Durch standardisierte Schnittstellen und eine semantische Beschreibung ermöglicht die MTP-Technologie sowohl die Realisierung flexibler, modularer Anlagen als auch eine enorme Steigerung der Engineeringeffizienz bei der Package Unit Integration in konventionellen Anlagen. Studien des ZVEI zeigen, dass die Flexibilität von Anlagen um 80 % und die Effizienz bei der Package Unit Integration durch die MTP-Technologie um bis zu 70 % gesteigert werden kann, sowie die Time to Market um 50 % gesenkt wird. Aufgrund dessen besteht bei Anlagenbetreibern ein großes Interesse, die MTP-Technologie einzusetzen. Durch die Neuheit der MTP-Technologie und die mit ihr verbundene Veränderung der klassischen Aufgabenverteilung zwischen Anlagenbetreibern, Integratoren und Maschinenbauern ist eine Einführung mit Erfahrungsgewinnen verbunden. Ein hersteller- und anwenderübergreifender Erfahrungsaustausch ist hierbei von großer Bedeutung.
In diesem Artikel sollen neben den technischen Aspekten der MTP-Technologie und dem aktuellen Status der Standardisierung die von Namur, ZVEI und Profibus Nutzerorganisation (PNO) geplanten Schritte vorgestellt werden, um die Vorteile der modularen Automation in der Praxis effizient nutzen zu können.
Modulare Automation mit dem Module Type Package
Maschine, Fertigungszelle, Package Unit, Skid oder Process Equipment Assembly (PEA), die Begriffe für weitgehend autonome, intelligente Einheiten innerhalb einer Anlage unterscheiden sich von Industrie zu Industrie. Die Integration dieser Equipment Assemblies in ein übergeordnetes, orchestrierendes System ist auf der Ebene der Kommunikation dank durchgehender ethernet-basierter Kommunikation weitestgehend gelöst. Das in der Richtlinie VDI/VDE/Namur 2658 beschriebene Konzept der modularen Automation bestehend aus standardisierten Schnittstellenelementen und deren semantische Beschreibung im Module Type Package (MTP) ermöglicht erstmals eine Integration der Equipment Assemblies in die orchestrierenden Systeme auf Applikationsebene. Dabei werden im MTP wie in Bild 1 dargestellt alle relevanten Aspekte adressiert:
- Integration von Bedienbildern der Equipment Assemblies in das anlagenweite HMI
- Orchestrierbarkeit der von den Equipment Assemblies bereitgestellten Funktionen, um auf der Anlage ein gewünschtes Produkt herstellen zu können
- Integration der Alarme und Meldungen in ein übergeordnetes, anlagenweites Alarmsystem
- Integration von Diagnose- und Life-Cycle-Informationen aus den Equipment Assemblies in ein übergeordnetes Diagnose- oder Asset-Management-System
Die einzelnen Aspekte werden in jeweils dedizierten Blättern der VDI/VDE/Namur 2658 beschrieben. Die Konzepte werden in gemeinsamen Arbeitsgruppen von Anlagenbetreibern, Maschinenbauern und Automatisierungslieferanten in der Namur und dem ZVEI entwickelt und schließlich im GMA-Fachausschuss 5.16 in Richtlinienform gebracht. Der Status der Standardisierung und die Zieldaten der Veröffentlichung sind in Bild 2 dargestellt.
Für jeden Aspekt spezifiziert die VDI/VDE/Namur 2658 Schnittstellenelemente und AutomationML-Klassen zur semantischen Beschreibung des Equipment Assemblies.
Aus diesem Katalog der Schnittstellenelemente baut der Maschinenbauer die konkrete Laufzeitschnittstelle seines Equipment Assemblies auf. Als unterlagerte Kommunikationstechnologie wird OPC UA eingesetzt. Mit den in der Richtlinie definierten AutomationML-Objekten beschreibt der Maschinenbauer die konkrete Schnittstelle für die einzelnen Aspekte HMI, Funktionalität für Process Control, Alarme und Diagnose auf Applikationsebene.
Für das HMI entscheidet der Maschinenbauer unter anderem, welche Einzelsteuerelemente auf den Bedienbildern im überlagerten System sichtbar sein sollen. Jedes einzelne Einzelsteuerelement, zum Beispiel ein Stellventil, hat einerseits eine standardisierte Laufzeitschnittstelle. Andererseits kann das Stellventil auf einem oder mehreren Bedienbildern platziert und mit grafischen Elementen verbunden werden. Die Repräsentation des Ventils in den Bedienbildern wird herstellerneutral im MTP beschrieben.
Die Funktionen eines Equipment Assemblies werden vom Maschinenbauer als MTP-Services über eine zustandsbasierte Schnittstelle bereitgestellt. Jeder MTP-Service wird im MTP beschrieben. Mittels der Informationen im MTP können die Funktionen der Maschinen innerhalb der Anlage somit orchestriert werden.
Der Anlagenbetreiber nutzt die MTPs, um die Equipment Assemblies mit den richtigen Fähigkeiten für die Herstellung des gewünschten Produkts zu finden und in den übergeordneten Scada-, DCS-, Batch- oder MES-Systemen zu einer Anlage zu kombinieren. Die Orchestrierung wird auf eine semantische Ebene gehoben und ermöglicht die Realisierung von Plug-&-operate-Szenarien auch in genehmigungspflichtigen Industrien.
MTP auf dem Weg zum weltweiten Industriestandard
Neben einer praxiserprobten, international anerkannten Richtlinie sind Aspekte wie internationale Verfügbarkeit von Expertise, eine klare IP-Situation, Test- und Zertifizierungsangebote von großer Bedeutung für den zukünftigen Erfolg der MTP-Technologie. Namur, ZVEI und die Profibus Nutzerorganisation haben im letzten Jahr den Grundstein gelegt, um diese Aspekte mit gebündelten Kräften voranzutreiben. Als Host Organisation der gemeinsamen Arbeitsgruppen vertritt die PNO ein weltweites Netzwerk von Automatisierungstechnik-Herstellern und -Anwendern. Die PNO bringt sehr viel Erfahrung in Bezug auf internationale Normierungstätigkeiten mit, sodass schon bald signifikante Fortschritte in der internationalen Normierung erreicht werden sollen. Weiter gehören u.a. die Entwicklung von Conformance-Tests aber auch Trainingsangebote für Anwender und Hersteller dazu. Weitere wichtige Aufgaben sind zudem die verantwortliche Übernahme und Absicherung des IP-Managements aller beteiligten Player und die Vorbereitung eines Zertifizierungsprozesses. In der PNO sind bereits alle vorbereitenden Aktivitäten erfolgt, um die entsprechenden Working Groups starten zu können. Ziel ist es auch, durch Interoperabilitätsworkshops und Messen den hersteller- und anwenderübergreifenden Erfahrungsaustausch zu intensivieren und somit die Markteinführung von MTP zu beschleunigen.
Profibus Nutzerorganisation e.V., Karlsruhe
Autor: Mathias Maurmaier
Committee Leiter MTP,
Profibus Nutzerorganisation
