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Dosiermodule mit MTP umsetzen

Auf den Anwendungsfall zugeschnitten
Dosiermodule mit MTP umsetzen

In der chemischen und pharmazeutischen Industrie ist der Wandel hin zu flexiblen, modular aufgebauten Produktionsanlagen bereits in vollem Gange. Nun stehen auch Anlagen für Versuchsstände und Labore im Fokus dieses Wandels. Fink Chem+Tec hat Dosiermodule für Technikum und Labor mithilfe der Software MTP Controlengine von Semodia für die Verwendung von Module Type Package (MTP) angepasst.

Module, die Aufgaben wie das Dosieren von Medien erledigen und dazu eine integrierte Sensorik mitbringen, sind keine Neuheit. Sie sind im Baukastenprinzip und in zwei Kategorien – mit und ohne eigene Intelligenz – verfügbar. Bei Modulen ohne eigene Steuerung werden alle Komponenten einzeln in das Prozessleitsystem eingebunden. Dies muss meist in zeitkritischen Phasen geschehen und benötigt je nach Umfang des Moduls viel Zeit bei der Inbetriebnahme. Einfacher sind Lösungen mit eigener dezentraler SPS. Der Anbieter übernimmt bereits viel vom Engineering- und Installationsaufwand. Leider funktionieren die reibungslose Umsetzung und Einbindung in das eigentliche Prozessleitsystem immer noch über herstellerspezifische Kommunikationsprotokolle oder nur mit Steuerungen vom selben Hersteller.

Es gab bereits viele Versuche von Standardisierungen, die häufig jedoch an Eigenlösungen von Herstellern oder Anwendern gescheitert sind. Nicht so beim MTP, einem Lösungsansatz des Vereins Deutscher Ingenieure e. V. (VDI), des Verbands der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) und der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie (Namur) mit gemeinsamen Arbeitskreisen von Modulherstellern, Steuerungsherstellern und Anwendern.

Unabhängig vom Hersteller

Das MTP-Konzept geht stark einher mit dem modularen Anlagenbau. Die Grundidee: Unabhängige Module sind nach VDI 2776 Process Equipment Assemblies (PEA) als eigenständige Einheiten aufgebaut, die eine bestimmte Prozessfunktion umsetzen. Nach der Richtlinie VDI/VDE/NAMUR 2658, in der das MTP spezifiziert ist, erhält jede PEA eine eigene Steuerung, auf der dezentral die Steuerungslogik dieser PEA ausgeführt wird. Nach außen muss diese Steuerung einen OPC-UA-Server bereitstellen. Über das MTP wird maschinenlesbar und herstellerunabhängig beschrieben, was auf der PEA bzw. dem OPC-UA-Server bereitgestellt wird. Die Erzeugung des MTP sollte aus einem Engineering-Tool während des PEA-Engineerings automatisch generiert werden.

Während des Anlagen-Engineerings werden die benötigten PEAs in einem Process Orchestration Layer (POL) über das MTP importiert, instanziiert und verschaltet. Sofern klassische Leitsysteme die Möglichkeit bieten, MTPs zu importieren, in einer Anlagentopologie zu verschalten und in einer Runtime zu beobachten und zu bedienen, spricht man meist schon von einem POL.

Softwarelösung für MTP-Umsetzung

Fink Chem+Tec hat in Semodia einen Partner für die MTP-Umsetzung gefunden. Semodia hat von Beginn an den MTP-Standard mitgestaltet und ist in allen relevanten Gremien wie dem VDI, der Namur und dem ZVEI (Verband der Elektro- und Digitalindustrie) für die Standardisierung des MTP und der Namur Open Architecture (NOA) vertreten.

Mithilfe des Tools MTP Controlengine von Semodia wurden die Dosiermodule von Fink Chem+Tec MTP-fähig gemacht. Mit einem C++-Software-Development-Kit (SDK) wird der Steuerungscode mit MTP-konformem Verhalten für die Laufzeit einer Steuerung nach VDI/VDE/NAMUR 2658 bereitgestellt. Der generierte Code ist architekturunabhängig und kompatibel mit X86, AMD64 oder ARM, sodass er auf konventionellen SPSen laufen kann, aber auch die Embedded-Welt eröffnet. Der integrierte OPC-UA-Server wird automatisch initialisiert, um die MTP-konforme Steuerung automatisch zur Laufzeit per MTP in einen Process Orchestration Layer zu integrieren.

Module einfach in POL integrierbar

Fink Chem+Tec war nach eigenem Kenntnisstand der erste Hersteller am Markt, der ein Dosiermodul vollständig mit MTP umgesetzt hat. Das Unternehmen hat seinen voll funktionsfähigen MTP-Demonstrator auf der Achema präsentiert. Er umfasst drei vollwertige PEAs: zwei Dosiermodule und ein Extraktionsmodul. Jedes der beiden Dosiermodule setzt sich aus einer Ritmo-R15-Pumpe, Sensoren und einer 5-Liter-Vorlage zusammen. Das Extraktionsmodul besteht aus einem Mixer-Settler und Sensoren. Anstatt der im Demonstrator eingesetzten Ritmo-R15-Pumpe können auch andere Pumpen in einen PEA integriert werden.

Alle drei Module laufen mit der Semodia-MTP-Controlengine. Mit einem von Semodia zur Verfügung gestellten MTP kann jedes Modul in wenigen Minuten vollautomatisch in ein POL integriert werden, um den Dosier- bzw. Extraktionsdienst zu starten.

Für diese einfache und schnelle Integration wird häufig der Vergleich zum Druckertreiber herangezogen. Jedes Modul wird durch den Hersteller bereits vollständig in Betrieb genommen und somit einsatzbereit mit dem „Treiber“ ausgeliefert. Der Anwender lädt diese MTP-Datei, den Treiber, in seine POL und kann direkt starten.

Der Dosierdienst ist so aufgebaut, dass er alle Funktionalitäten der Pumpe gekapselt nach außen bereitstellt. Über die zwei Prozeduren „Dose_Continuous“ und „Dose_Batch“ ist es möglich, den Dienst für eine kontinuierliche Dosierung auszuführen oder mit einem festgelegten Volumen über eine festgelegte Zeit zu dosieren. Die Sollwerte werden über Prozedurparameter des Diensts eingestellt. Die integrierte Sensorik im Modul überwacht und regelt Druck und Volumenstrom kontinuierlich. Bei Fehlern wie z. B. zu hohem Druck geht der Dosierdienst automatisch in einen Fehlerzustand. Die Ventile an Ein- und Ausgängen schließen das Modul dann ab und gewährleisten einen sicheren Zustand des Moduls.

Flexibel und modular einsetzbar

Neben Diensten und Parametern wird auch ein Bedienbild für das Modul im MTP beschrieben. Nach Import der MTP-Datei in ein Leitsystem erfolgen binnen weniger Minuten die Integration und der Steuerzugriff auf Bedienbild und Dienste. Somit ist das Modul vielseitig und flexibel einsetzbar. Vorteile ergeben sich v. a. wenn oft umgebaut werden muss, die Integration in ein Leitsystem für ein Zusammenspiel von Modulen aber unerlässlich ist. Nach dem Plug-and-produce-Prinzip wird das neue Dosiermodul eingesetzt und die MTP-Datei geladen. Auf der Bedienoberfläche ist kein Unterschied feststellbar, sodass man mit angepassten Anlagenparametern wie gewohnt weiterarbeiten kann. Zukünftig wird Fink Chem+Tec auch die Förderpumpen MTP-fähig machen.

Fink Chem+Tec GmbH, Leinfelden-Echterdingen


Autor: Andreas Fink

Geschäftsführer

Fink Chem+Tec


Autor: Lukas Bittorf

Projektmanager,

Semodia

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