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Brückenschlag zwischen Fertigung und Prozess

Durchgängige Automatisierungskonzepte als Schlüssel zu erfolgreichen Hybrid-Anwendungen
Brückenschlag zwischen Fertigung und Prozess

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Der Ruf nach nahtlos vernetzten Produktionslandschaften wird gerade bei den so genannten Hybrid-Anwendungen der Pharma-, Chemie- und Kosmetikindustrie sowie der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie immer lauter. Der einzige Feldbus, der derzeit durchgängige Lösungen in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung erlaubt, ist der Profibus. Diesen besonderen Nutzen unterstreichen aktuelle Ergebnisse und Praxisbeispiele eines druckfrischen White Papers der ARC Advisory Group.

Die Automatisierungswelt ist in Bewegung geraten. Wurden die Fertigungs- und Prozessautomation vor ein paar Jahren noch als zwei strikt getrennte Bereiche betrachtet, so geht der Trend bei den so genannten Hybrid-Anlagen heute zu durchgängigen Lösungen. In der Pharma, Chemie, Kosmetik sowie Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie werden die Anlagenbetreiber tagtäglich mit Anwendungen konfrontiert, die aus einer Kombination von verschiedenen Applikationen bestehen.

Die Wertschöpfungskette eines Unternehmens besteht nur selten aus diskreten Fertigungs- oder reinen Prozessaufgaben. Selbst in der Automobilindustrie, dem Paradebeispiel der Fabrikautomation, gibt es hybride Anwendungen wie beispielsweise in der Karosserie-Lackierung. Auf der anderen Seite ist in Raffinieren, dem klassischen Vertreter der Prozessindustrie, neben der kontinuierlichen Verarbeitung flüssiger Rohstoffe auch die Integration der Antriebstechnik erforderlich.
Durchgängig von A bis Z
Das äußerst flexible Profibus-Baukastensystem meistert alle Teilschritte der Produktion, von Upstream über Mainstream zu Down-stream, von der Materialanlieferung bis zur Warenauslieferung, von der Lagerhaltung über die Produktion bis zum Abfüllen, Verpacken und Versand. Auf Basis eines einheitlichen Kommunikationsprotokolls wählt der Anwender die geeignete Übertragungstechnik, um diskrete Feldgeräte wie Antriebe, Ein/Ausgabe-Geräte, Ventilinseln oder typische Prozessfeldgeräte anzuschließen. Zahlreiche Applikations- und Systemprofile erlauben eine maßgeschneiderte Lösung. So ertüchtigt das auf Profibus aufsetzende Anwenderprofil PA Devices das Bussystem für die speziellen Anforderungen der Prozessindustrie. In diskreten Bereichen der Prozessautomatisierung werden hier die gleichen Anwendungsprofile wie in der Fertigungsautomatisierung eingesetzt.
Für den Einsatz in kontinuierlichen Prozessen oder bei Batch-Anwendungen sind bei der Anbindung komplexer Messgeräte besondere Eigenschaften gefragt. Dazu zählen Zweileitertechnik zur Datenübertragung und Energieversorgung über das gleiche Kabel, eigensicheres Verhalten genauso wie rückwirkungsfreies Entfernen und Hinzufügen der Busteilnehmer, auch im Ex-Bereich. Profibus PA hält für alle diese Anforderungen die richtige Lösung bereit. Durch die Profil-Bildung können Feldgeräte verschiedener Hersteller und Klassen wie Druck-, Durchfluss-, Füllstands- oder Temperaturmessumformer, Stellungsregler, Antriebe, Analysegeräte oder Remote I/Os interoperabel betrieben werden. Profibus überträgt zyklische Daten wie die jeweiligen Messwerte und azyklische Daten für Parametrierung, Diagnose und Wartung. Die MBP-IS- (Manchester Coded, Bus Powered, Intrinsic Safety) Übertragungstechnik entspricht dabei allen Auflagen für explosionsgefährdete Bereiche.
Das Profidrive-Profil synchronisiert Frequenzumrichter und Servoantriebe, beispielsweise in der Verpackung. Mit Profisafe schafft der Anwender eine zusätzliche Sicherheitsebene, mit der er die stringenten Failsafe-Anforderungen internationaler Sicherheitsstandards erfüllen kann. Das Konzept erlaubt den Einsatz in sicherheitsgerichteten Steuerungen im Maschinenbau und der Fertigungsautomatisierung genau so wie in der Prozessautomatisierung; es ermöglicht die Koexistenz zwischen sicheren und betrieblichen Daten auf einem Buskabel. So lassen sich auch in der Prozessautomatisierung kostenintensive Lösungen für sicherheitsrelevante Anforderungen elegant umgehen.
Zusammen mit der Namur hat die Profibus Nutzerorganisation (PNO) den Einsatz des Profidrive-Profils in der Verfahrenstechnik vorangetrieben und wird weitere Profile für PA-Geräte und weit entfernte E/A-Module entwickeln. Die horizontale Kommunikation wird in nächster Zukunft durch neue Profile für Identsysteme, Wäge- und Dosiertechnik, Remote I/O, Laborgeräte und Halbleiter-Industrie weiter ausgebaut.
Den Kinderschuhen entwachsen
Die besondere Bedeutung von Profibus in hybriden Anwendungen wird jetzt durch das neue White Paper „The Value Proposition of Profibus in the Hybrid Industries“ der ARC Advisory Group nachgewiesen. Die Autoren zeigen, dass insbesondere in diesen Anwendungen zunehmend die Vorteile homogener Feldbusarchitekturen realisiert werden, die eine bereichsübergreifende Vernetzung vom einfachen Sensor bis hin zur komplexen Feldinstrumentierung erlauben. So kann Profibus Prozessmessgeräte wie Drucktransmitter und Durchflussmesser nahtlos mit Antrieben und Sensoren der diskreten Anwendungsseite verbinden. Denn laut des Beratungsunternehmens steht der universelle Wertbeitrag eines Feldbusses in direkten Zusammenhang mit der Vielfalt unterschiedlicher Betriebsanwendungen, die er steuern kann. Anwender sollten deshalb eine Lösung vorziehen, die nicht auf individuellen Insellösungen basiert, sondern alle Produktionsprozesse mit einbezieht. Dies gilt insbesondere in Hinsicht auf das anlagenweite Asset-Management. Die spezifischen Applikationsprofile von Profibus für Ex-Bereiche, komplexe Antriebssteuerungen oder sicherheitsgerichtete Anwendungen treffen nach Analyse der ARC Advisory Group den Nerv der Anwender in den Hybrid-Applikationen und bieten einen zukunftssicheren Investitionsschutz.
Als die Feldbustechnologie noch in den Kinderschuhen steckte, erhofften sich die Anwender vor allem Einsparungspotenziale bei Verkabelung und Installation gegenüber der konventionellen Verdrahtung. Diese auf den ersten Blick offensichtlichen wirtschaftlichen Vorteile überdecken oftmals den wahren Nutzen der Feldbusse, der sich erst lange nach der Inbetriebnahme der Anlage bei der Wartung und im laufenden Betrieb richtig entfaltet. So trägt eine einheitliche Systemarchitektur dazu bei, Engineering- oder Schulungskosten zu senken. Noch deutlicher fallen die Einsparungen bei der Dokumentation ins Gewicht. Entscheidend ist, dass die Feldbustechnik eine neue Qualität an Anlagen-Effektivität ermöglicht. Sie kann dazu beitragen, die Betriebskosten signifikant zu reduzieren und den Herstellern helfen, Operational Excellence zu erreichen.
Kosteneinsparungen
Die bereits vor zwei Jahren durchgeführte FuRIOS-Studie (Feldbus und Remote I/O Systemvergleich) kam zu ähnlichen Ergebnissen. In Zusammenarbeit führten Infraserv Höchst, Aventis und die Interessengemeinschaft Regelwerke Technik einen Systemvergleich Feldbus kontra Remote I/O durch. Dabei wurden die Kosten einer größeren pharmazeutischen Produktionsanlage gegenübergestellt. Die Studie ergab, dass für ein Feldbussystem eine Einsparung an Investitionskosten gegenüber Remote I/O möglich ist. Dies ist ein starkes Argument zu Gunsten einer Feldbusimplementierung, besonders für Systemintegratoren, deren primäres Anliegen nicht die Lebenszykluskosten sind, sondern die Senkung der Montagekosten. Vor allem die drastische Reduzierung der E/A-Kosten – in Summe rund 18 % gegenüber Remote I/O – spricht für den Feldbus. Daneben lassen sich die Engineeringkosten der DSC und die Kosten für die Verkabelung senken. Weitere Informationen zur FuRIOS-Studie gibt es auf der Homepage von Pepperl + Fuchs unter www.pepperl-fuchs.com.
Praxisbeispiel
ARC hat sich mit mehreren Anwendern unterhalten, darunter auch mit SABMiller, einer der größten Brauereien der Welt mit Hauptsitz in Südafrika. Brauereien sind klassische Hybrid-Anwendungen, die aus einem Mix von verfahrenstechnischen Prozessen wie Fermentation oder Filtrieren und typischen diskreten Produktionsschritten wie Hochgeschwindigkeits-Abfüllung, Etikettieren, Verpacken und Palettieren bestehen. Allein in Südafrika verwenden die sieben Brauereien von SABMiller SPSen von mindestens drei verschiedenen Herstellern, darunter Siemens S7 und ältere S5-Steuerungen. Um einen einheitlichen Standard zu implementieren, hat sich die Brauerei dafür entschieden, für Neu- und Modernisierungskonzepte – wo immer es sinnvoll ist – Siemens-SPSen und Profibus einzusetzen. Für SABMiller spielte dabei vor allem die Verwendung eines einheitlichen Bussystems die wichtigste Rolle, da sich dadurch die Wartung und Montage der Anlagen wesentlich vereinfacht.
Die gesamte ARC-Studie, inklusive der Praxisbeispiele, kann auf der Homepage der Profibus Nutzerorganisation als PDF-Datei heruntergeladen werden.
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