Automatisierung neu gedacht

ZVEI-White-Paper zur modulbasierten Produktion

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27.03.2015 Am Versuch, Chemieanlagen als Modulbaukasten zu realisieren, ist die Branche schon mehrfach gescheitert. Allerdings fehlten um die Jahrtausendwende noch zahlreiche Voraussetzungen, um die Vision in die Praxis zu überführen. Mit der Namur-Empfehlung NE 148 haben die Prozessautomatisierer im vergangenen Jahr einen wichtigen Meilenstein erreicht. Der Herstellerverband ZVEI hat nun nachgelegt: Ein aktuelles White Paper beschreibt, was sich in den Denkweisen von Automatisierungsanbietern und Prozessbetreibern ändern muss um die großen Potenziale modularer Anlagen zu heben.

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Entscheider-Facts Für Planer, Betreiber und Ausrüster

  • Voraussetzungen für den Erfolg modularer Anlagen ist, dass diese flexibel genug sind, um mit einem möglichst breiten Band von Prozessparametern eingesetzt werden zu können.
  • Die Module müssen so standardisiert sein, dass der Engineering-Aufwand deutlich sinkt.
  • Modulare Automation verringert durch Kapselung der verfahrenstechnischen Funktionen die Komplexität in Engineering, Inbetriebnahme und Instandhaltung.

Die modulbasierte Produktion könnte für die Chemie ein Schlüsselthema im Umfeld der Industrie-4.0-Aktivitäten werden: Während in der Fertigungsindustrie die „Losgröße 1″ als eine Perspektive im Internet der Dinge anvisiert wird, werden sich stark individualisierte Chemie- und Pharmaprodukte künftig ebenfalls nicht mit klassischen Anlagenkonzepten realisieren lassen. Hier kommen modulbasierte Prozessanlagen ins Spiel, wie sie beispielsweise im Projekt F3 Factory untersucht wurden.
Pünktlich zur Namur-Hauptsitzung, die im vergangenen Jahr unter dem Motto der modularen Automation stand, hatten die Anwender ihre Anforderungen und Ideen zur Automatisierung von Modulen in eine Empfehlung (NE 148) gegossen. Mitte Februar haben nun die Automatisierungsanbieter ihre Sichtweise formuliert: Im White Paper „Modulbasierte Produktion in der Prozessindustrie – Auswirkungen auf die Automation im Umfeld von Industrie 4.0″ werden aber nicht nur mögliche Automatisierungskonzepte vorgestellt, sondern  neben den Potenzialen auch die Hürden auf dem Weg zur modularen Anlage beschrieben.

Für die Unternehmen der Spezialchemie und Pharmazie bestehen die Chancen demnach vor allem in einer Verkürzung der Bauzeit von Produktionsanlagen. Bis zu 50 Prozent schneller könnten Anlagen demnach realisiert werden, wenn diese modular aufgebaut sind. Für Pharmazeuten ein enorm wichtiger Faktor: Die zum Teil unter sehr hohen Kosten und langwierigen Prozessen entwickelten Produkte könnten dann länger unter Patentschutz produziert werden. Auch die Investitionskosten selbst lassen sich durch den Einsatz standardisierter Module deutlich senken. Gegenüber konventionell gebauten Anlagen können Module außerdem wiederverwendet werden.

Daneben ermöglichen es modular aufgebaute Produktionsanlagen, das kostspielige Scale-up oder Scale-down zur Anpassung von Produktionsmengen durch ein deutlich einfacheres „Numbering-up oder -down“ zu ersetzen. Als weitere Stärke modularer Konzepte wird der Trend zur Fokussierung auf das Kerngeschäft durch die Prozessbetreiber gesehen. Diese halten in dem Zukunftszenario das Know-how am Produkt, während Modullieferanten und -ausrüster sich vermehrt um die Technik kümmern. Allen Beteiligten bringt die Modularisierung und Standardisierung tiefgreifende Veränderungen. So müssen die Aufgaben zwischen Betreibern, Modulherstellern und Systemlieferanten neu verteilt werden. Hersteller verfahrenstechnischer Einheiten gewinnen an Verantwortung – das Engineering der Module verlagert sich vom Anlagenbau-Unternehmen zum Modulhersteller. Gleichzeitig stellen die Modullieferanten den Betreibern standardisierte Schnittstellen zur Verfügung – Betreiber verlieren dabei allerdings den Durchgriff zum Feldgerät. Die Darstellung klassischer Messwerte wie Druck, Durchfluss und Temperatur sind dann für den Anlagenfahrer weniger wichtig – an die Stelle dieser Werte treten aufbereitete Zustandsinformationen zur Produktqualität, zu den Stoffeigenschaften oder beispielsweise zum Energieverbrauch.

Modulare Automatisierung abhängig vom Zustand

Doch welche Konsequenzen hat das für die Automatisierungsstruktur und -technik? Das White Paper stellt hier ein Konzept basierend auf den ISA-Standards 88, 95 und 106 sowie der Namur-Empfehlung vor. NE 148 beschreibt zwei Varianten für die Ankopplung von Modulen an das Prozessleitsystem (PLS):
In der Variante A wird das Modul mit einer kleinen Steuerung automatisiert, die die Logik des Moduls beinhaltet. Nur die vom PLS benötigten Werte werden mit diesem ausgetauscht.
In Variante B verwenden die Module lediglich E/A-Baugruppen, die Automatisierungslogik wird vom Leitsystem ausgeführt.
Eine weitere Anforderung besteht darin, dass die Automatisierunsfunktionen einerseits nahtlos in das übergeordnete Leitsystem integriert werden müssen, andererseits zusätzlich eine Verbindung zwischen den Modulen hergestellt werden soll. Die Hersteller schlagen dafür vor, diese Kommunikation mit IEC-ethernetbasierter Protokolle oder mit genormten Feldbussen zu realisieren.

Heftausgabe: April 2015
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Über den Autor

Armin Scheuermann, Redaktion
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