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Standardschnittstellen für die Industrie 4.0

Durchgängiger Datenfluss von Planung bis Betrieb

Betreiber prozesstechnischer Anlagen müssen in Deutschland an jeder Effizienzschraube drehen, um international zu bestehen. Automatisierung spielt hier eine große Rolle. Aber auch die effiziente Umsetzung von Normen, Richtlinien und Arbeitsempfehlungen tragen zum Erfolg bei. Hier sind die Hersteller von Planungssystemen und Komponenten ebenso in der Pflicht wie die Prozessfertiger selbst. Denn erst der Druck der Anwender auf die Komponenten- und Softwarehersteller dürfte sie dazu bringen, Normen und Standards großflächig zu unterstützen.

Bild: ©Rehan Qureshi/Shutterstock.com

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Schon die Gründungsväter der Namur, der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie, sahen eine wesentliche Aufgabe des internationalen Verbandes in der Standardisierung von Schnittstellen. Ein Beispiel aus den Anfängen ist das 4-20 mA-Signal. Im Zeitalter von Industrie 4.0 muss Standardisierung von Schnittstellen jedoch deutlich breiter betrachtet werden.

Anlagenplanung als Kreislauf

Wird eine neue Anlage oder ein neuer Anlagenteil gebaut, werden Planung und Realisierung immer konkreter entlang der Kette Vorplanung, Basisplanung, Ausführungsplanung und Inbetriebnahme. Um die Time-to-Market zu verkürzen, finden diese Schritte heute zunehmend parallel zueinander statt. Die Ausführungsplanung startet also bereits, bevor die die Basisplanung abgeschlossen ist. Die Kommunikation an den Schnittstellen wird daher immer wichtiger. Gleichzeitig sind Vorplanung, Basisplanung, Ausführungsplanung und Inbetriebnahme nicht als linearer Prozess zu sehen, der irgendwann abgeschlossen ist. Solange eine Anlage in der Prozessindustrie in Betrieb ist, wird sie permanent weiterentwickelt, sei es um die Produktqualität zu erhöhen, Prozesse effizienter zu gestalten oder auf dem aktuellen Stand der Technik zu bleiben. Der Prozess von Vorplanung bis Inbetriebnahme wiederholt sich immer wieder. Standardisierung hilft hier, an den Schnittstellen zwischen den Bereichen Rohrleitungs- und Instrumenten (R&I)-, Verfahrenstechnik (VT)-, Prozessleittechnik (PLT)- und Prozessleitstystem (PLS)-Planung Reibungsverluste beim Informationsaustausch zu vermeiden.

Empfehlungen für Anlagenplaner

Im Wesentlichen schaffen heute drei Namur-Empfehlungen (NE) die Voraussetzungen dafür, dass Anlagenbetreiber während der Anlagenplanung herstellerunabhängig das für den jeweiligen Anwendungsfall am besten geeignete Entwicklungstool beziehungsweise die günstigste Komponente oder Steuerungslösung wählen können: die NE159, NE100 (mit IE61987 und eCl@ss) sowie die NE150. Diese Empfehlungen werden ergänzt von DEXPI (Data Exchange in the Process Industry). Die Anlagenentwicklung beginnt im ersten Schritt mit der R&I-Planung. Rohrleitungen und Instrumente werden geplant und sollen im nächsten Schritt, der verfahrenstechnischen Planung näher spezifiziert werden. DEXPI soll hier als standardisierte Schnittstelle einen fehleranfälligen Datenaustausch vermeiden. Die derzeit noch in Entwicklung befindliche NE159 kann im Wesentlichen an der Schnittstelle zwischen VT-Planung- und PLT-Planung ihre Stärken ausspielen. Ziel der Empfehlung ist es, Anforderungen an eine praxistaugliche, herstellerunabhängige und teilautomatisierte Schnittstelle für den bidirektionalen Datenaustausch zwischen Engineering-Systemen für die VT- und für die PLT-Planung zu formulieren. Die NE100 ist ein auf Merkmalen basierender internationaler Standard zur Beschreibung von PLT-Geräten wie Sensoren und Aktoren. Sie beschreibt die wechselseitige und automatisierte Datenübergabe zwischen den Systemen des Betreibers und des Lieferanten. Sie kommt an der Schnittstelle zwischen Ausführungsplanung und Inbetriebnahme zum Einsatz, also bei der Geräteplanung und Beschaffung. Mit ihr lassen sich bereits in der Angebotsphase einzelne Komponenten technisch besser vergleichen. Die Optimierung der Datenintegration von der Planung über die Beschaffung bis hin zur Instandhaltung nach Effizienzgesichtspunkten ist ein weiteres Argument, das für den Praxiseinsatz der NE100 spricht. Unter anderem erhöht sich mit der Standardisierung meist die Datenqualität. Die NE150 schließlich ist eine standardisierte Schnittstelle zum Austausch von Engineering-Daten zwischen CAE-System und PLS-Engineering-Werkzeugen.

Anwender in der Pflicht

In der industriellen Anwendung zeigt sich der Vorteil von Standardisierung bei einem aktuellen Branchentrend: Um schnellere Markteinführungszeiten zu erreichen, werden Prozessschritte im Engineering nicht nur parallel abgehandelt, die bislang seriell stattfanden, sondern es wird vermehrt auch auf Modularisierung gesetzt. Der Gedanke dabei ist es, gesamte Anlagenmodule zuzukaufen, anstatt sie selbst zu entwickeln. Aber auch in diesem Fall ist eine gute und vor allem durchgängige Dokumentation aller Anlagenteile notwendig. Nur so kann ein reibungsloses Zusammenspiel funktionieren, ohne dass etwa für jedes zugekaufte Modul die Anschlüsse und Protokolle für das Bedienen und Beobachten nochmals entwickelt werden müssen. Damit gute und praxistaugliche Namur-Empfehlungen in der Realität aber angewendet werden, stehen auch die Anwender in der Pflicht. Sie profitieren letzten Endes von der Standardisierung, weil sie dann die freie Wahl aus den am Markt verfügbaren Komponenten haben und herstellerunabhängig werden. Es erleichtert das Vergleichen einzelner Produkte und kann die Anlagenqualität durch durchgängige Datenflüsse vom ersten Planungsschritt bis zum Anlagenbetrieb verbessern. Allerdings: Die Umsetzung von Standards ist für Hersteller von Engineering-Tools und Komponenten teils mit hohem Aufwand verbunden. Erst wenn die Anwender konsequent eine Umsetzung fordern, wird diese auch flächendeckend Realität werden.


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