über die entsprechenden Schnittstellen zu allen gängigen Kommunikationsprotokollen verfügt“, hebt Reichinger die Offenheit des Systems hervor. Das macht die Automatisierungsplattform interessant, wenn spezielle Lösungen wie beispielsweise Energie- oder Condition-Monitoring gesucht werden. „Hierfür haben wir Aprol Enmon und Aprol Conmon entwickelt“, sagt Reichinger. Werden alle nötigen Daten bereits durch Sensoren erfasst, ist außer einem Industrie-PC mit Aprol keine zusätzliche Hardware nötig, um beispielsweise ein komplettes Energiemonitoringsystem einzurichten. Reports, Trends und Alarmsystem stehen automatisch zur Verfügung. So lassen sich Aprol Enmon und Conmon neben bestehenden Prozessleit- oder Scadasystemen einrichten.

Die offene Automatisierungsplattform ist nicht nur skalierbar, sie ist auch modular aufgebaut. „Daher lässt sich etwa ein eingerichtetes Energiemonitoringsystem jederzeit um weitere Funktionen ergänzen oder auch zu einem vollwertigen Prozessleitsystem ausbauen“, sagt Reichinger und verweist auf weitere Vorteile von Aprol in Kombination mit der Steuerungshardware von B&R. „Der Nutzer des Prozessleitsystems profitiert von der hohen Performance, Robustheit und Skalierbarkeit unserer Steuerungstechnik, die es in dieser Form bei den meisten Komponenten für Prozessleittechnik nicht gibt.“

Die B&R-I/O-Module verfügen über Eigenintelligenz und können z. B. Fast-Fourier-Transformationen direkt berechnen. Daher können sie Teilaufgaben für die Regelung und Steuerung dezentral im Feld übernehmen. Die Daten werden über das offene Industrial-Ethernet-Protokoll Powerlink übertragen. Auch die integrierte Sicherheitstechnik von B&R lässt sich direkt in Aprol einbinden. Damit sind sichere Reaktionszeiten von weniger als fünf Millisekunden möglich.

Zukünftig lässt sich Aprol auch auf virtuellen Computern aller gängigen Cloud-Anbieter installieren und betreiben. Die Daten werden von einer lokalen Aprol-Installation vorverarbeitet und komprimiert, sodass nur aussagekräftige Daten an die Cloud-Datenbank ver-sendet werden. Mit diesem Ansatz, der an das Konzept des Fog- oder Edge-Computings angelehnt ist, werden die Kosten für den Datenverkehr niedrig gehalten. Aprol unterstützt die Protokolle MQTT, AMQP und OPC UA. Die Zahl der lokalen Aprol-Installationen, die Daten an ein zentrales Cloud-Aprol senden, ist nicht beschränkt. Die Auswertungen der Business-Intelligence-Lösungen lokaler und cloudbasierter Aprol-Installationen werden über eine Rest-Schnittstelle abgerufen. Die Systemarchitektur mit lokalen Aprol-Installationen und einer Installation in der Cloud verhindert ungewollte Zugriffe aus dem Internet und garantiert eine hohe Sicherheit für die Anlage. Alle Auswertungs-, Reporting- und Business-Intelligence-Funktionen stehen auch in der Cloud zur Verfügung. Durch die zentrale Datenhaltung lassen sich alle Informationen weltweit dezentral abrufen. Wahlweise können die Inhalte der Datenbank auch von Big-Data-Analysetools der Cloud-Anbieter ausgewertet werden. Auch die Mechanismen für paralleles und Concurrent Engineering stehen zur Verfügung.

Halle 7, Stand 114

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Freie Fachjournalistin