Proof-of-concept-Test: Der Füllstand in einem Drei-Tank-System wurde mit FKDPP in der Cloud über ein 5G-Netzwerk geregelt.

Bild: Yokogawa

Proof-of-Concept-Test 5G, Cloud und KI: Neue Fernsteuerungstechnologie erfolgreich getestet

09.06.2022

In einem Proof-of-Concept-Test wurde in einer Cloud-Umgebung eine KI für autonome Steuerung, ein Programming-Algorithmus und ein von Docomo bereitgestelltes Mobilfunknetz der fünften Generation eingesetzt. Der Test hat gezeigt, dass 5G für die Fernsteuerung von realen Anlagenprozessen bestens geeignet ist.

Die Yokogawa Electric Corporation und der japanische Mobilfunkanbieter Docomo haben einen Proof-of-Concept-Test (PoC) für eine neuartige Fernsteuerungstechnologie in der Prozessindustrie erfolgreich abgeschlossen.

In einer Cloud-Umgebung wurden dafür

  • eine KI für autonome Steuerung,

  • der von von Yokogawa und dem Nara Institute of Science and Technology entwickelte Factorial-Kernel-Dynamic-Policy-Programming- (FKDPP)-Algorithmus mit Reinforcement-Learning-Technologie,

  • und ein von Docomo bereitgestelltes Mobilfunknetz der fünften Generation (5G)

eingesetzt. Der Test hat gezeigt, dass 5G für die Fernsteuerung von realen Anlagenprozessen bestens geeignet ist.

Autonome Anlagensteuerung im Feldversuch

In den vergangenen Jahren hat die Ansiedlung von Produktionsanlagen in entlegenen und/oder gefährlichen Bereichen zu einer wachsenden Nachfrage nach ferngesteuerten Industrieanlagen geführt und die Arbeitsweise der Menschen grundlegend verändert.

Wenn Geräte, die in den Anlagen zur Reinigung und Aufbereitung von Ressourcen und Materialien eingesetzt werden, im Laufe der Jahre veralten, ist eine ferngesteuerte, autonome Regelung und Steuerung von unschätzbarem Vorteil. Hierfür können Edge-Geräte, die für eine drahtlose Hochgeschwindigkeitskommunikation ausgerüstet sind, und eine cloudbasierte KI für autonome Steuerung in den Anlagen installiert werden, um Geräte und Systeme dynamisch zu steuern.

Yokogawa konnte bereits nachweisen, dass sein FKDPP-Algorithmus eine praktikable KI-Lösung für die autonome Steuerung darstellt. In einem Feldversuch in einer Chemieanlage im Februar dieses Jahres konnten mit FKDPP 35 Tage in Folge erfolgreich Prozesse gesteuert werden, die sich mit bestehenden PID2- und APC3-Steuerungstechnologien nur schwer automatisieren lassen und deshalb manuell ausgeführt werden müssen. Die Kombination aus FKDPP und der Cloud mit 5G, das eine niedrige Latenz bietet und die Anbindung zahlreicher Geräte ermöglicht, stellt eine innovative Kerntechnologie dar, die den Weg zur industriellen Autonomie und somit in die Zukunft ebnet.

Füllstand in einem Drei-Tank-System regeln

Der Machbarkeitstest wurde im Rahmen einer Vereinbarung zwischen Yokogawa und Docomo durchgeführt, um zu prüfen, ob sich der Füllstand in einem Drei-Tank-System mit FKDPP in der Cloud über ein 5G-Netzwerk regeln lässt. Nach der Festlegung eines Sollfüllstands wurden Tests mit niedrigen bis schnellen Steuerungszyklen durchgeführt und die Auswirkungen der Mobilfunk-Latenz auf die FKDPP-Steuerung untersucht.

Der Test hat gezeigt, dass 5G insbesondere bei der Hochgeschwindigkeitsregelung im Vergleich zu 4G

  1. eine geringere Latenz

  2. weniger Überschwingen in Bezug auf den Sollfüllstand und

  3. einen Steuerungszyklus von nur 0,2 Sekunden

bewältigen kann. Das sorgt für eine bessere Prozesssteuerung, eine stabilere Qualität und eine höhere Energieeffizienz.

Zukünftige (Zusammen-) Arbeit

Yokogawa macht sich bereits seit 2019 für den Übergang von der industriellen Automatisierung zur industriellen Autonomie (Industrial Automation to Industrial Autonomy, IA2IA) stark und möchte die 5G-Technologie für die Fernsteuerung von Anlagen nutzen. In enger Zusammenarbeit mit Docomo und seinen Kunden wird Yokogawa weiterhin Initiativen ergreifen, um den Übergang zur industriellen Autonomie zu erleichtern.

Docomo wird seine Netzwerktechnologien verbessern und weiterentwickeln, fortschrittliche Netzwerke schaffen, die individuell auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten sind, und 5G-Lösungen für ver-schiedenste öffentliche und private Zwecke entwickeln.

Sowohl Yokogawa als auch Docomo werden als Mitglieder der 5G Alliance for Connected Industries and Automation (5G-ACIA) die Nutzung von 5G für den ferngesteuerten, autonomen Betrieb von Anlagen prüfen. Die Unternehmen werden Demonstrationen in zahlreichen Kundenanlagen vornehmen und die Kommunikationszuverlässigkeit und Latenzaspekte im Langzeitbetrieb unter die Lupe nehmen, um eine zukunftssichere 5G- und KI-gestützte autonome Steuerung zu verwirklichen.

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