Die Möglichkeiten der Automatisierungstechnik sind beeindruckend: Menschen werden von gefährlichen oder monotonen Tätigkeiten befreit, höchste Qualitätsstandards in der Produktion sind fast selbstverständlich und Anlagen können zeigen, was wirklich in ihnen steckt. Aber auch das Gute kann noch besser werden. Und manchmal sogar an entscheidender Stelle. Die in der Automatisierungstechnik üblichen proprietären Steuerungssysteme sind so ein Fall. Denn immer wieder erweisen sie sich als ernsthafte Hürde, Industrie 4.0 voranzubringen. Zeit, das zu ändern: In einem gemeinsamen Projekt hat das Maschinenbauunternehmen GEA zusammen mit Schneider Electric die Modularisierung der Prozessindustrie, MTP (Module Type Package) und ein konsequent herstellerunabhängiges Automatisieren in Angriff genommen.
Vorteil Modularisierung
Modular anpassbare Produktionsabläufe versetzen Unternehmen in die Lage, auf Veränderungen der Nachfrage, spezielle Kundenwünsche oder Probleme in der Lieferkette flexibel zu reagieren. Ein gutes Beispiel dieser Modularisierung sind sogenannte Skids (Module), die in der Pharmaindustrie zum Einsatz kommen und dort insbesondere in FuE-Abteilungen regelmäßig zu neuen Verfahren kombiniert werden müssen. Der Pathfinder Separator von GEA ist ein solches Skid. In Pharmaunternehmen dient er dazu, Flüssigkeiten voneinander oder von Feststoffen zu trennen.
Um Pathfinder-Module möglichst einfach und schnell in neue Prozesse zu integrieren, setzt GEA auf die Technik des Module Type Package (MTP). Dabei handelt es sich um funktionale Beschreibungen, die die Eigenschaften von Prozessmodulen hersteller- und technologieneutral darstellen. Umgesetzt wird dies über eine Beschreibungsdatei gemäß VDI/VDE/Namur 2658. Der Inhalt dieser Datei erlaubt es übergeordneten, MTP-fähigen Automatisierungssystemen dann, das jeweilige Modul einwandfrei anzusteuern und zu integrieren. Engineering-Aufwand und Umrüstzeiten werden so deutlich reduziert. Sind Module gemäß MTP beschrieben, arbeiten sie problemlos und unabhängig vom Hersteller miteinander. Früher notwendige Datenaustauschlisten oder Hardware-Kontaktbeschreibungen gehören damit der Vergangenheit an.
So überzeugend das MTP-Konzept auch ist, die Anwendbarkeit des herstellerunabhängigen Standards in einer proprietären Welt stößt schnell an ihre Grenzen. Denn Leitsysteme, die diesen Standard unterstützen, sind bisher Mangelware. Neu gemischt werden die Karten, kommt mit der IEC61499 ein herstellerunabhängiges und softwarezentriertes Automatisierungsparadigma ins Spiel. Denn wie MTP sieht die Automatisierungsnorm eine generelle Abstraktion von der Hardware vor, sodass Steuerungen und Programmierumgebungen nicht mehr herstellerspezifisch miteinander verbunden sind. Anwendungen werden dann innerhalb einer von der Hardware unabhängigen Softwareebene modelliert. Anschließend liegen diese Applikationen – seien es einzelne Funktionen oder komplexe, verkettete Abläufe – in Form von Softwarebausteinen (CATs) vor, die sich grafisch zu ganzen Systemen oder Sequenzen zusammenschalten lassen. Und bei solchen Softwarebausteinen kann es sich auch um MTP-Module, also etwa den Pathfinder Separator von GEA, handeln. Als bisher einziges größeres Unternehmen der Branche hat Tech-Konzern Schneider Electric bereits ein Engineering-Tool auf den Markt gebracht, mit dem ein solches, herstellerunabhängiges Automatisieren mit anbieterübergreifend wiederverwendbaren Softwarebausteinen möglich ist. Wie das Proof-of-Concept von GEA und Schneider Electric zeigt, bildet EcoStruxure Automation Expert eine geeignete Ergänzung zum herstellerunabhängigen MTP-Ansatz.
Der EcoStruxure Automation Expert
Im von GEA und Schneider Electric durchgeführten Proof of Concept konnte der EcoStruxure Automation Expert seine Qualitäten gleich in zweierlei Hinsicht – auf Modul- und Prozessleitebene – beweisen.
Modulebene: Hier erfolgte die Automatisierung des Separators selbst. Seine Bestandteile – etwa Ventile oder Durchflussmesser – wurden in der Software zusammengefügt, ehe überhaupt Hardware verbaut wurde. Wo genau die Logik dann später ausgeführt wird, ist für die Betriebsfähigkeit des Separators völlig unerheblich – in der Steuerung, aber ebenso gut in jeder anderen Komponente mit CPU. In Zukunft wäre es zudem möglich, dass für die Auswahl der passenden Hardware nicht länger der Hersteller, sondern nur noch die Funktionalität entscheidend ist. Die Verbreitung eines hierfür notwendigen, herstellerübergreifend geteilten Betriebssystems hat sich die unabhängige UniversalAutomation.Org auf die Fahne geschrieben. Für GEA würde das bedeuten, dass sich die einmal programmierte Software für jede Separator-Ausführung eignen würde – unabhängig vom Hersteller der Hardware. Damit ließen sich aufwendige Parallelentwicklungen vermeiden und neue Absatzmärkte erschließen.
Prozessleitebene: EcoStruxure Automation Expert fungiert nicht nur als Engineering-Tool, sondern auch als eine Art Prozessleitsystem. Wird der Pathfinder-Separator als fertiges MTP-Modul in die herstellerunabhängige und von der Hardware entkoppelte Softwareumgebung des EcoStruxure Automation Expert integriert, kann er hier ganz einfach mit weiteren Modulen (Codeobjekten, die eine bestimmte Anwendung kapseln) verbunden werden – und zwar unabhängig davon, von welchem Anbieter die Module stammen. Ein kurzfristiger Umbau einer Prozesskette oder eines Verfahrens ist dann nur noch mit wenig Aufwand verbunden. Auch völlig neue Module können praktisch per Plug-and-Produce in einen Prozess aufgenommen werden. Ein spezielles, MTP-fähiges Leitsystem ist in diesem Fall nicht mehr vonnöten.
Ein herstellerunabhängiger, softwarezentrierter Automatisierungsansatz ergänzt das MTP-Konzept in idealer Weise und beschleunigt Engineeringprozesse deutlich. Hardwarekomponenten beliebiger Hersteller sind dann grundsätzlich miteinander kompatibel und erstellte Programmstrukturen lassen sich via Copy&Paste zwischen ihnen übertragen. Die Signalwirkung des Proof-of-Concept von GEA und Schneider Electric kann daher gar nicht hoch genug eingeschätzt werden: Herstellerunabhängige Automatisierung ist nun endlich möglich und eine marktreife Option.