Von der Aufgabenstellung zur digitalisierten Anwendung. Industrie 4.0 aus der Sicht eines Experten für Mess-, Steuer- und Regelsysteme - prozesstechnik online

Industrie 4.0 aus der Sicht eines Experten für Mess-, Steuer- und Regelsysteme

Von der Aufgabenstellung zur digitalisierten Anwendung

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Industrie 4.0 heißt für Bürkert Fluid Control Systems nicht nur, einzelne Industrie-4.0-taugliche Komponenten im Programm zu haben. Auf den Fachpressetagen, zu denen das Unternehmen im September an den Firmensitz in Ingelfingen eingeladen hatte, zog der CEO Heribert Rohrbeck einen weit größeren Rahmen und führte aus, wie der Mittelständler die vierte industrielle Revolution meistern will.

Bürkert, spezialisiert auf Mess-, Steuer und Regelungsysteme für Flüssigkeiten und Gase, hat natürlich bereits Industrie-4.0-taugliche Lösungen im Programm. Beispiele sind die Kommunikationsplattform EDIP (Efficient Device Integration Platform), die eine intelligente Vernetzung bis in die Sensor- und Aktorebene erlaubt, die integrierten Ventilinseln, die sich zu intelligenten, elektropneumatischen und auch noch Ex-sicheren Automatisierungssystemen gemausert haben und die Nutzung technologischer Plattformen für die Entwicklung individueller Dosierlösungen. Gerade das Plattformkonzept hat sowohl für Entwickler wie auch für Anwender beträchtliche Vorteile. Diese Innovationen, die weiter unten detailliert vorgestellt werden, hält Rohrbeck natürlich für sehr wichtig, langfristig nützen sie jedoch nur, wenn das Fundament stimmt, ist er überzeugt. Er will nicht nur singulär in einem Teilbereich aktiv sein, sondern strebt einen ganzheitlichen Ansatz an, um „für seine Kunden – oder noch besser für die Kunden des Kunden“ den größtmöglichen messbaren Mehrwert zu erzielen. Die Basis dafür bilden eine ganze Reihe unterschiedlicher, miteinander vernetzter Kompetenzen. Ein grundlegendes Element für die Umsetzung der Digitalisierung ist das Product Lifecycle Management. Wichtig dafür ist das Produktdatenmanagement (PDM), das Daten aus der Produktentwicklung speichert und sie den nachgelagerten Phasen des Produktlebenszyklus‘ zur Verfügung stellt. Gleichzeitig ist eine intelligente Anbindung an das Stammdatenmanagement (MDM) und das ERP-System notwendig. Die Strategie steht bei Bürkert fest, sie umzusetzen und tatsächlich Smart-Products zu entwickeln bedeutet für das Unternehmen jetzt konkret, sich über Plattformen Gedanken zu machen, um den multiplen Einsatz von Baugruppen oder Komponenten zu ermöglichen. Analog zum Legobaukasten können die Entwickler dann Sensoren, Regler und Aktoren immer wieder zu anderen Lösungen zusammensetzen. Grundlage ist die genaue Dokumentation, was, wann und wo genutzt wurde. Bei ähnlichen Aufträgen profitiert man später davon.

Was die Produktion angeht, will Rohrbeck auch Losgröße 1 wirtschaftlich herstellen. Dafür bedarf es einer strukturierten Ablaufkette, präziser Beschreibungen und solider Datenstrukturen, von der Bauteilebereitstellung in der Montagegruppe bis hin zum Distributionszentrum.

Bestellung und Auftragsabwicklung

Vom Markt her denken bedeutet für den Bürkert-CEO aber auch, bereits bei der Produkt-entstehung die unterschiedlichen Kundenanforderungen zu berücksichtigen und die Produkte entsprechend einzusortieren. Die Auftragsabwicklung bietet drei Möglichkeiten:

  • Select-to-Order (STO) – der Kunde wählt hier aus dem Standardprogramm aus
  • Configure-to-Order (CTO) – Lösungen, z. B. Ventilinseln, werden anwendungsspezifisch konfiguriert
  • Engineer-to-Order (ETO) – eine völlig neue Lösung wird entwickelt

Viele Abläufe hat der Fluidikexperte bereits im Griff. Erste Beispiele, die auf diesem Konzept fußen, stellen die folgenden Abschnitte vor.

Kommunikationsplattform EDIP

Ventile, Sensoren und Aktoren in prozesstechnischen Anlagen sind keine Einzelkämpfer. Erst wenn verschiedene Ventilfunktionen und Sensoren miteinander verknüpft werden, bekommt die Anlage eine Funktion. Klassisch übernimmt dies eine SPS. Während bei einer Kombination mehrerer Ventilfunktionen die Signalanzahl noch überschaubar ist, steigt die Informationsanzahl mit der Anbindung der Sensoren deutlich an. Dann ist es aber nicht mehr einfach, alle Möglichkeiten, die sich daraus ergeben, auch auszunutzen. Denn bei jeder noch so kleinen Änderung muss ins Programm der SPS eingegriffen werden.

Darauf hat Bürkert mit der Entwicklung der Geräteplattform EDIP reagiert und eine praxisgerechte Lösung geschaffen, die anwendungsspezifische Lösungen auf Basis der eigenen standardisierten Plattform ermöglicht. Das autarke Sub-System wird in das vorhandene Netzwerk bzw. an den jeweiligen übergeordneten Feldbus an genau einer Stelle eingebunden. Das vereinfacht die Projektierung und minimiert Schnittstellen. Die EDIP-fähigen Geräte kommunizieren über ein Interface auf Basis des Industriestandards Canopen, der mit zusätzlichen Features erweitert wurde. So ist beispielsweise kein Master notwendig und die Teilnehmer werden automatisch adressiert.

Ein wichtiger Baustein von EDIP ist PC-Software Communicator, die allen Kunden kostenfrei zur Verfügung steht. Das Programm dient der Konfiguration bzw. Parametrierung aller intelligenten Bürkert-Produkte. Vor allem die grafische Programmieroberfläche bietet einen hohen Praxisnutzen, da sich mit ihrer Hilfe beliebige Funktionen realisieren und applikationsspezifische Prozessabläufe regeln lassen, zum Beispiel Mischungsregelungen von Gasen, Zustandserfassungen oder eine Fehlerüberwachung. Für die individuelle Anpassung und Optimierung von Teilprozessen ist ein Eingriff ins Leitsystem somit nicht mehr zwingend notwendig, was die Anlageneffizienz steigert und Zeit und Kosten spart. Dabei soll der Ansatz mit dezentraler Intelligenz nicht das klassische Prozessleitsystem ersetzen, sondern ist als Teil eines Gesamtsystems sinnvoll. Neben dem Einsatz in Subsystemen besteht aber auch die Möglichkeit, autarke, dezentrale Systeme zu erstellen, um schnell, einfach und kostengünstig individuelle Lösungen umzusetzen.

Automatisierung mit Ventilinseln

Verfahrenstechnische Anlagen profitieren davon, wenn elektrische und pneumatische Funktionen in einer Ventilinsel zusammengefasst sind. So lassen sie sich über nur eine Busleitung ansteuern und das Programmieren wird einfacher. Die integrierten Ventilinseln von Bürkert haben sich zu intelligenten, elektropneumatischen, obendrein auch noch Ex-sicheren Automatisierungssystemen gemausert, die sich nahtlos in die Prozesssteuerungswelt einfügen. Zudem bilden sie als flexible Plattform die Basis, um innerhalb kurzer Zeit applikationsspezifische Systemlösungen zu realisieren – schließlich gleicht kaum eine prozesstechnische Anwendung der anderen. Ein typischer Einsatzbereich für solche Ventilinseln ist das Füllen von Glasampullen in der Kosmetik- oder Pharmaindustrie. Im Kontext mit Industrie 4.0 steigen hier die Anforderungen. Dabei sollten sich beispielsweise Sicherheits- und Diagnosefunktionen integrieren bzw. auch nachrüsten lassen. Die Vernetzung über industrielle Standards muss möglich sein, vorbeugende Wartungsmaßnahmen sind erwünscht und schließlich ist auch die Mensch-Maschine-Schnittstelle zu berücksichtigen.

Manches davon ist bereits mit einfachen Mitteln realisierbar. Für sicherheitsgerichtete Abschaltungen lassen sich beispielsweise Ventilfunktionen direkt auf der bestehenden Ventilinsel und unabhängig von der regulären Schaltsignalsteuerung stilllegen, wenn hier Ventile für sicherheitsgerichtete Abschaltungen nachgerüstet werden. Auch das ist bereits ein Schritt in Richtung Industrie 4.0.

Deutliche Maßstäbe auf diesem Weg setzt die Ventilinsel Airline SP Typ 8647, die vollständig in das dezentrale Remote I/O-System ET200SP von Siemens integriert ist. Bei ihr kann der Anwender ohne zusätzliche Peripheriegeräte direkt auf einem vor Ort eingebauten LC-Display den Status der Ventilinsel, Fehler oder Diagnosedaten ablesen. Dies erfolgt sowohl in Klartext als auch symbolisch. Alle auf der Ventilinsel generierten Informationen können auch in der Steuerung verarbeitet werden. Die integrierten Schaltspielzähler generieren Daten, die eine vorbeugende Wartung ermöglichen und ebenfalls als Klartext auf der Ventilinsel direkt im Schaltschrank angezeigt werden. Für den Einbau in den Schaltschrankboden gibt es die Bodeneinbauplatte Airline Quick aus Edelstahl oder Aluminium. Damit lässt sich auch die neue Ventilinsel platzsparend in einem Schaltschrank montieren. So kann der Anwender kleine, dezentrale Einheiten mit einer hohen Signaldichte direkt vor Ort installieren.

Die Ventilinseln kommunizieren über gängige Industrial-Ethernet-Protokolle oder Profibus DP. In geschlossenen Ringtopologien und Profinet-IO-Kommunikation sorgt das Media Redundancy Protocol (MRP) für ein hochverfügbares Netzwerk, das sogar den Ausfall eines Switches oder einer Leitung kompensieren kann. Dies erhöht die Anlagenverfügbarkeit und macht den Prozess sicherer. Die Kommunikation innerhalb der Ventilinseln und mit weiteren intelligenten Bürkert-Geräten läuft über die Kommunikationsplattform EDIP.

ETO-Lösungen praktikabel gemacht

Wenn keine standardisierte oder konfigurierbare Lösung möglich ist, bieten die Bürkert-Systemhäuser die kundenspezifische Entwicklung von Systemen. Das Angebot reicht von der technischen Konzeption und Projektierung, der Entwicklung und Dokumentation bis hin zur Montage, Prüfung und Qualifizierung der Systeme. Dazu zählen auch die Inbetriebnahme von Komplettlösungen, weltweite Zulassungen für verschiedenste Prozessumgebungen, einschließlich explosionsgefährdeter Bereiche. Da die Entwicklung von individuellen Lösungen mit viel Zeit und Kosten verbunden sein kann, ist der oben erwähnte Plattformgedanke für Bürkert so wichtig. Die Plattformen dienen u. a. dazu, komplexe Systemlösungen auf einer flexiblen Basis aufzusetzen. Die Entwicklungszeit, die Time-to-market und auch die Kosten reduzieren sich dadurch, dass keine grundlegenden Entwicklungen mehr durchgeführt werden müssen. Durch die Bündelung von individuellen Lösungen in Plattformen kann bei der Umsetzung ebenso auf Gleichteile und Fertigungsprozesse zurückgegriffen werden. Die Umsetzung von maßgeschneiderten Lösungen wird auf diese Weise kosteneffizienter und schneller. Im Hinblick auf die Digitalisierung der Systeme kommt wiederum die EDIP-Plattform zum Einsatz. Sie bietet neben der standardisierten Kommunikation der Geräte auch Soft- und Hardware-Bausteine, die sich direkt verwenden oder auch anpassen lassen. Ein Beispiel dafür ist die Massendurchflussregler-Plattform. So können auf Basis von EDIP mehrere Massendurchflussregler miteinander vernetzt, mit einer Druckregelung kombiniert und eine Ablaufsteuerung, z. B. für eine Brennersteuerung, mit dem Communicator programmiert werden. Auch bei Dosiersystemen für Flüssigkeiten, die die Zeit-Druck-Technologie verwenden, wurde der Plattformgedanke umgesetzt. Mit geringem Aufwand können anwendungsspezifische Lösungen aus der Plattform abgeleitet werden. Dabei wird nicht das Dosiersystem selbst realisiert, sondern auch die Bereitstellung, Kontrolle und Zuführung der Medien in der richtigen Qualität, basierend auf einer Plattform im individuell angepassten Fluidmanagementsystem, umgesetzt. Ein wichtiger Bestandteil des Angebots ist die Automatisierung des Fluidmanagements, z. B. durch die Airline-Ventilinseln sowie das Dosiersystem und damit die Automatisierung des gesamten Dosierprozesses.

Halle 3A, Stand 161

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Suchwort: dei1117buerkert


Angelika Stoll

Redakteurin,

dei – die ernährungsindustrie


 Statement des CEO

Industrie 4.0 vom Markt her denken

„Uns geht es nicht darum, das schnelle Industrie-4.0-Produkt zu entwickeln. Industrie 4.0 und die damit verbundene Digitalisierung sind schließlich kein Selbstzweck. Alles, was technisch möglich ist, muss auf der Anwendungsseite abgebildet werden.Dabei halten wir uns vor Augen, dass kein Kunde aufwacht und denkt: Ich brauche heute ein Produkt von Bürkert oder ich brauche Industrie 4.0. Was er tatsächlich braucht ist eine optimale Lösung, und häufig eine ganz individuelle Lösung, ob es sich um einen Zahnarzt handelt, der seine Turbine kühlen muss und dafür eine präzise Durchflussregelung und eine Wasseraufbereitungseinheit benötigt oder ein Unternehmen aus der Kosmetikbranche, das Flüssigkeiten in Glasampullen abfüllt und kleine Losgrößen mit großer Produktvarianz wirtschaftlich bearbeiten will. Es gilt den Hype um Industrie 4.0 zu vermeiden und vielmehr den größten Nutzen für den Kunden daraus zu ziehen.“



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