Franziska Dreisewerd hat den praxisintegrierten Bachelorstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen an der FH Bielefeld in Kooperation mit Beckhoff Automation absolviert. Seit 2017 ist sie bei Beckhoff im Bereich Prozesstechnik tätig, wobei ihr Fokus auf der Vermarktung und dem Vertrieb branchenspezifischer Produkte liegt.

Bild: Martin Rostan, Beckhoff

Flexibility „Starre Prozessanlagen gehören der Vergangenheit an“

27.08.2020

Durch die Modularisierung der Mechanik und der Automatisierung lassen sich prozesstechnische Anlagen mit geringem Aufwand flexibel realisieren und anpassen. Starre Automatisierungssysteme, welche jahrelang unverändert betrieben werden, gehören so der Vergangenheit an: Individualität und Flexibilität sind die Zukunft der Prozessindustrie.

Franziska Dreisewerd ist mit diesem Beitrag im P&A-Kompendium 2020 als eine von 100 Machern der Prozessindustrie vertreten. Alle Beiträge des P&A-Kompendiums finden Sie in unserer Rubrik Menschen.

Prozesstechnische Anlagen werden aktuell noch häufig zentral automatisiert, da dies die vertrauteste und vermeintlich einfachste Lösung darstellt: Alle Feldgeräte im Prozessleitsystem (DCS) können von einem Ort aus übersichtlich überwacht und gesteuert werden. Problematisch ist es jedoch, wenn diese Recheneinheit ausfällt oder eine Notabschaltung erfordert, wie es 2018 bei einer bayerischen Raffinerie der Fall war. Aufgrund eines beschädigten Reaktors kam es zu einer Explosion.

Eines der Probleme bestand darin, dass sich alle Kontrollprozesse der Anlage zentral in der Nähe dieses Reaktors befanden. Daher musste die gesamte Anlage sofort in Shutdown versetzt werden. Zur Vermeidung dieses Szenarios setzt man beim Wiederaufbau auf dezentrale Automatisierung.

Eine weitere Herausforderung ist, dass viele Branchen der Prozessindustrie zunehmend von Schwankungen der Absatzmärkte betroffen sind und somit Produktentwicklungen beschleunigen müssen. Um individuelle Produktionen kleiner Chargen, aber auch eine kurze Time-to-Market zu ermöglichen, ist im Anlagendesign eine Erhöhung der Effizienz und Flexibilität notwendig.

Modularisierung als Lösung – und Problemquelle

Ein vermehrt eingesetzter Lösungsansatz ist der modulare Anlagenbau. Dabei wird der Gesamtprozess der Anlage in Teilprozesse zerlegt und durch Module abgebildet. Mit einer separaten dezentralen Steuerung pro Modul wird eine vollständige Modularisierung erreicht.

Abschließend wird durch die Anbindung der einzelnen Module an das DCS der Gesamtprozess vollständig dargestellt. Als Resultat verlagert sich der Entwicklungsaufwand vom Anlagen- zum Modul-Engineering und die Anlage kann je nach Anforderungen mit geringem Aufwand flexibel verändert werden.

An dieser Stelle offenbaren sich jedoch weitere Probleme: Durch Dezentralisierung und Modularisierung steigt die Anzahl der an das DCS anzubindenden Steuerungen an. Werden dabei Steuerungen verschiedener Hersteller verwendet, entsteht ein hoher Engineering-Aufwand, welcher die geforderte Flexibilität verringert.

Eine Lösung zur Reduzierung des Aufwands bietet der herstellerunabhängige Standard zur Beschreibung von Prozessmodulen: das Namur Module Type Package (MTP). Das MTP enthält alle erforderlichen Informationen wie die Funktionalitäten in Form von Diensten, die Kommunikation und eine HMI-Vorlage, um ein Prozessmodul in eine modulare Anlage integrieren zu können. Durch in der MTP-Richtlinie definierte Schnittstellen wird ein „Plug-and-Produce“-Verhalten ermöglicht und der zuvor erwähnte Mehraufwand beim Engineering minimiert.

Anlagenoptimierung mit MTP

Module werden nur einmal entwickelt und können dann – unabhängig vom Steuerungshersteller und DCS – in Anlagen eingebunden werden. Beckhoff integriert das MTP-Konzept in die Entwicklungsumgebung TwinCAT und unterstützt Modulhersteller damit durch automatische Code-Generierung bei der Programmierung sowie eine automatische Erzeugung des MTP.

MTP bildet ein Konzept, welches in allen Phasen von der Planung bis zum Betrieb einer prozesstechnischen Anlage zur Ausschöpfung von Optimierungspotenzialen beitragen kann. Somit stellt MTP einen entscheidenden Baustein für die Entwicklung zukunftsfähiger Automatisierungssysteme in der Prozessindustrie dar.

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