Firmen im Artikel
Heutige Prozessanlagen sind nicht auf Flexibilität ausgelegt, denn Eigenschaften wie Mobilität, Skalierbarkeit, Kompatibilität und Modularität wurden bei der Anlagenplanung bisher eher stiefmütterlich behandelt. Eine Produktion aber, die sich an sich in schnellem Rhythmus verändernde Anforderungen anpassen soll, muss über einen hohen Automatisierungsgrad und eine tiefgehende informationstechnische Integration verfügen. MTP ist hierfür eine wichtige Voraussetzung. Doch das Thema modulare Produktion ist nicht wirklich neu.
Prozessführungsebene wird zum Dienstenutzer
Der Vorläufer von MTP heißt „Dima“ und wurde 2014 von Wago entwickelt. Dima stand dabei für „Dezentrale Intelligenz für Modulare Anlagen“. Das Konzept verlagerte schon damals Steuerungs- und Regelungsintelligenz in die Module. Diese stellten ihre Funktion als Dienst zur Verfügung, der durch andere Kommunikationsteilnehmer über eine vereinheitlichte Schnittstelle abgerufen werden kann. Bedient werden die Module nach wie vor durch Bedienbilder. Diese werden so beschrieben, dass sie in beliebigen Zielsystemen automatisch erzeugt werden können.
Das Konzept wurde, begleitet von Namur und ZVEI, weiter ausgebaut und stellt sich heute in Form einer neuen digitalen Beschreibungsform – dem Module Type Package (MTP) – dar. Erste Normen dazu wurden 2017 veröffentlicht (VDI/VDE/Namur, 2658), weitere sind in Vorbereitung (2776).
Das Bekanntgeben der Dienste und das Erzeugen der Bedienbilder basiert heute also auf der neuen Beschreibungsmethodik – dem Module Type Package. Es dient als digitale Beschreibung eines Anlagenmoduls und beinhaltet alle Informationen, die zum Einbinden des Moduls in die Anlage und zum Bedienen erforderlich sind. Die Prozessfunktion des Moduls wird als sogenannter Dienst modelliert, der dann über seine standardisierte Schnittstelle angesprochen wird. Die Prozessführungsebene wird damit zum Dienstenutzer und die Dienste aller MTP-Module werden im Engineering-Werkzeug der Prozessführungsebene zusammengeführt und aufeinander abgestimmt.
Ende 2018 hatten die Technologiekonzerne GEA und Siemens verkündet, im Digitalisierungsprojekt Module Type Package (MTP) verstärkt zusammenarbeiten zu wollen. Am Beispiel einer Plug & Win-Separatorenanlage für Brauereien hatten die Partner den normierten Austausch von Daten zwischen Automatisierungs- und Engineeringsystem erstmals auf der SPS gezeigt. „Prozessdaten, Services, Diagnosedaten aus unserer Steuerung werden mithilfe von MTPs in das Anlagenleitsystem importiert und müssen somit nicht mehr mühselig „per Hand“ programmiert werden“, beschreibt Patrick Eickhoff, Projektmanager Automation bei GEA, den praktischen Nutzen für den Anwender. MTPs beschreiben die Eigenschaften von Prozessmodulen funktional, das heißt hersteller- und technologieneutral. Sie bedienen jedoch nicht nur die Schnittstelle Automatisierung, sondern auch die Schnittstelle Mensch über die Bedienbilder.
„Dementsprechend wird das MTP in die übergeordnete Instanz, typischerweise ein Prozessleitsystem (PLS), geladen und damit Funktionalität, Schnittstellen und UI des Moduls bekanntgemacht. Für den Betrieb des Moduls werden Parameter von der Prozessführungsebene zum Modul gesendet, um einen sogenannten Dienst, also eine Funktion, auszuwählen. Weiterhin werden Zustandssignale ausgetauscht, über die die Synchronisation einzelner Prozessschritte, d. h. das Zusammenspiel mehrerer Module auf der Prozessführungsebene koordiniert werden“, beschreibt Dr. Christian Brehm, Global Product Manager Digital Solutions bei Seepex, welche Auf-gaben MTP im neuen Pumpenmodul genau übernimmt. Das Unternehmen hatte zur Hannover Messe ein erstes Pumpenmodul auf Basis von Exzenterschneckenpumpen per MTP gezeigt. Das Modul war in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Automatisierungstechnik der TH Köln und Wago Kontakttechnik erstellt worden.
Marktpotenzial hoch, Anwender zögerlich
Sowohl GEA, also auch Siemens und Seepex bestätigen auf Nachfrage großes Interesse an der neuen Technologie, ein Bedarf sei deutlich zu spüren. Neben den konkreten Anfragen zu ausgestellten Produkten galt das Interesse der Fachbesucher auf den Messen der letzten Monate jedoch vornehmlich der Technologie selbst und ihrem Reifegrad, so Brehm. Und so gibt es bisher außer den in der Tabelle aufgeführten Pilotprojekten sowie einigen Projekten in der Erarbeitungsphase bisher keine realisierten Anlagen im Alltagsbetrieb.
Dennoch schätzen Namur und ZVEI das Potenzial hoch ein. Denn eines zeichnet das Thema MTP aus: Hier ziehen – getrieben durch Industrie 4.0 – viele Hersteller, Endkunden, Verbände und Gremien an einem Strang. Und solange das so bleibt, wird die Nachfrage mit dem Reifegrad der Technologie wachsen. Branchen, die besonders von einer modularen Produktion profitieren könnten, sind – so die Verbände – die chemische Industrie, dort besonders die Fein- und Spezialchemie, die Pharmaindustrie, Energiewirtschaft, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie Betreiber von Offshore-Anlagen.
Allein in der chemischen Industrie wird das Marktpotenzial für die modulare Automatisierung auf etwa 200 Mio. Euro geschätzt, basierend auf etwa 6 % des Gesamtinvestitionsvolumens von 2016 (Quelle: CEFIC). Eine weitere Schätzung geht davon aus, dass 2030 ca. 25 % der technischen Anlagen, Maschinen und Geräte modular aufgebaut sein werden. Derzeit beträgt der Automatisierungsgrad etwa 3 %. Bei modulbasierten Prozessanlagen wird sich der Anteil der Automatisierung auf etwa 5 % erhöhen (Predictive Maintenance, mehr kleine SPS und mehr Sensoren). Das Marktvolumen für modulare Mess- und Prozessautomatisierung schätzen Namur und ZVEI daher im Jahr 2030 auf ca. 3,5 Mrd. Euro. Dieses Marktvolumen wiederum mache nur einen Teil des Gesamtpotenzials an Engineering-Einsparungen aus, das das Modularisierungskonzept für die anderen Stakeholder wie Systemintegratoren, Anlagenbauer und Anwender verspricht. So schätzt man beispielsweise, dass ein großer Teil der Engineering- und Logistikkosten eingespart werden kann. Diese Schätzungen, so die Verbände, belaufen sich auf bis zu 60 %.
Bei all diesen positiven Zahlen für die Zukunft darf man jedoch nicht vergessen, dass viele Anwender – wie bei jeder Einführung einer neuen Technologie – auf Erfahrungen aus dem Feld warten, bevor sie selbst investieren. Dass Betreiber dann aber nach einer Anlaufphase sehr schnell neue Anwendungsfelder für MTP finden werden, dessen ist sich Brehm sicher. Denn: „Gerade die Prozessindustrie, die besondere Anforderungen hinsichtlich Verfügbarkeit über lange Laufzeiten hat, kann in bestimmten Bereichen hiervon wirklich profitieren und sich besser an die Nachfrage oder Dynamik einzelner Märkte anpassen.“
Zu wichtig und wettbewerbsentscheidend sind die Vorteile für Brownfield- und Greenfield-Anlagen, die sich aus MTP ergeben:
- Leichterer Austausch, Neuordnung und Integration von Anlagen
- Weniger Stillstandszeiten
- Geringere Investitionen und weniger Life-Cycle-Management
- Verkürzte Time-to-Market
- Höhere Flexibilität durch schnelleres Umrüsten
- Verbesserte Skalierbarkeit der Anlagen
- Vereinfachtes Engineering und schnellere Inbetriebnahme der
Anlage dank weniger Fehler und besserer Kommunikation - Kein Klärungsaufwand bei übergreifender Anlagenkommunikation
In der Endphase der modularen Produktion – so das erklärte Ziel – sind standardisierte Prozessmodule bereits vorkonstruiert, vorautomatisiert und vorgefertigt, sodass sie mit standardisierten Schnittstellen und dezentraler Intelligenz durch den Modullieferanten kurzfristig geliefert werden können.
Der Anlagenbau wird sich verändern
Das Engineering wird sich für Anlagenplaner- und -bauer merklich verändern, da Planungsingenieure verstärkt auf Module setzen. „Das Engineering wird viel einfacher. Nicht jedes einzelne Feldgerät oder Aggregat muss einzeln integriert und in Betrieb genommen werden“, betont Brehm diesen sich bietenden Wettbewerbsvorteil. „Engineeringzeiten werden verkürzt“, sieht auch Christoph Schröder, Siemens, einen gewichtigen Vorteil für den Anlagenbau, „weil Maschinen standardisiert in das Prozessleitsystem eingebunden werden können. Dabei müssen aber die neuen Arten der Kommunikation berücksichtigt werden.“ Die Herausforderung für die Hersteller sieht Patrick Eickhoff darin, dass es bei Anlagen nicht mehr die eher generalistische all-in-one-Lösung geben wird. „Jeder Hersteller kümmert sich um sein Modul und bringt somit sein spezialisiertes Know-how in die Gesamtanlage ein.“
Doch nicht nur das Engineering und die Art des Prozessdesigns werden sich ändern. Auch die Anwender müssen sich auf eine neue Technologie einstellen, regelt MTP doch nicht nur die Schnittstelle zu Kollege Computer, sondern auch die HMI-Funktionen. Für Beteiligte an den Pilotprojekten ist der Schulungsaufwand in der Tat recht hoch, berichtet Brehm, die eigentliche Anwendung sei jedoch fast trivial – einer der Vorteile von MTP. Eickhoff bestätigt das: „Im Zeitverlauf ist eine erhebliche Minderung des Schulungsbedarfs zu erwarten, da jeder Hersteller auf der gleichen Plattform arbeitet und unterschiedliche Standards der Vergangenheit angehören dürften.“ So sieht es auch Uwe Börner von Siemens: „Jede Technik muss beherrscht werden und bedeutet daher einen gewissen Aufwand. Die Hürden bei MTP sind nicht höher als bei anderen Kommunikationsmöglichkeiten. Allein das Potenzial steckt im Ergebnis.“ Siemens erstelle derzeit ein Pilottool für Kundenanwendungen und die weitere Integration in die Automatisierungslandschaft. „Wir wollen die Technologie weiter vermarkten und werden dazu unsere Zusammenarbeit mit GEA konzernweit intensivieren“. Und nicht nur das: Will man MTP wirklich flächendeckend nutzen und das innewohnende Potenzial voll ausschöpfen, so müssen alle Beteiligten an einem Strang ziehen. Denn das wird den Anwendern in der Prozessindustrie das Zutrauen geben, eines Tages die Vorteile der Technologie nutzen zu wollen – und auf den Zug aufzuspringen.
Suchwort: cav1019mtp
Autorin: Christine Koblmiller
Fachjournalistin
Uwe Börner, Global Account Manager für GEA, SiemensStatement
„MTP sehe ich als große Herausforderung. Einen Standard zu treiben, bedeutet am Anfang immer einen hohen Einsatz sowohl für Hersteller als auch für Endkunden, damit aber auch die Chance, wirklich etwas zu bewegen und zu verbessern.
Patrick Eickhoff, Projektmanager Automation bei GEAStatement
„Im MTP-Konzept sehen wir erhebliches Potenzial, unseren Kunden eine noch bessere Qualität und mehr Service im Bereich der Steuerung anbieten zu können. Damit leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Digitalisierung. Das Besondere und die große Zukunftschance an MTP ist, dass erstmals alle Steuerungshersteller an einem Strang in Zusammenarbeit mit Endkunden ziehen, um einen einheitlichen Standards zu entwickeln.“
Dr. Christian Brehm, Global Product Manager Digital Solutions, SeepexStatement
„Die Erfahrung zeigt uns, dass neue Technologien und Ansätze nur mit herstellerübergreifenden Standards
Akzeptanz finden und eine signifikante Marktdurchdringung erlangen. Bei MTP haben sehr viele verschiedene Marktteilnehmer aktiv mitgewirkt: Feldgeräte-, Steuerungs-, PLS-, Skid-Hersteller sowie Hochschulen und Endanwender. In ständigem Austausch zwischen den Interessensgruppen wurde eine Idee, begleitet durch Proto- typen, entwickelt und erlangt nun Markreife. Stetig werden die Erfahrungen der Anwender zurück in die Standardisierung gespielt und dort berücksichtigt. Wir freuen uns, dass wir uns an der Schaffung von etwas Neuem beteiligen dürfen und so zu Innovation und Digitalisierung in der Prozessindustrie beitragen.“
