Back to the roots

Anwender und Hersteller diskutieren Nutzen von Control in the Field

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

05.05.2010 Nach Jahrzehnten der Zentralisierung automatisierungstechnischer Funktionen in zentralen Prozessleitsystemen könnte das Pendel nun wieder zurückschwingen. „Control in the Field“ heißt der Ansatz, der sich mit modernen Leitsystemen in Verbindung mit Foundation Fieldbus umsetzen lässt. Auf der FF-Konferenz im Frühjahr im Industriepark Höchst diskutierten Anwender und Anbieter von Automatisierungslösungen - moderiert von der CT-Redaktion – das Für und Wider.

Anzeige

Jahrzehntelang war Zentralismus die Devise in der Prozessleittechnik: Regler und Regelfunktionen wurden im Prozessleitsystem abgebildet, Regelkreise wurden vom Sensor über das Leitsystem zum Aktor – beispielsweise einem Stellungsregler – geschlossen. Das war nicht immer so. Bevor zentrale Leitsysteme in den 80er Jahren ihren Siegeszug durch die Leitwarten der Chemie begannen, war es beispielsweise gang und gäbe, Temperatursignale direkt vor Ort als Stellsignal auf einen Stellungsregler zu führen, um beispielsweise die Heizleistung an einem Reaktor zu regeln. Auch die heute noch zum Teil eingesetzten Regler ohne Hilfsenergie stammen im Wesentlichen aus der Vor-DCS-Zeit. Der Nachteil solcher Lösungen: Die Informationen über Temperaturen oder Drücke stehen nur lokal zur Verfügung und können nicht für weitere automatisierungstechnische Funktionen genutzt werden.

Um beides möglich zu machen, wurde dem Feldbussystem Foundation Fieldbus (FF) die Forderung nach selbständig funktionierenden Vor-Ort-Regelkreisen deshalb bereits zu Beginn Mitte der 90er Jahre ins Stammbuch geschrieben. Das Ziel: Auch dann, wenn das Prozessleitsystem oder die Verbindung zwischen PLS und Sensor/Aktor gekappt wird, soll der Regelkreis noch weiter funktionieren. Control in the Field (CIF) kann so dazu beitragen, dass eine Anlage auch bei einem Ausfall des PLS oder der Kommunikation zum PLS verfügbar bleibt. Diese „Single Loop Integrity“ genannte Eigenschaft soll – so ein im Herbst 2009 veröffentlichtes Whitpaper des Beratungsunternehmens ARC – zu einer, im Gegensatz zu konventionell automatisierten Anlagen, dreimal höheren Verfügbarkeit führen. Zudem wird durch CIF die Kommunikation zwischen PLS und Feldebene entlastet, die dezentralen Regelkreise vermeiden Totzeiten und sind dadurch schneller. Ein möglicher Nutzen: Die Reproduzierbarkeit der Produktqualität steigt. Nach Schätzungen des ARC soll bei Steuerungs- und Regelungsfunktionen eine Leistungssteigerung um bis zu 30 % möglich sein. Durch die kurzen Wege bei CIF sinkt außerdem die Anzahl möglicher Fehlerquellen – ein Aspekt, der insbesondere bei Sicherheitsfunktionen (Safety Instrumented Functions, SIF) von Vorteil ist.

Nutzen ist da, in der Praxis bislang wenig realisiert

Im Rahmen einer Diskussion wollte die Fieldbus Foundation auf der Anwenderkonferenz im Januar deshalb die Möglichkeiten aber auch die derzeit noch bestehenden Hindernisse beim Einsatz von CIF ausloten. . „In der Praxis ist Control in the Field bis heute leider noch nicht so richtig angekommen, obwohl die Feldgeräte und die Leitsysteme diese Funktion unterstützen“, stellte dazu Dr. Raimund Sommer, Chairman des FF EMEA Executive Advisory Councils, fest. Aus seiner Sicht wird der Erfolg lokal geschlossener Regelkreise davon abhängen, ob die Anwender darin einen Nutzen für den optimalen Betrieb ihrer Anlagen erkennen werden. Dass sich dieser erzeugen lässt, ist nach Meinung von Sommer und weiterer Protagonisten des Foundation Fieldbus unstrittig.

So wurde der Nutzen von Control in the Field (CIF) auf Basis des Foundation Fieldbus (FF) beispielsweise bei Shell Global Solutions International (SGSI), Amsterdam, im Jahr 2008 eingehend untersucht. Auf Basis des Tests kommen die Spezialisten zu dem Fazit, CIF mit FF für einfache und kaskadierte Loops einzusetzen, nicht aber für komplexe Regelkreise. Die Hauptvorteile sieht SGSI in der reduzierten Belastung des Leitsystems, der schnellen Reaktionszeit eines Regelkreises sowie der niedrigeren Netzwerkauslastung, wodurch mehr Loops pro Segment möglich werden. Selbst bei einer Störung der Bedien- und Beobachtungselemente oder dem Ausfall des Leitsystems oder anderer MSR-Komponenten wurde festgestellt, dass die intelligenten Feldgeräte, Aktoren und Ventilregler unterbrechungsfrei weiterarbeiten.
Im Rahmen der Diskussion beklagten Anwender jedoch zunächst, dass in den Unternehmen das Wissen über die Möglichkeiten von CIF fehlt, geschweige denn das notwendige Know-how für den Einsatz der Technologie vorhanden wäre. Außerdem gibt es Vorbehalte im Hinblick auf die Regelgüte der in Feldgeräten implementierten PID-Regler. Dazu kommt, dass deren Funktionsumfang von Gerät zu Gerät unterschiedlich sein kann, was die Nutzung gegenüber zentral im Leitsystem hinterlegten Reglern erschwert. „Schon die Inbetriebnahme einer einfachen Messstelle am FF kann eine Herausforderung sein – deshalb sehen wir Control in the Field momentan noch nicht als praktikabel an“, kritisiert ein Anlagenbauer.

Weniger Totzeiten – bessere Regelgüte

Dennoch ist das Interesse an der Technik da, denn insbesondere die Entlastung des Leitsystems und die größere Stabilität dezentraler Strukturen sind aus Anwendersicht ein erstrebenswertes Ziel. „Kommunikation erhöht die Totzeiten – und Totzeiten im Regelkreis gehen zu Lasten der Regelgüte“, verdeutlicht ein Automatisierer. Ob und wie wichtig die Entlastung des PLS ist, blieb unter den Teilnehmern allerdings strittig. „CIF geht im Rauschen der Reserven unter“, meinte ein Teilnehmer. Doch das Argument „Verfügbarkeit“ bleibt: Während ein kurzzeitiger Leitsystemausfall heute dazu führt, dass eine Anlage heruntergefahren wird, könnte der Einsatz dezentraler Regler helfen, dass Anlagen auch bei solchen kurzzeitigen Ausfällen verfügbar bleiben.

Insbesondere bei autarken Package Units sehen die Anwender Potenzial für den Einsatz von CIF. Wie die Technik schrittweise genutzt werden kann, erklärte Tim Henrichs vom Automatisierungsanbieter Yokogawa: In einem Anlagenprojekt in der Golfregion wurde nach der Inbetriebnahme auf CIF umgestellt. Die Inbetriebnahme erfolgte mit den im Leitsystem implementierten Reglern. Eine Vorgehensweise, die insbesondere vor dem Hintergrund der Aufgabenverteilung in EPC-Projekten sinnvoll erscheint. „Bislang muss das Know-how vom Anwender selbst erarbeitet werden, es fehlt noch an entsprechender Kompetenz beim EPC“, charakterisiert ein Betreiber die Situation.
„Eine prozessnahe Regelung mit Control in the Field ist logisch und folgerichtig, um Latenzzeiten zu vermeiden“, brach Hans-Georg Ulrich, EMSR Ingenieur bei Sasol Solvents Germany, eine Lanze für die Technik. Aber auch ein weiterer Nutzenaspekt wurde diskutiert: So kann durch den Einsatz dezentraler Regelkreise die Zahl der I/Os und damit der dafür notwendigen prozessnahen Komponenten (PNK) und I/O-Lizenzen reduziert werden, um Automatisierungskosten zu sparen. „Können kleine Anlagen eventuell ganz ohne Leitsystem, nur mit einer Visualisierung gefahren werden?“ Ein Ansatz, der zumindest auf den ersten Blick denkbar erscheint.
Spätestens mit der Diskussion um die Verfügbarkeit einer Anlage und einzelner Regelkreise durch den Einsatz dezentraler, lokaler Regelkreise wurde auch der Zusammenhang mit dem Themenkomplex „Funktionale Sicherheit“ bzw. „Safety Instrumented Functions – SIF“ deutlich. Vordergründig erscheint die Kombination aus CIF und SIF sinnvoll. Allerdings machte ein Anwender deutlich: „An erster Stelle steht die Sicherheitsbetrachtung. Erst danach kommt die Entscheidung für Geräte.“ Dabei wünschen sich die Anwender vor allem, dass Sicherheitstechnik so einfach wie möglich realisiert wird – doch ob dafür diskrete Sicherheitskreise oder aber einheitlich die Feldbuskommunikation eingesetzt werden soll, blieb strittig.

Fazit: Insgesamt wurde in Frankfurt deutlich, dass Control in the Field bislang noch kaum in der Praxis genutzt wird. Das durchaus vorhandene Nutzenpotenzial ist Planern, Betreibern und Kontraktoren noch zu wenig bekannt. Doch gerade die Aspekte Verfügbarkeit und Regelgüte dürften im Hinblick auf die daraus entstehenden Wettbewerbsvorteile für Betreiber ein Anreiz sein, sich mit dem Thema in Zukunft zu beschäftigen.

Heftausgabe: Mai 2010

Über den Autor

Armin Scheuermann ,
Loader-Icon